Harper 15 va edicion

Libro de Harper 15va Edición para el estudio de temas Bioquímicos

1. DECI\I.\QT'I\T{ EDICIO E E5P T}[
TRADTCID. DE L\
rGEst \Qt't\T{ EDICIÓ E r(,r F.
Bioquímica
de Harper
i
ROBERT IC MIIRRAY, MD, PHD
Professor of Biochemisry
University of Toronto .
Toronto, Ontario
DARYL II GRANNER, MD
Joe C. Davis Professor of Biomedical Science
jl
Director, Vanderbilt Diabetes Center
Professor of Molecular Physiology and Biophysics
and of Medicine
Vanderbilt Uiiiversity
Nashville. Ten¡essee
Traducción segtin ia l-ía. edición en inglés por:
MSP Javier Eduardo Cómez Saborio
Facultad de edicina
Unir ersidrd dc uiradalajara
M. en C. José Ramón Murillo Zaragoza
Facultad de Medicrna
Facultad de Psicologia
UNAM
Dra. Ilian Naget Arsof Saab
Médico Ciru.jano
UNAM-tztacala
PETER A. MAYES, PHD, DSC
Emeritus Profbssor of Veterinary Biochemistry
Royal Veterinary College
University of London
Londres. Inglaterra
vrcroR w. RODWELL, PHD
Professor of Biochemistry
Purdue University
West Lafayette, Indiana
Revisor técnico
Dra. Ana María López Colomé
lnstituto de Fisiología Celular
Jefe del Deparlamento de Bioquímica
Facultad de Medicina
UNAM
Editor Responsable:
Dr. Jesús A. Cedillo
Editorial EI Manuat Moderno
Editorial El Ihanual lfloderno
lfléxico, D.F. - Santafé de Bogotá

2. I
Prefacio
Los aut.-::s
'.
," edittrrial están orgullosos de presen-
tar -" .:::.::.r.iequinta edición en inglés, decimaquinta
en :s:.i--i. de Bioquímica de Harper. Review of
, ...,-.¡;Eical Clternisrry, se publicó por primera vez
e: - v-r9 ¡
se revisó en 1944, y rápidamente obtuvo un
s:;r número de lectores. En 195i apareció la tercera
edición con Harold A, Harper, como autor de la
L-niversity of Calrfurnia School of Medicine, en San
Francisco. El Dr. Harper se mantuvo como único autor
hasta la novena edición y como coautor en las si-
guientes ocho ediciones. De los autores actuales, Peter
Mayes y Victor Rodwell han estado involucrados con
el libro desde 1a décima edición, Daryl Granner desde
la vigésima y Robert Munay desde Ia vigesimaprimera.
En esta edición nos complace la llegada de Peter
Kennelly como un coautor de los capítulos concer-
nientes a enzimas.
Creemos que BioquÍmica de Harper tiene la ma-
vor marca de publicación continua que cualquier libro
de iexto de bioquimica en el mundo, y varias veces ha
srdo publicado en más de i5 idiomas. Es de interés
he¡er notar que cuando se publicó la primera edición.
se desconocían las estructuras del DNA, de varias
moleculas de RNA y de proteínas.
El .¡bietir o general de esta edición de plata de 1a
Bioquímica de Harper, es proporcionar una cobeúu-
ra concisa r ¡on autoridad de los principios de la
bioquímica r bioloeía molecular. El texto ofrece nu-
merosos ejemplos de cómo el conocimiento de la
bioquímica es esencial para comprender el manteni-
miento de la salud. las causas y el tratamiento racional
de muchas enfermedades.
üAlVlEiÜS ET'J LA VIG ES¡MAQ¡JINT,A
É3it[Ó[.*
Los objetivos de los autores durante Ia preparación de
esta última edición fueron. prinero. proporcionar tan-
to al estudiante de medicina como al de ciencias de 1a
salud, un libro que no solo describe las baes de la bio-
química, sino también que le sea útil e interesante a1
lecton y segundo, que refleje los últimos avances en
la bioquímica imporlantes en medicina. El siguiente
resufiren ilustra los cambios principales en el libro y
señala algunas áreas del texto que se han actualizado:
' Muchas de las ilustraciones. en parlicular en las
secciones I, II y lll, se han renovado o mejorado para
facilitar la comprensión de los conceptos y fenó-
menos en el texto.
.
Cada uno de los capítuios ha sido revisado y actua-
lizado, algunos de ellos de manera extensa.
'Se amplió la infbrmación sobre la función del agua,
puentes de hidrógeno y otros enlaces, y fuerzas
que participan en la estabilización de macromo-
léculas, así como el tratamiento de los valores de
pK de los residuos en las proteínas'
'Se
actualizó Ia descripción de la secuenciación de
péptidos.
'
Se incluyen figuras nuevas para describir la apli-
cación de cristalografia de rayos X y de resonancia
magnética nuclear (RI\{N) en la determinación de
las estructuras tridimensionales de las proteínas.
' Esta edición también contiene una nueva secci/¡n
acerca de las bases de las encefalopatías espongi-
formes transmisibles o enfermedades por prion (p.
ej., enfermedad de Creutzfeld-Jacob, scrapie y la
enfemedad de ias vacas locas)
'
Se revisaron los cuatro capítulos acerca de enzittla¡.
incluyendo el aná1isis de los mecanismos de ct'l:-
trol biológico (en especial el control de la actir ide¿
enzimática mediada por fosfbrilación).
' Los diagramas metabólicos se presentali 0 ct¡1t¡r
para hacer más comprensibles los mecanismcrs que
subyacen a las enfetmedades metabólicas (c.'tll,-'
diabetes mellitus y aterosclerosis)" r' para c". .

3. t7 .
Bioquinica de Harner
(Prefacio)
estudi¿rnte aprecie mejor los conceptos metabólicos
rmp.orlantes y apoye la actual práctica y consejos nu_
tricionales.
' El material actualizado en los capítulos refbrentes
al metabolismo, incorpora nuevos aspectos acerca
de la función de la insulina en 1a regulación del
metabolismo de glucógeno: mecanismos de inhi_
bición de la biosíntesis de prostaglandinas por meclio
de la aspirina, antiinflamatorios no estéroides.
¡,
colticoesteroides anti inflamatorios
; mecanismo de
transpofte de colesterol reverso, incluyendo Ia n_
ción de las lipoproteínas pre-B de alta densidad; papel
de la proteína de transf-erencia de triacilglicerol en
la fbrmación de lipoproteínas de muy baja densi_
dad; funcionamiento de ios metabolitos de señali_
zación en Ia regulación de la expresión genética; y
las funciones de varias proteínas transportadoras
de glucosa en la absorción de los azúcares desde
el intestino.
'
Se incluye nueva in1'ormación acerca de los teló_
[1eros, telomerasa y su relación con e[ envejeci_
miento
¡, el cáncer.
' Se agrega Lln análisis sobre el papel de las secuen_
cias de tripletes repetidas en ej DNA en varias
enfermedades.
' Se actualizaron las explicaciones acerca de la
replicación y reparación del DNA.
' Se comparan las caracterÍsticas generales de la sín_
tesis de DNA y RNA.
' Se revisan los estudios del ensan.rble del complejo
de preinicio de la transcripción y de los pasos ini_
ciales involucrados en el inicio de la ésta, y los
dos modelos prevalentes del ensamble dei óom_
piejo de preinicio se expiican en cletalle.
' Se actualizan las descripciones del procesamiento
y modificación del RNA.
n
Se expiica la función de la eIF-4E en el inicio de la
síntesis de proteínas y se mencionan los mecanis_
mos por medio de los cuaies algunos virus co_opt
la síntesis de proteínas huésped-.
'También se acfualiza de manera exhaustiva la infol_
mación de la regulación de la expresión genética.
'
Se mencionan las funciones de los coreguladores
y de la acetilación/desacetilación
de histónas en la
acción de las honnonas, y se describe el concepto
de las unidades de respuesta a las homtonas.
' Se revisaron todos los capítulos referentes a ias
¡cciones de varias clases de hormonas.
Fn relación con las membranas, se incluve mate_
: ¡l nuevo acerca de la impotación nuclear de
:r.:,¡eínas y de los canales iónicos.
Se describen las recientes declaraciones refbren_
¡es ai Provecto Genoma Humano de EUA.
.
Se menciona la importancia ile la agregación de
proteínas y de otros fáctores en la génesis de cier_
tas enfermedades neurodegenerativas crónicas.
.
Se incluye una nueva historia de caso de hemocro_
matosis, y se actualiza la intbrmación sobre la
distrolla museular.
.
En varias áreas del texto se rn.orporaron los nú_
meros de la Herencia Menc¡.iana en el Hombre
On line, para referirse a enlernedades genéticas
con el fin de f'acilitar la refererr-ia a tales trastomos.
.
Se ha incluido r-rna lista de srtr¡,s \.eb en bioquímica
y biología molecular.
*raLxAf$íuA*!{r$ ffi Et. t*i B R,t:
El texto está dividido en tres ca: '*ros introductorios^
segriidos de seis secciones prin-. .les.
La Sección I trata de pror; :.ls y enzimas, que
son ia fuerza de trabajo dei orgarus::,_. Debiclo a que mu_
chas de las reacciones en ej .,3rpo hurnano son
catalizadas por enzimas. es irnp. -..::e
comprender sus
propiedades antes de pasar a oi':: iemas.
En la Sección II se explic: ; - nto varias reaccio_
nes celulares utilizan o produc::
=rergía
y trazan 1as
vías por medio de las cuales si : .etizan y degradan
los carbohidratos y lípidos. Tan-: ;n se describen las
diversas funciones de estas dos , ..ses de moléculas.
La Sección III trata de los .:- :oácidos y su des_
tino, y muestra cómo el metabo ..::r¡ de éstos también
emplea y produce energía.
La Sección IV describe las ;:::,lcturas v funciones
de los ácidos nucleicos, cubrien¡: a representación de
DNA -+ RNA -+ proteínas. Aqu- :,.ntbién se describen
los principios de Ia tecnología c; D\A recombinante,
un tema con inrplicaciones in:: -tanles
en ciencias
biomédicas ¡ en roda la biologr_
En la Sección V se mencr¡:-an las hormonas
¡,
sus funciones principales en 1¡ :.-,municación inter_
celular y en ia regulación met¡:-.ica. para
altctar a
ias células, las hormonas printe:,: deben interactuar
con las membranas plasrnáticas , r,, rlares, de esta ma_
nera, la estructura y función ce la membrana está
enfocada de manera inicial.
La Sección V[ consta de 1-1 r:mas especiales: vita_
minas hidrosolubles y liposolubles. nutrición, digestión
y absorción, glucoproteínas, matnz extracelular, múscu_
1o,. proteínas plasmáticas (inmuno slobulinas y coagula-
ción sanguínea), eritrocitos y leucocitos, metabolismo
de xenobióticos, cáncer y factores de crecimiento, las
bases bioquímicas y genéticas de las enfermedades,
varios tl'astornos neuropsiquiátricos y l0 historias de
caso bioquímicos.
Visite nuéstñ-!@iffi
wwy.mcgraw,hill-educacion.com

4. [);-., ¡r¡, ¡, , ,
,aa
E1 Apéndice contiene una lista cie las principales
pruebas bioquímicas de laboratorio y sus márgenes de
referencia usados en medicina ciinica.
AG RADEE§MEHil,¡TOS
Los autores agraclecen a David Bames por su gran in_
terés, consejo y apoyo. Estamos particularmente
agradecidos a Jim R.ansom por su magistral trabajo
editorial; su capacidad y compromiso han tenido una
función imporlante en el éxito que goza esta edición.
Por el excelente trabajo rle arte y cooperación de Maggie
Darrow y sus colegas, los autores están sumamente
agradecidos, así como por la capacidad de Harriet
Lebowitz y Jeanmarie Roche. Las sugerencias para
mejorar y 1as correccioues po1-par-te de estudiantes r
colegas en todo el mundc. han siilo cle r¡ran avucla nar.a
esta edición; se espera corltar L-rrn e11a*s para lo p,o..ir-
ma edición. VWR ilesea a_qradecer .:
peter
Kemeil¡, ptu,
eL placer de trabajar con el en ltr: c.iprr Llrr; Si a i i.
RN{K agradece a Inka Brockhausen. E. Rl¡ert Bruce
y Paul Fraser por sll generosa ayuda parr r.i, rs:; los
capítulos 5 6. 62 y ó4, respectivartenle. asi c ¡ r:- ,.. .t lra-
decer a los doctores Fred Jerick Keely y N1argai3. R.-...rd
por sus articulos oncológicos cotno r.o0ul(rl.j. _:
capítr-rlos 57
1, 59. respectivamente. Los aurores .1:r:t-
decen la arnplia aceptación
-y
apoyo que ha re;r :J,.
este lil.lro en muchos países. Algunas ediciones ¡ .,,
versión en inglés se han reimpreso en Japón. Lib"'
Taiwán. Filipinas y Corea; además, existen traduc- , -
nes a1 italiano, españoi" porlr,rgués, japonés. prrj:.,
alemán" indonesio, serl.o-croata y griego.
Abrilde 1999
RKM
DKG
PAM
I
I
"l 7

5. Contenido
v
I
;
Prefacio
Capítulo l. Bioquímica y medicina..............
Robert K. .\hrroy, MD, PhD
Capítulo 2. Biomoléculas y métodos bioquÍmicos
Robert K. ,)firrray, MD, PhD
Capítulo 3. Agua y pH
t7
llctor l[: Rody,ell, PhD
31
l3
73
SECCIÓN I
ESTRUCTURAS Y FUNCIONES
DE PROTEÍNAS Y ENZIMAS
Capítulo 4.Aminoácidos
Victor lI1. Rodyyell. PhD
Capítulo 5. Pépticlos
Victor W'. Rodw,ell. PhD
Capítulo 6. Proteínas: estructura y función
I/icbr W. Rodwell. PhD
Capítulo 7. Proteínas: mioglobina y hemoglobina
Victor W. Roú.¡,ell. PltD
Capítulo 8. Enzimas: propiedades generates .......;;;;;.;..i.,i*).,.,..1i,i S7
y Peter J. Kennellv, PhD

6. X . Bioquímica de Haryer (Contenitlt¡)
Capítulo 9. Enzimas: cinética ...".101
Victor ltrl. Rodwell, PhD
y Peter J. Kennelly, PhD
Capítulo 10. Enzimas: mecanismos de acción .........".........119
Ilicfor W. Rr¡dvell, PhI)
t Pefer J. Kennelly, l?hD
Capítulo 11. Enzirnas: regulación de la actividad... ..................;.r,i..iu:..i.á,.).,.,.,.;;;;127
)¡ Peter J. Kennellv, PhD
SECCIÓN II
BIOENERCÉTIC,I Y MEruBOLISMO
DE CARBOHIDRATOS Y LÍPIDOS
Capítulo 12. Bioencrgética: la ftncién del ATP ";;,;,..;;..;;;;;;;,;;.;;:X45
/¡i Capítulo 14. L-adena respiratoria y fosforilación oxidativa ..."......"" .". 161
Petet ,,1. lvl¡¡:es PhD. DSt'
Capítulo il5]'Carhohidrat¡rs dc importancia fisiológica......"........ ....... 175
Pefer A. l,Iat'e.¡ PhD. DSc
,-\
Capítuto 16",l.ípidos de importancia fisiológica ..........".. ......""....."....... 187
Pttlcr ti. ¡7¡,1'ss PhD. L)St
-*4 C apítulolfl) Aspectos gcnerales tlel metaboli smo
intermediario ".............
."....."......... 201
Peter A. Mat'e,s PhD. DSc
Ca
Cr
;C¡
t.
-(-
¡
t
I
,!
I
sl

7. apítulo 2l..,Gluconeogénesis y control de la glucosa
Capítulo:ZL;Vía de los fosfatos de pentosa y otras vías
del metabolismo de hexosas ................. ..............;;;;;.;...;;;;;;;;;..-_.2s5
Capítulo 23. Biosíntesis de los ácidos grasos .......;;;;;;:..;;;;.;;;;.;..;:;,267
Capítulo 24. Oxidación de Ios ácidos grasos: cetogénesis........................;;,;;;:...;;;;;;;.;,:.;;,277
Capítulo 25. Metabolismo de ácidos grasos insaturados
..
y de eicosanoides.......... .;;,;;;;..;;;;;;.;;.;..;,;,r89
capítulo 26. Metabolismos de los acilgliceroles y los-esfingolípidos ....................2gg
PeÍer A. lrlayes PhD, DSc
Capítulo 27. Transporte y almacenamiento de tos lípidos .......................;;;;;;:..;;;;,.;;;;.;,..;;1309
Capítulo 28. Síntesis, transporte y excreción del colesterol.....-......".. ...................32g
Peter A. Mayes PhD, DSc
Capítulo 29. Integración del metatrolismo y provisión
de combustibles tisu1ares................ .;;,;;;..;;;;;;.;;.;..;;,343
, SECCION III
¡'METABOLTSMO DE nROTEíNAS y
AMINOÁCIDOS
Capítulo 30. Biosíntesis de aminoácidos nutrimentalmente
no esenciales
";;;;;';;.";';;;;:,;jiii3st
Capítulo 31. Catabolismo de las proteínas y del nitrógeno
de los aminoácidos ................. .....363
Victor W. Rodwell. PhD
Capítulo 32. Catabolismo de los esqueletos de carbono
de ros aminoácidos """""'"""' """"""';;;;i
ii'i'"ii;'ijrii37s
capítulo 33. conversión de los aminoácidos a productos especializados ...............................401
Vicfor W. Rodwell, PhD
eápítulo 34. Porfirinas y pigmentos biliares ..".................413
Roberf K. Murray, MD, PhD ,/
F:
Jr
-
slIe ri.
:-mcgñ
Peter A. Mayes PhD, DSc
('otttettitlc¡ .
-\'i

8. XII . Bioquímica de Harper
Capítulo 41. Regulación de
Capítulo 42. Tecnología del
SECCIÓN IV
" ESTRACT(IRA, FUNCION Y REPLICACION
Von
MACROMOLÉCULAS INFORMATIVAS
Capítulo 35. Nucleótidos ...........
Víctc¡r W. Rodwell. PhD
Capitulo 36. Metabolismo de nucleótidos de purina
Vicfor Il. Rodv,ell, PhD
'Capítulo 37. Estructura y función de los ácidos nucleicos... ....-;;;;;";;;;';;;';;
Capítulo 38. Organización, replicación y reparación
del DNA....
Dor1,l K. Granner MD
Capítulo 39. Síntesis, procesamiento y modificación
der RNA ...........;.;;;;';";;;;;;;^;;
Capítulo 40. Síntesis de proteínas y el código genético .............;;;;:;.;..;,.;;;;;.0;;
ta expresión génica ......;.;r:;;...;;;;;;;.;:;;
Dctryl K. Gronner MD
SECCIÓN V
I
BIOQUúMICA DE LA COMUNICACIÓN
1 mTru,qCELULAR Y EXTRACELULAR
t'
Capítulo 43. Membranas: estructura, ensamble y función
Robert K. Murray, MD, PhD
y Daryl K. Granner, MD
ri
Capítuto 44. Acción de las hormonas """""""
611
Darltl K. Granner, MD
I
,g,, '
Capítulo 45. Hormonas hipofisarias e hipotalámicas ........... ...."""""629
llll
'
DatYl K' Granner' MD
'illl
iillrrrrr
Capítulo 46. Hormonas tiroideas """"""""""
611
\.,-.,t Í. c-^--.. l¡f)
(Conteni,;
-1-1-
4J-1
579

9. 1
Capítulo 17. Hormonas que regulan el metabolismo
'
del calcio """"';;;;;.";;;';;;;;';;;61'
Capítulo 48. Hormonas de la cortezasuprarrenal """"""""' """"""'
657
Danl K. Granner MD
Capítulo 49. Hormonas de la médula suprarrenat """"""""' """"""'673
Daryl K. Granner, MD
Capítulo 50. Hormonas de las gónadas """""679
DarYl K. Granner, MD
Capítulo 51. Hormonas del páncreas y del tracto
gastrointestinai............ """;';;;;.';;;';;;';';;69'
SECCIÓN W
I
TEMAS ESPECIALES
Capítulo 52. Estructura y función de las vitaminas
hidrosolubtes .............. """"""""'
719
Peter A MaYes, PhD, DSc
Capítulo 53. Estructura y función de las vitaminas ' ra<
liposolubles ................ """"""""" 'JJ
Peter A MaYes, PhD, DSc
I
I
Crpitoto 54. Nutricién................ "'747
Peter A MaYes, Ph.D, DSc
T§
€ Capítulo 55. Digestión y absorcién.............. ""759
C-apítulo 56. Glucoproteínas """"'773
Robert K, MurraY, MD, PhD
Ceúhto 57.Lamatrtzextracelular................. """""""""
795
Robert K, MurraY, Md' PhD
y FrederickW. KeeleY, PhD
"1
I
^..r^ -, ^i+^^¡arralarn
.....817
* Capítuto 5& Músculo y citoesqueleto ..........
'T
--r----- - r - -
^
Robert K, Murray, Md, PhD
*< Capítulo 59. hoúeínas plasmáticas, inmunoglobulinas
?f --r-----
t.*grl""ióo sarrgrínea............ ...---;;r*.;;;;.;;troK
y Roben K, MurraY, Md PLI)
f
--

10. . Bioqttímicu de Hurper (Cot'ttenido)
, CapÍtulo 60. Eritrocitos y leucocitos...."....... ...873
Robert K, Murray, MD, PltD
Capítulo 61. N{etabolisrno de los xenobióticos ........... .......
g93
Robert K, Murray, MD, PhD
Capítulo 62. Cáncer, genes cancerígenos y factores
de crecimiento ............ .................901
Robert K, Murray, MD, PhD
Capítulo 63. Bases bioquímicas y genéticas
de la enfermedad.......... ...............929
Robert K, Murray, MD, PhD
Capítulo 64. Bases bioquímicas de algunos trastornos
n€uropsiquiátricos .,,949
Robert K, Murray, MD, PhD
Capítulo 65. Casos clínicos y su trase bioquímica ...............;;;;.;;;,..;;;.;;,..;;::r,
.{péndice ...993
.{breviaturas que se utilizan en bioquímica.............. ....... 1001

11. Bioquímica y medicina
Roberf K. Murray, MD, PhD
rNTRoDUccrót'¡
Labioquímica es la ciencia que estudia las diversas mo-
§ulas
presentes en las células y los organismos vivos,
asi como sus coffespondientes reacciones químicas.
Cualquier cosa más allá de la comprensión superficial
de la üda ----en todas sus manifestaciones requiere del
conocimiento de la bioquímica. Los estudiantes de
medicina que adquieren un conocimiento sólido de la
bioquímica están mejor capacitados para afrontar dos
temas centrales de las ciencias de la salud: l) la com-
prensión y conservación de la salud y 2) la comprensión
y tratamiento eftcaz de la enfermedad.
La bioquímica es la química
de la vida
La bioquímica puede definirse con mayor formalidad
como la ciencia que estudia las bases químicas de la
rida (del griego, bios: "vida").
La célula constituye la unidad estructural de los
sttemas r-ivos. La consideración de este concepto con-
&e 'na definición funcional de labioquímica como
Lffi qre estudia Ios componentes químicos
üLm.¡ rirr- lsí como sus reacciones y proce-
fr[FF Lrrieaen. Según esta definición, la
EqE-' Es ¡ütr¡rs uE urr,,g¡¿ ccrurar
El propósito de la bioquímica consiste
en describir y explicar, en términos
moleculares, todos los procesos
quím¡cos de las células vivas
El objetivo principal de la bioquímica consiste en la
comprensión integral, a nivel molecular, de todos los
procesos químicos vinculados con las células vivas. Para
alcatzar este objetivo, los bioquímicos han procurado
aislar 1as diversas moléculas presentes en las células,
para determinar sus estructuras y analizar cómo fun-
cionan. Para dar un ejempio, el esfuerzo de muchos
bioquimicos por comprender la base molecular de la
contractilidad
-un
proceso vinculado sobre todo.
aunque no de manera erclusiva, con las células muscu-
lares ha reqiLerido Ia pudficación de muchas molécu1as
sencillas y complejas. seguida por estudios detallados de
su esÍr.rctura y función. Mediante estos esfuerzos se han
puesto de manifiesto algunas de las caracteristicas de
la base molecular de 1a contracción muscular.
Un ob.jetivo adicional de la bioquímica es ¡1 int:r.-
to por comprender la manera en que inicia la
"
rJ¡ E
conocimiento de este tema f-ascinante irrd,1 i¡ r-:..-- ;
su fase inicial.
La perspectiva de la bioquímica reru
como la vida misma. Dondequiera que
nen lugar procesos químicos. Los bioquÍn
tales procesos en microorganismos, pla
peces^ aves. mat-ntlert s s-t-3: r- .. --,r : i : i
dc las cierte il- l.t' n.c- -..-
.-
fur
la hr(\q.¡ln.r-.r l- .
- :
bargo, la comprensión de la bioquimica en las fu-
de vida menos complejas, a menudo tiene
directa parula bioquímica humma [email protected]
teorías contemporáneas sobre la regulación de la mi-
vidad de los genes y de las enzimas en seres humffi.
derivan de esfudios pioneros en las levaduras del po
y en las bacterias. El campo del DNArecombir*
tiene su origen en los estudios sobre las bacterias y Im
virus de éstas; la gran velocidad de muliiplicación de
ambos y la facilidad de extraer su material genético,
los hace adecuados para el análisis y las manipula-
ciones genéticos. El conocimiento ottenido a partir de
los estudios sobre los genes virales causantes de cier-
tos tipos de cáncer en animales (oncogenes virales).
ha permitido profundizar en la comprensión de la ma-
nera en que las células humanas se convierten en
cancerosas.

12. . Bioquímica de Harper
(Capítttlo l)
El conocimiento de la bioquímica
es fundannental para todas
las ciencias de la vida
La bioquímica de los ácidos nucleicos constituye el
corazón de la genética; a su vez, la aplicación de los
criterios de la genética ha resultado crucial para eluci-
dar muchas áreas de la bioquímica. La fisiología, el
estudio de la función corporal se sobrepone casi por
completo, con la bioquímica. La inmunología utiliza
numerosas técnicas bioquímicas, y muchos criterios
inmunológicos tienen un amplio uso por parte de los
bioquímicos. La famacolo gíay la farmacia requieren
de un sólido conocimiento de la bioquímica y la fisio-
logía; en particular, casi todos ios fármacos se meta-
bolizan mediante reacciones catalizadas por enzimas,
y las interacciones complejas entre aquéllos se compren-
den mejor desde la perspectiva de la bioquímica. Los
venenos actúan sobre reacciones o procesos bioquímicos;
esto constituye la materia principal de la toxicología.
Los criterios bioquímicos se utilizan cada vez más para
el estudio de los aspectos básicos de la patología (el es-
tudio de la enfermedad), como inflamación, lesión
celular y cáncer. Muchos investigadores en microbio-
logía, zoología y botánica emplean criterios bioquími-
cos de manera casi exclusiva. Toda vez que la vida, en
la forma que se conoce, depende de reacciones y pro-
cesos bioquímicos, estas interrelaciones no resultan
sorprendentes. En realidad, cada día se rompen las
viejas barreras entre las ciencias de la vida, yla bio-
química se convierte cada vez más en el lenguaje
común entre ellas.
-l na interrelación recíproca entre
cjoquímica y medicina ha estinrulado
los ava¡rces mutuos
Como se menciona al inicio de este capítulo, Ios dos
intereses principales de los investigadores de las cien-
cias de la salud
-y
en particular de los médicos-
consisten en la comprensión y conservación de la salud
y el conocimiento y tratamiento eficaz de las enferme-
dades. La bioquímica influye de manera importante sobre
ambos intereses fundamentales de la medicina. De he-
cho, la interrelación entre bioquímica y medicina
constituye una amplia vía de doble sentido. Los estu-
dios bioquímicos han aclarado muchos aspecios de la
salud y la enfermedad y, a Ia inversa, el estudio de
diversos aspectos de la salud y la enfermedad abre nue-
vas áreas de labioquímica. En la figura 1 I se muestran
algunos ejemplos de esta vía de doble sentido. por
ejemplo, se necesitó cierto conocimiento de la estruc-
tura y función de las proteínas para elucidar la pequeña
diferencia bioquímica entre la hemoglobina normal y
la de las células falciformes. Por otra parte, el análisis de
la hemoglobina de las células falciformes contribuyó
de manera significativa al conocimiento de la estruc_
tura y función de la hemoglobina norm¿il y de otras
proteínas. Se pueden citar ejemplos análogos del be_
neficio recíproco entre bioquímica y medicina para el
resto de los temas pareados que se muestran en la fi_
gura 1-1. Otro ejemplo corresponde al trabajo pionero
de Garrod. un n.rédico en Inglaterra durante los prime_
ros años de1 siglo rr. Él estudió pacientes con diversos
trastomos re larivamente infrecuentes (alcaptonuria,
albinismo. cistrnuria y pentosuria; éstos se describen
en los últimos capitulos) y estableció que estos tras-
tomos tienen ongen genético. Garrod los designó como
errores innatos del metabolismo. Sus aportes pro_
porcionaron bases impoftantes para el desarrollo del
campo de 1a genérica bioquímica humanai
Esta interrelacrón entre medicina y bioquímica
presenta implicaciones filosóhcas importantes para
la primera. A medida que el tratamiento médico selun-
damenta con firmeza en un conocimiento de la bioquí-
mica
1
L'ttras ciencias básicas relevantes (p. ej., fisiolo-
gía. niicrobiología, nutrición), la práctica de la medicina
posee una base razonada que puede adaptarse para
incluir el nuevo conocimiento. Esto contrasta con los
cultos heterodoxos de la salud, que a menudo se basan
en p'oco más que mitos y buenos pensamientos y que.
generahrente, carecen de cualquier base intelectual.
LOS PROCESOS BIOQUíIU¡COS
NORMA¡-ES CCIN¡§TITLJYEN LA BASE
DE LA SALIJP
La Or"anización Mundial de la Salud (OMS) define la
salud como un estado de "completo bienestar fisico,
men:al r social, y no sólo como la ausencia de enfenle-
dades r. padecimientos". Desde un punto de vista es-
tnctamente bioquímico, la salud puede considerarse
como 1a siruación en que todas las miles de reacciones
lnt¡acelulares y extracelulares que se llevan a cabo en
e1 cuerpo. transcuffen a un ritmo apropiado a su máxi-
ma supen ivencia en el estado fisiológico. Sin embargo,
eslo .onstituye un enfoque demasiado reduccionista y
debe enf-atrzarse que la atención de la salud requiere
un amplio conocimiento de los principios biológicos,
psrcológicos y sociales.
La investigac¡ón bioquínnica
ha modificado la nutrlción
y la medicina preventiva
Un prerrequisito importante para la conservación de
Ia salud es una ingestión dietética óptima de diversos
químicos; los principales son las vitaminas, ciertos
aminoácidos y ácidos grasos, diversos minerales y
7

13. Figura 1-1. Elemp cs :3 a . .= .,: : ::-. ,,
bioquÍmicos de a parte s-3.':' :: - =:'.* =
. -
inversa, el análisrs de las er':--=-:.:' .- :.:
célulasfalciformesesuna en'er:-¿:=: -;-- -
-
agua. Debido a clue ei objeto dc estu.i,¡,r; .-: : --
.rr-.J,r
-. l: rr,Ltlición corresponde a los dtr e:':¡
-r
JSpeCtoS .i: :!tr-rs químicos, existen estrechas in-
terrelacione: enre ambas ciencias. Inclusive. a medlda
q'l- se procura abatfu los costos crecientes de la aten-
,.rn médica. se hace mayor énfasis en los intentos
::s¡emáticos para conselvar la salud y diferir la enfer-
aedad; es decir. en 1a medicina preventiva. Por tanto,
se enfatizan cada r ez más los criterios nutricionales
para, por eiemplo. prevenir la arterioesclerosis y el
cáncer. E1 maneio apropiado de la nutrición depende
mucho dei conu.cimiento de la bioquímica.
Todas las enfermedades
tienen una base bioquímica
Todas las enttmredades son r.nanifestaciones de anor-
malidades rnoleculares o de las reacciones y los proce-
sos químicos. En el cuadro 1 I se listan 1os factores
principales que originan ent'en¡edades en animales y
seres hunranos. Todos afectan una o más reacciones
químicas o moléculas cruciales en el organismo. Casi
todas las enf-ermedades analizadas en este texto se de-
ben a las causas 5, 7 y 8.
Se dispone de abundante información sobre las apli-
caciones de labioquímica en Ia prevención, diagnóstico
y tratamiento de cnfcrmedades; en el transcurso de este
libro se citan muchos ejemplos. Aqui se dan siete ejeur-
plos suscintos para ilustrar la amplitud del tema y
estimular el interés del lector. En los capítulos iista-
n dos en el cuadro l-2 hay más intbnr,ación sobre cstos
i$
Padecimientos.
BIOQUIMICA
MEDICINA
rne a la bioquímica y la medicina. El conocimiento de los compue#
conocimiento de las enfermedades mostradas en la mitad inferioñ a h
Iarece muchas áreas de la bioquímica. Obsérvese que la anemia de
aterosclerosis y la diabetes mellitus presentan componentes genéüm.
1 l L ¡,:r r'1 r¡b.jr'ttr .11- crlilsen'ar 1a sali.rd, los seres hu-
l:r::r¡,s ie3¡n ingeril divelsas moléci-rlas orgánicas
.t¡ir:irrr'.:¡> den.rminadas r riaminas. La deflcien-
...i. ::r l¡ dieta. de una vitanrina en pafiicular.
Crrnrlit¡irit3 ias leacciones en 1as cuales particr-
pa. E:t: situ¡crtin puede nranif-estarse como una
cntt:nretjad por deticiencia^ como e1 escorbuto
o el raquitismo rdcbidos a la falta de ingestión
de r itarninas C ¡ D. respectir.amente). El esclare-
cimiento de la ñlr.rción de las vitaminas o sris
derivados con actividad biológica cn las células
animales
1,
humanas constltu e una preocupación
de bioquímicos y nr.rtriólogos desde finales del
sigio xx. Una vez establecido que una enl'ermedaci
cs consecuencia de una de ticiencia vitamínica, es
razonable su tratamiento mediante la administra-
ción de 1a vitamina adecuada.
2) El hecho de que en África muchos vcgetales ca-
rezcan de uno o más de los aminoácidos esenciales
(es decir, aminoácidos que deben suministrarse
Cuadro 1-1 . Causas principales de enfermedad.
Todas las causas listadas actúan al influir sobre
varios mecanismos bioquímicos en la célula
o el cuerpo*
Ácidos
nucleims
A
Prote ínas
Y
': :':-^-:s
LÍpidos
t
I
I
ü
Arterio-
esclerosis
cl
,t,
1. Agentes fís¡cos: trauma mecánico, temperaturas extremas, cam-
bios súbitos en la presión atmosférica, radiac¡ón, descarga eléctnca
2. Agentes químicos, inclusive fármacos: ciertos compuestos tóxicos.
fármacos terapéuticos, etc.
3- Agentes biológ¡cos: virus, bacterias, hongos, formas superiores de
parás¡tos
4. Falta de oxÍgeno: pérd¡da de sum¡n¡stro sanguíneo, depleción de la
capacidad de la sangre para acarrear oxígeno, envenenamiento de
las enzimas oxidativas
5. Trastornos genéticos: congénitos, moleculares
6. Reacciones inmunitarias: anafilaxis, enfermedad autoinmunlta''¿
7. Desequilibrios nulrimentales: deficiencias, excesos
8. Desequilibrios endocrinos: deficiencias y excesos hormonaies
Adaptado con autorización de Robbins SL, Cotram RS 'l--:'
The Pathologic Basis of D¡sease,3rd ed. Saunde.s ' ?::
Carbohidratos

14. - ..--_-----:tt
(Capítttlo l)
Los números entre paréntesis corresponden a los números de
Mendelian lnheritance in Man (Herencia mendeliana en el hombre)
(véase Referencias); cuando no se lista número alguno, el trastorno
no aparece en ese trabajo, tal vez porque no es predominantemente
genético (p. ej., raquitismo, kwashiorkor, cólera) o porque se trata de
un proceso patológico (p. ej., ateroscleros¡s) opuesto a una entidad
patológica diferenciada.
en la dieta para conselvar la salud). ayuda a cxpli-
car 1a malnutrición debilitante (kwashiorkor) que
at-ecta a los Iactantes que clependen de tales vege-
tales como fuentes en la dieta principales de pro-
teínas. El tratamiento de las cleliciencias de
aminoácidos esenciales ticne bases razonadas, siu
embargo. no siempre resulta tactible. Consistc en
proporcionar una dieta equilibrada, con cantida-
des adecuadas de todos 1os arninoácidos esenciales.
3) Los esquimales de Groenlandia conslrmen gran-
des cantidades de aceites de pescado, abundantes
en ciertos ácidos grasos poliinsaturados, y se sabe
que presentan concentraciones plasmáticas bajas
de colesterol y una baja incidencia de ateros-
clerosis. Estas observaciones han estimulado el
interés en la utilización de los ácidos grasos
poliinsaturados para disminuir las concentracio-
nes plasmáticas de colesterol.
Las enfermedades por deficiencia vitamínica y
las insuficiencias de aminoácidos esenciales cons-
tituyen ejemplos de desequilibrios nutricionales
(cuadro I 1). Otro ejemplo podría ser la afierio-
esclerosis, pcro en ésta también pafiicipan otros
lactores importantes (p. ej., genéticos).
4) La falta de tratamiento del trastomo denorrinado
fenilcetonuria puede originar retraso mental gmve
cn lactantes. Desde 1953 se conoce la base bioquí-
mica de este padecimiento, quc es de origen genéti-
co y es consecuencia de la baja actividad o ausencia
de la enzima convefiidora del aminoácido feni-
lalanina en e[ aminoácido tirosina. Esto. a su vez"
aumenta la conccntración de fenilaianina en la
sangre y daña al sistema nerioso central en desa-
rrollo. Ci-rando se determinó la naturaleza bioquí-
mica de este daño en la fenilcetonuria. la enf'er-
meclad se pudo fÍatar, razonadamente. medi¿rnte
la administración a los lactantes af'ectaclos de una
dieta baja en f-enilalanina. Una vez que se dispu-
so de pruebas bioqi-rírnicas de dctección para el
diagnóstico de 1a f-enilcetonuria en el llomelrto
del r:racimicnto, se pudo iniciar de inmediato el
tratamiento eflcaz.
5) La fibrosis quística es un padecimienlo cie origcn
genético frecuente que afecta las glándulas sr-rdol.i-
paras exocrinas y ecrinas. Se caracteriza por secre-
ciones anormalrnentc viscosas, las cuales taponan
los conductos secretores del pár.rcreas y los bron-
qr-rio[os. Además, los pacientes prL-sL-r]tan concen-
tlaciones lnás elevadas de cloruro en el sudor. La
muerle suele ocurrir a una edad tcntprana ¿t con-
secuencia de inf-eccioncs pulmonares. En 1989 se
infolmó dcl aislamiento y Ia secuencia completa
dcl gen cilusante dc esfa enf-ennedad. El gen nor-
n-ra1 codilica a una proteina transmen.rblanal
(el regr-Llador de la conductancia transmembrana
de l¿r fibrosis quística), con una longitud de I 48t)
arninoácidos, que funciona como Lln canal dc clo-
ruro. Aproximadamente en 70o,,ii de pacientes con
flbrosis quística, la anormaliclad consiste en Lina
deleción de tres b¿rses en dicho gen. 1o que ori_srnr
r:na proteína transmembranal carente del amino-
¿ic ido núl-nero 508. un residuo de f-enilalanina. En
la acrualid¿id se investiga la manera en quc esta
deicción deteriora la función de la proteina trans-
mernbranal r, resulta en e1 moco excesivamente
espeso. Este importantc trabajo habrá de facilitar
1a detección de los porladores del gcn de la fibrosis
quística \. se espera, dé lugar a un tratamiento
más razcrn¡ido de 1a enfen¡edad que el existente
hasta cl montento. Por ejemplo, podrían diseñar-
se lánracos que corrijan la anorntaliclad en 1a
protL'ín¿ transmembrana; de igual manela" podr.ia
introducirse el gen nornral en ias células puh.r.tona-
res nrediante terapéutica génica. La fenilcetonuri¿
.v la fibrosis quística son ejempios de trastomos
genéticos (cuadro I 1).
6) Elaná1isis de los mecanismos de acción de 1a tori-
na bacteriana causantc del cólera ha proporciona-
do avances importar.rtes para saber cómo se origi-
nan las manilestaciones clínicas de la enlermedad
(diarrea abundante y pórdidas de sal y agua).
7) La diabetes mellitus prevalece en muchas partes
de1 mundo. Un aspecto ftrndantental de la diabe-
tes es una anormalidad de1 metabolismo de la
glucosa, clue resulta en arimento de las conccntra-
ciones sanguíneas de ésta (hiperglucemia). Se
reconocen dos tipos principales: el tipo I (insuli-
--=:-: -4 :.:_-:s g,e¡ptos de enfermedades
:-,:: :s:+-:s : :.:- -rcos se comentan en el libro
i:.- _-.:- Deficienciadeproteínadietética
Factores genéticos, dietéticos y
ambientales
28
=;-:e:cnuria
rlrtul 261600)
Principalmente mutaciones en el
gen codiflcante de la fenila¡anina
hidroxilasa
= Drosis quÍstjca
(MrM 219700)
Mutaciones en el gen codificante
de la proteína CFTR
65
Cólera Exotoxina de Vibrio cholerae 65
Diabetes me¡l¡tus
t¡po 1 (MlM
222100)
Factores genéticos y ambientales
resultantes en deficiencia de
insu lina
51, 65
7

15. B ioqttírnica.r' ¡r¡e¿ii.
Estos r .,.: .
1lll111r-f,1 ,-l- - ..:
l1lllJlI. I> .:l.-:.
alrrtl
:l
- ,. :l-
nodependiente) y el tipo 2 (no insulinodepen-
diente). Para comprender la diabetes mellitus y
tratarla efi cazmente, el médico deb e famlliarizar-
se con el metabolismo de la glucosa y los muchos
efectos de la insulina en el organismo humano.
nhnc acflrdinc hiarr¡rírninac aola¡qn
cimes ioiciales reálizadas por Garod sobre
queño de errores innatos del metabolismo
del decenio de 1900, estimularon la inves-
las vias bioquímicas afectadas por esos
Los esfuerzos por conocer la base de la
enfermedad gelética conocida como hip ercolestero-
lemi¡ familiar, que causa arterioesclerosis intensa a
rma edad temprana, han dado lugar a un progreso im-
porrante en el conocimiento de los receptores celulares
¡i los mecanismos de captura del colesterol al interior
de las células. Los estudios en desarrollo sobre
oncogeaes en las células cancerosas, han atraído la
atención hacia los mecanismos moleculares involu-
crados en el control del crecimiento celular normal.
:-...chos ejemplos positrles ilustran la
; : ;-srudio dc la enfermedad puede abrir
:: ia función celular para la investiga-
-., básica.
t ::..,¡,-i,ruari. descripciones concisas de los meca-
r-r1S1rrrS ¡irr!lLlinricos subyacentes en ntuchas en-
len¡redadcs. Sin embargo, los capítulos 63, 6zl y 65
descnber.r de rnodo específico las bases bioquímicas
de varios padecimientos importantes. En cl Apéndice
se comentan brevemente algunas consideraciones bá-
sicas utilizadas para inferpretar los resultados de las
pruebas bioquírnicas de laboratorio y lista 1as pmebas
de uso más difundido junto con los valorcs e interva-
1o-. nsrrt.,.r correspondientes. E1 propósito general
Je estos capítulos finales y del Apéndice consiste en
-, .,-rcler
¡. estin.rular a1 lector para que convierta el co-
-
- . rr-..r'Nto de la bioquímica en una práctica clínica
'
..:
:,:-. :l .',.radro 1 3 se resumen algunas aplicacio-
nr': r-:: r .:..-r,rs cle las investigaciones bioquímicas y
las :.--.:-,. :: l¡bor'¿rtorio en relación con las enfer-
Ire dira:) ::
..,. .1ir elsas secciones del Iibro se
ple ,ieniar;i :_;:: :-_,. .itcionales de muchas de cstaS
aplicat-ir.n:.
Cuadro 1-3. Algunas aplicaciones
de las investigaciones y pruebas de laboratorio
bioquímicas respecto a las enfermedades
Aplicac¡ón Ejemplo
'1
. Evidenciar las causas y los me-
canismos básicos de los tras-
tornos
2. Sugerir tratamientos razonados
de las enfermedades basados
en el punto anter¡or
3. Ayudar en el d¡agnóstico de
padecim¡entos específ¡cos
4. Actuar como pruebas de detec-
ción para el diagnóstico opor-
tuno de algunas enfermedades
5. Ayudar en la vigilanc;a de la
evolución (p. ej., recuperación,
empeoramiento, remisión o re-
caída) de ciertos trastornos
6. Ayudar en la evaluac¡ón de las
respuestas de las enfermeda-
des a la terapéutica
Demostración de ¡a naturaleza de
los defectos genéticos en la
fibrosis quística
Utilización de una dieta escasa en
fenilalanina para tratar la fenil-
cetonuria
Empleo de Ia enzima creatinacinasa
MB (CK-MB) plasmática en el
diagnóstico de infarto del mio-
cardio
Uso de la med¡ción de Ia tiroxina o
la hormona estimulante del
tirordes (TSH) sanguÍneas en el
diagnóstico neonatal de hipoti-
roidismo congénito
Utilización de la enzima plasmática
alanina aminotransferasa (ALT)
para vigilar la evolución de la
hepatitis ;nfecc¡osa
Empleo de la medición de¡ antÍge-
no carc¡noembrionario (CEA)
sanguíneo en c¡ertos pacientes,
tratados, de cáncer del colon
La bioquírlica es la ciencia que estudia las diversas
moléculas presentes en las células y los organismos
vivos. así como sLrs reacciones quírlicas. Toda vez que
1a vida depende de las reacciones bioquírnicas, la
bioquimica sc ha convertido en el lenguajc básico de
todas las e icncias biológicas.
La bioquímica se rclaciona con la totalidad de las
fbn¡as de i,'ida. desde vims y bactcrias relativatr-rente
sencillos, hasta 1os complejos seres humanos.
La bioquímica y la medicina están íntimamente
interrelacionadas. La salud dcpende de un equilibrio
armónico de las reacciones bioquímicas que se producen
en el organismo, y la enferntedad refleja 1as anormali-
dades en las biomoléculas y las reacciones o los
procesos bioquín.ricos.
Los avances en el conocimiento bioquímico aclaran
mlrchas áreas dc la medicina. A la inversa, el estudicr
de las cnfemedadcs pone de manif-rcsto aspectos" pre-
vianrentc insospechados, de la bioquímica.
Con frecuencia, los criterios bioquímicos son
fundamentales para csclarecer las causas de ias entir.-
medades así como para el diseño de las terapéuti,:;r.
adecuadas.
La utilización juiciosa de las diversas pniebas
bioquín"ricas de laboratorio es un compollente intc{r'.i'
del diagnóstico
¡r la vigilancia de1 tratantiento.
El conocimiento sólido de la bioquímica r de r.ir.,r.
discipiinas básicas intcmelacionadas. rcsuirr -LL: -..
mental para la práctica razonada de las cielrcr:r.
cas y de la salud. I
I
.a

16. (Capítulo I )
REFERENCIAS
Garrod AE: Inborn errors of metabolism. (Croonian
_
Lectures.) Lancet 1908;2:1,j3, 142, 214.
Kornberg A: Basic research: The lifeline of medicine.
FASEB I 1992;6:3143.
KornbergA: Centenary ofthe bith ofmodem biochemistrv.
FASEB J 1997;1t:t209
McKusick YA: Mendelian Inheritance ín Man. Catalogs
of Human Genes and Genetic Disorders,l2th ed. Johns
^ .
Hopkins Univ Press. lA9g. ¡466r.t iaterJ MlMl.
Online Mendelian Inheritance in Man (OMIM): Center for
Medical Genetics, Johns Hopkins University and
National Center for Biotechnology Infomation. Natio_
nal Library of Medicine, 1997. ht{:llwww.ncbi.ninr
nih.gov/omim/
(E1 número asrgnado a las entradas en MIM y OMf lVf se cita
en capitulos selectos de este libro. La consulta de esta
e !-n:a coiección de enfermedades y de otras entradas
reler antes
-proteínas
especificas, enzimas. etc._ ha_
bri dL- ampliar en gran medida el conocimicnto y
11
s-r¡nlprenSión del lector sobre los diversos temas referi_
J.,. r- s¡ms¡¡¿dos en e1 libro. La versión en la rccl se
:c¡ualiza casi diariamentc).
Scrir er CR et al. (editors): The Metabolic ancl llolecttlctr
Btses oJ htherited Disease, Tth ed. McGrau,_Hill. I 9g5.
illiams DL, Marks y:
Scientilic Founclation.s ol-
ts i o c h e m i s t rr- in C I i n i c a I
p
r a c t ice, 2nd etl. B utterwonir_
Heiner¡ann, 1995.

17. -=t¡¡-
^
¿
Biomoléculas y métodos bioquímicos
Robert K. Murray. l\,1D. PhD
".-ilD-rCCióN
- .:; :":iru1o tiene cinco objetivos. El primero consis-
. ::. -:j.car la composición del cuerpo y las clases
principales de moléculas presentes en éste. Dichas
:: ,- ;:'' .s Jrrntbmtan 1os temas más importantes de
, . ;;. '. : constituye la unidad principal, estrucfi-
ra1 ;' - *- : : i¡l de 1a biología. Casi todas las reacciones
químl;:. : '.: ¡ienen lugar en el cuerpo acontecen den-
tro de r:> .-:lulas. Por tanto, el segundo objetivo es
proprri.rL':.ri una relación resulnida de los compo-
nentes celulares y cómo pueden aislarse; Ios detalles
d¡ s,-s , *:..-r.¡nes ibrman la mayor parte del contenido de
r-Sii ii\ir¡.
ir. te¡cer objetivo se ref,iere a la bioquímica como
;,e::¡;¡ erperimental. Resulta impofiante comprender
r¡rr'.-iir el criterio y los métodos experimentales
ut..rz:dtrs :n broquímica para permitir que ei estudio
de :st: se con ierta en un ejercicio del aprendizaje
sistemático. \Iás aún. 1a bioquímica no es una estruc-
lura innutable de conocimiento, sino un campo en
evolución constante. Los avances, igual que en otras
áreas biomédicas, dependen del enfoque experimen-
tal y de la innovación tecnológica.
El cuarto objetivo es resumir, brevemente, los lo-
gros más importantes alcanzados en la bioquímica.
La perspectiva concisa de la ciencia que se presenta
a1'uda al lector a adquirir un sentido de la dirección
"eneral
del resto del libro.
El quinto objetivo consiste en exponer el conoci-
miento limitado que se tiene en ciertas áreas; por
ei emp1o. desan'ol1o, diferenciación, función encefálica,
cáncer r muchas otras enfermedades humanas. euizá
esto siñ a como estímulo para que algunos lectores
contribur an a la investigación en dichas áreas.
EL GUERPO HUMANO SE COMPONE
DE UNOS CUANTOS ELEMENTOS
QUE SE COMBINAN PARA FORMAR
UNA GRAN VAR¡EDAD DE MOLÉCULAS
Los elementos principales son carbono,
hidrógeno, oxígeno y n¡trógeno
Se ha determinado la composición elemental del cuer-
po humano; en el cuadro 2-1 se listan los hallazgos
más importantes. Los constituyentes principales de casi
todas las biomoléculas son carbono, oxígeno, hidró-
geno y nitrógeno. El fosfato forma parte de los ácidos
nucleicos y otras moléculas; en su forma ionizadatam-
bién se distribuye, ampliamente, en el cuerpo humano.
El calcio tiene una función importante en imumera-
bles procesos biológicos, y en la actualidad constituye
el centro de gran parte de la investigación. Los ele-
mentos listados en la tercera columna del cuadro tienen
diversas funciones. Lamayorparte se encuentra casi a
diario en laprácticamédica, al atender a los pacientes
con desequilibrios electrolíticos (K*, Nat, Cl- y Mg2*),
anemia por deficiencia de hierro (Fer*) y enfermeda-
des tiroideas (I-).
Las cinco biomoléculas complejas
principales son DNA, RNA, proteínas,
polisacáridos y líp¡dos complejos
Como se muestra en el cuadro 2 2, las principales
biomoléculas complejas presentes en células y tejidos
de animales superiores (inclusive los humanos) son
DNA, RNA, proteínas, polisacáridos ylípidos. Estas
moléculas complejas se construyen a partir de biomo-
léculas simples, las cuales también se listan. Los bloques
estructurales del DNA y RNA (conocidos en con-junto

18. 8 .
Bioc¡trínticct tle Horper
(Capítulo 2)
En el cuadro 2-1 se proporcionó la composición elemen_
tal del cuerpo humano. En el cuadro 2-3 se muestra la
composición química; los componentes principales son
proteína, grasa, carbohidrato, agua y minerales. El agua
es el componente principal, si bien su cantidad varía
mucho en los diferentes tejidos. Su naturaleza polar y
capacidad para formar enlaces de hidrógeno hacen al
agua perfectamente adecuada para funcionar como el
sohente del organismo; en el capítulo 3 se presenta
una descripción detallada de sus propiedades.
En ei siglo Xx. Schleiden
¡, Schu,ann, y otros pioneros
.Lrno \¡irchow, reconocieron a la céluia como la uni_
dad básica de la actividad biológica. Sin embargo, en
los años subsecuentes a la Segunda Guerra Mundial.
tres avances impulsaron un periodo de actitidad sin
paraleio en la bioquirriica r la biología celular.: i ) La
disponibilidad creciente de1 microscopio electrónico;
2) la introducción de métodos que pemiten disgregar
las células bajo condiciones relativamente benicnas.
en las cuaies conservan su función; y 3) la clisponlbi li-
dad, cada vcz mayor. de la ultraccntrifuga reliigeracla
de alta velocidad, qr-re genera fúerzas centrífugas capa-
ces de separar los constituyentcs de células rotas. sin
sobrecalentarlos. El uso clel microscopio electrónico
pr.rso de manifiesto muchos componentes celulares pre_
vianlente desconocidos o poco observabies. cn tanto
que la disociación y mptura seguidas de la ultracentri_
fugación. permitieron el aislamiento y análisis ín y,itro
de dichos componcntes.
Cuadro 2-3. Composición química normal
de un varón con peso de 65 kg*
Porcentaje
Proteína
Grasa
Carbohidrato
Agua.
lVlinerales
*
Reproducido con autorizac¡ón de Davidson SD, passmore
R, Brock
Cuadro
del
2-1. Composición elemental aproximada
cuerpo humano (base en peso seco)*
Elemento Porcentaje Elemento Porcentaje
Carbono
Oxígeno
Hidrógeno
Nitrógeno
Calcio
Fósforo
50
20
10
4
2.5
Potasio
Azufre
Sodio
Cloro
Magnesio
Hierro
Manganeso
Yodo
1
0.8
0.4
0.4
0.1
0.01
0 001
0.00005
.
Reproducido con autorización de West ES, Todd WR: Textbook af
Biochemistry, 3rd ed. Macmjllan, 1 961
como ácidos nucleicos) son los desoxirribonucleó-
tidos y ribonucleótidos, respectivamente. Los blooii:.
estructurales de las proteínas son los aminoácidos
I
,
polisacáridos se constrrlyen a partir de carbol,rid:..,. .
simplcs; en e1 glucógeno (el polisacárido pi :-. :.,
presente en los tejidos humanos), el carbohid:.:.. .. _
glucosa. Los ácidos grasos pueden consiilerlis. . r_--
los bloqr"res estructurales de muchos 1ípi.l..,.. : 1.;.
óstos no sonpolímeros de los ácidos gr-a:,,: r
_)\..
.i
RNA. proteínas y polisacáridos se denon:t:-_-,:- bi,_,p11¡¡-
meros. porque están integrados por.Lrni.i:;:: r-:.: ,1,:i
de sus bloques cstr-ucturales (troDolljü:r . --
.:-.,.-
las mencionadas conforman básicarl¡::.; ,r
":t
-:,::r.:l
prima de la vida"; la mayor parte de este libr
ca a describir sus diversas características bio
y sus bioques estfucturaies. Eit :¡t:::-,.... . - ¡ rrr{dt}is-
mos int'criorcs prcsentan las nti:n:].:r-.:, :¡r-Li¿: co-mple-
jaS, aunque cn cicrtos casos lrrs t.,,.1.r;: e:tlucturales
pucden dif-erir cie 1os r.nostra,lc,: .:: !-i cuadro 2-2. por
ejemplo" las bactelias iiLr crrtrt.i.te:t clucóseno o trisli-
céridos, pero posecn Lrrr,r:
l..lis.lü.r;.,.iu,
j
lípi.1orI-
Cuadro 2-2. Principales biomoléculas orgánicas
complejas de células y tejidos. Los ácidos ñucleicos,
las proteínas y los polisacáridos son biopolfmeros
constru¡dos a partir de los bloques estructurales que
se muestran. Por lo general, los lípidos no son
biopolímeros y no todos tienen ácldos grasos como
17.0
13.8
1.5
ot.o
o. I
JF: Human Nutr¡i¡on and D¡etet¡cs,Sth ed. Churchill Livingstone, i923.
t
El valor del agua varía mucho entle los diversos teji-dos y puede
ser tan bajo coño 22.5oA en el hueso sin médula. Et porceÁta;e Oel
agua también tiende a disminuir conforme se incrementa la grasa
corporal.
bloques estructurales
Biomolécula Bloque estructuralFunc,ones principales
DNA DesoximbonucleótidoMaterial
RNA Ribonucleótido Molde para la síntesjs
proteínica
Proteínas Aminoácidos Numerosas; por lo general
constituyen las molécu-
Ias de Ia célula que real¡-
zan trabajo (p. ej., enzimas,
elementos contráctiles)
Polisacárido
(glucógeno)
Glucosa Almacenamiento de energía
a corto plazo, como glu-
COSA
Lip¡dos Acidos grasos Numerosas; por ejemplo,
componentes de mern-
brana y almacenamiento
a largo plazo de energía,
como triglicéridos
7

19. --
Biomoléculcts y ntétoclo.s bíoquíntíct,. . . .
EI hepatocito de rata
las característ¡cas c(
de muchas células e
lra
res
iotas
Rettaulo
endoplásm¡co
I
Sibosorna
Citoesqueleto
l
l
,
l
En: afrgtra2 1 se muestra lm diagrama de la estruc-
tura de una célula hepática (hepatocito) de rata, que es
una de las más s5tudi¿das en bioquímica, en parte de-
bido a su disponibilidad en cantidades relativamente
grandes, a su adecr¡ación para estudios de fracciona-
miento y a la dil-ersidadde sus funciones. El hepatocito
contiene los organelos principales presentes en las
células eucariotas (cuadro 2J): núcleo, mitocondrias,
retículo endoplásmico, ribosomas libres, aparato de
Golgi. lisosomas, peroxisomas, membrana plasmática
v ciefios elementos del citosqueleto.
Para fraccionar células y a¡slar
moléculas intracelulares
y organelos subcelulares
se utilizan técnicas físicas
Con objeto de estudiar a profundidad la función de
cualquier organelo, primero se requiere aislarlo en una
forma relativamente pura, libre de contaminación sig-
nifi cativa por otros olganelo s. El proóeso aco stumbra-
do para lograr. esto se denomina fraccionamiento
subcelular y suele incluir tres procedimientos: extrac-
ción, homogenetzación y centrifugación. Mucho del
trabajo pionero en esta área se realizó con hígado de
rata.
A. Extracción
Como primera etapaparu aislar un organelo específico
(o molécula) es necesario exfraerlo de las células en que
se localiza. Casi todos los organelos y muchas biomo-
léculas son lábiles y pierden su actividad biológica;
por lo que deben extraerse bajo condiciones benignas
(es decir, con soluciones acuosas, al tiempo que se evitan
los pH y las presirnes osmóticas extremos y las tem-
peraturas altas). De hecho, la mayor pafte de los pro-
cedimientos para aislar organelos se realizan entre
0 y 4'C (p. ej., en un cuarto frío o con material conser-
vado en hielo). A temperatura ambiente pueden darse
pérdidas importantes de la actividad, en parle como
consecuencia de las diversas enzimas digestivas
lproteasas, nucleasas, etc.) liberadas por la fragmenta-
ción celular. Una solución de uso común para extraer
orsanelos es la sacarosa, 0.25 mol/L (isosmótica), ajus-
tada a pH de 7.4 mediante amortiguador de ácido
clorhidrico-TRiS (tris-
lhidroximetill aminometano),
0.05 mol L. con iones de K* y Mg2- en concentra-
eltri-,':anas a las fisiológicas; esta solución se
¡bitrariamente STKM (sacarosa, TRIS,de:-.a::-
-.,
.,
Miiocondria
Membrana I Peroxisoma
plasrnática
i
Citos0l
Lisosoma
Figura 2-1 . Representac¡ón esquemática de una célula he-
pática de rata con sus organelos principales.
magnesium). No todos los solventes utilizados para la
extracción son tan benignos como el STKM; por ejent-
plo, para ertraer lípidos y ácidos nucleicos se emplear:
solventes orgánicos.
B. Homogeneización
Para cxtraer un organelo (o biomolécula) de una c.!1 -.-
1a se requiere primero de romperla bajo condicrt,:-.:.
benignas. Los órganos (p. ej., hígado, riñón. encertrl,
su contenido celular pueden fráccionarse" con\'.i..-
tementc. a través del proceso de homogeneizacion. .:.
el cual una mano de llortero operada de modo ntanu¡.
o con un motor se hace girar en e1 interior de un tl'¡s;:
de vidrio de dimensiones adecuadas. que colttiene :::__-
mentos del órgano bajo estudio y un medi.:::,
hornogeinizar adecuado, como e1 STK\I L¡ i:,:- ,
controlada de la mano de mcrtero cjerce iii::.,,
:
-,
cánicas de fricción sobre las cólu1as r' ,¡. ,,-'
I
á
s
l.i.
,'ffi
Y'
l
i
I
ltrrt.r:1.. :'.:- J. . .-. :tgles \11.r.().!c. TRIS, l¡ctlitutt,

20. l0 , BioEitnico de Harper
(Capítulo 2)
C
más
'ndro
.24'
Principales organelos intracelulares y sus funciones. Sólo se listan las funciones
'mportantes
vinculadas con cada organelo. Alguías veces, en el organelo tienen lugar muchas
otras vías, procesós o reacciones
Sepuededef¡niraunorganelocomolaentidadsubcelular¡im¡ta¿apo,.,n","
3*,ii,'3lil3?13?;j;'*:::lli*ly::1,:::|:,'^:l*r-gr,ci9e¡ole1eto t"r;";"i;;;;Jrganeros sin embarso, se consideran en estecuadro junto con los orsanelos porque también sueren
"i.l;;;"-'.-"";;ñi,"á¡oi
.
"*iirij"""',i.;"J#§:";""[;XI#t:rr::"::l::t:#:""ff:::
:J:s;J:ffi;:r::'3,3,f11'"n
to''" pura un orsanero mediante un cicloáe centrirusá;;o;¿ireilncia¡; para obrener una fraccián pura a menucio
t L":""J:X""T"* c¡toesqueléticas pueden identificarse mediante microscopia electróníca o electrofores¡s de las proteÍnas caracterist¡cas que
para liberar los constituyentes en 1a sacarosa. La sus_
pensión resultante, que contiene muchos or.san¡los
lntactos, se conoce como homogeneizado.
C. Centrifugación
E.l subfiaccionamiento del contenido de un homogc_
neizado mediante centrifugación diferencial es un¿l
técnica de gran importancia en la bioquímica. El méto_
do típico utiliza tres etapas de centrifugación en sene
a diferentes velocidades sucesivarncnfe tnayorcs (fi_
gura 2-2'); en cada etapa se obtienen un sedimento l,
un sobrenadante. Este irltimo es objeto c1e centrifuge_
ción en la etapa siguiente. Con este procedirniento se
obtienen tres sedimentos dcnominados fiacciones nu_
clear, mitocondrial y microsomal. Ninguna contiene
organelos absolutamente puros. Sin embargo, mediante
e1 rnicroscopio electrónico y las mediciones con enzi_
mas y componentes químicos'.marcadores.. adecuados
rp cj.. DNA y RNA), ha quedado bien esrablecido que
,tr. c6¡s¡i1r',r.ntes principales de cada una de estas tres
-:¡.-ciones son núcleos, mitocondrias y microsomas.
:.'>:-ati amente. Una enzima o ,, ao*porrente quí_
l-':-¡¡ nt¡rcador" es aquel que se encucntra confinado.
..i:r e]:.-1uSt emente, a un organelo particular; por
etentr,l¡,. 1. ti.st¡rasa ácida en los lisosómas y el DNA
en ei nú.-l¡¡, ,
"-u¡rJir¡
l--1 l.
por
tanto, el.u..ádo. p,,._
de servir para indicar la presencia o ausencia de cual_
quier fracción particular del organelo en el cual está
contenido. La fu¿cción microsomal (microsomas) con_
tiene sobre todo r¡na mezcla de retículo endoplásmico
liso, retículo endoplásmico rugoso (es deciq retículo en-
doplásmico con los ribosomas adheridos) y ribosomas
libres- El contenido del sobrenadante finai correspon_
de aproximadamente al de la savia celular (citosol).
t-as modificaciones de este criterio básico con el empleo
de medios de homogeneizacióndiferentes,
o protoco_
los o máodos de cenhifugación distintos
$t. ej-.,utilizar
gradientes continuos o discontinuos de sácaiosa) han
permitido aislar formas más o menos puras de todos
los organelos mostrados en la figura 2-l y listados en
el cuadro 2-4. El esquema descrito se aplica, en general,
a casi todos los órganos y las células; sin embargo, los
fraccionamientos celulares de este tipo deben válorar_
se con mediciones de marcadores enzimáticos y
químicos y con el microscopio electrónico, hasta que
el procedimiento general pueda considerarse noñna_
lizado.
,
Esindispensable etfatizarlagranimportanciade
los estudios de *accionamiento subcelular en el de-
sarollo de la bioquímica y Ia biología celular. Ha sido
uno de los componentes más imporfantes del criterio
experimental (véase después) y
-en
gran medida a
Organeloofracción*
| Uarcador
Funciones principales
Sitiodeloscromosomas
%
Sitio de Ia síntesis del RNA dirir
Ciclo del ácido cí,r,.o, ,orror,,""P
Núcleo
DNA
Mitocondria Deshidrogenasa glutámica
Ribosoma* Abundante contenido de RNA Sitio de ta síntesis de proteínas (traducción det ,nr.lA
"nl.G*J-
Los ribosomas uniCo., t"
tesis de proteÍnas dei RE
Síntesis de var¡os lípidos
Oxidación de muchos xenobióticos (citocromo p450)
Sitio de muchas niOro
degradación)
Transporte de *olé"rlu.
"lAdherencia y comunicaclón intercelulares
Distribución intrr."lrlu, O" t", pffi
Reacciones de glucosrlación
Reacciones de sulfatación
Retículo endoplásmico
(RE)
Glucosa-6-fosfatasa
Lisosoma Fosfatasa ácida
Membrana plasmáticaNaLK. ATPasa
5'-Nucleotidasa
Aparato de colgi Galactosilo transferasa
Peroxisoma Catalasa
Ácido úrico oxidasa
Degradación de cierios ácidos grasos y aminoácidos
Producción y degradación de péróxido de hidrógeno
Mi"rofitrr"nto.. rni"rotú br¡o.,lErnilGIGñIiiol
Enzimas purc r, grr"ótir§iinGiJGTitolESo-
Citoesqueleto* No tiene enzima marcadora específlcar
Citosol" Deshidrogenasa láctica
7

21. -llllllltl-
Biomoléculcts y métodos bioquíntico: ¡
600 9
x l0 nrin
§obrenadante (1)
15,ü00 I
xSmin
-"'-'-.-'-.--'''----
Sobrenadante (2)
105,000 g
x 60 min
-'-'..---.''.-_'
Fracción
mitocondrial
§obrenadanie (3)
F.acc¡ón
microsomal
F gura 2-2 !s:-ema de ia separaciÓn de las fracciones subcelulares med¡ante centrifugación diferencial. El tejido
-:-:13'e za.: Q ei higado) se somete a una primera centrifugación a baja velocidad de lá cual se obtiene la fracóión
^-:.¿t co^:3fe-ucieosycélulasíntegras) yunsobrenadante('1),quesedecantaysesometeacentrifugaciónavelocidad
^:e"nec a era co:ener la fracción mitocondrial (contiene mitocondrias, lisosomas y peroxisomas) y uniobrenadante (2).
:sie se decanie ,' se somete a centrifugación a alta velocidad para obtener la fraccién microsomal (iontiene una mezcla de
r Dosomas libres y reiÍculo endoplásmico liso y rugoso) y la solución final transparente del sobrenadánte (3). Este conespon-
de, aproxrmadarnente. al crtosol o savia celular. Mediante diversas modificaciones a este procedimiento básico, por lo general
resulta posible alslar cada organelo celular en forma relativamente pura.
Horxogeneizado
consecuencia de su apiicación- sehan elucidado las
funciones de los organelos indicados en eI ctadro 24.
La información sobre dichas funciones, resumida en
este cuadro, representa uno de los logros principales
de Ia investigación bioquímica (véase después).
EL CRITERIO EXPERIMENTAL TIENE
TRES COMPONENTES PRINCIPALES
Los componentes principales del criterio experimen-
tal utilizado en bioquímica son: l) aislamiento de
biomoléculas y organelos (véase Centrifugación, an-
tes) presentes en las células; 2) determinación de la
estructura de las biomoléculas; y 3) análisis, mediante
diversas preparaciones, de función y metabolismo (sín-
tesis y degradación) de las biomoléculas.
1) Aislamiento de biomoléculas
Como en los organelos, elucidar la función de cualquier
biomolécula requiere que primero se aísle ésta errfor-
ma pura. El cuadro 2-5 lista los métodos principales
utilizados para separar y purificar biomoléculas. En
esta parte de1 libro no se dan detalles sobre estos mé-
todos: algunos se describen brevemente en otras
secciones. Casi siempre se necesita una combinación
y el uso sucesivo de varios de dichos métodos para
purificar una biomolécula hasta la homogeneidad (li-
bre de contaminación por cualquier otra biomolécula).
Es importante apreciar que los avances en bio-
química dependen del desarrollo de nuevos métodos
de análisis, purificación y determinación estructural.
Por ejemplo, el campo de la bioquímica de los lípidos
aceleró su avance debido a la introdr-rcción de las cro-
matografías de gasJíquido y en capa fina. El análisis
de las proteínas de la membrana y de muchas otras,
resultaba demasiado dificil hasta antes del desarrollo
Cuadro 2-5. Principales métodos utilizados
para separar y purificar biomoléculas*
Fraccionamiento salino (p. ej., precipitación con sulfato de amonio)
Cromatografía
En papel
De intercambio iónico (intercamb¡o aniónico y catiónico)
De afinidad
En capa fina
Gaslíquido
Líqu¡da de alta presión
Filtrac¡ón en gel
Electroforesis
En papel
De alto voltale
En agarosa
En acetato de celulosa
En gel de almidón
En po¡iacrilam¡da
En poliacnlam¡da y dodecilsulfato sódico
Ultracentrifugación
*
Casi todos estos métodos son adecuados para analizar los comgc-
nentes presentes en extractos celulares y otros maier,a:.
bioquímicos. El uso secuencial de varias técnicas suele perr: -
=
purificación de la mayor parte de las biomoléculas. para :s ::=
=:
acerca de cada una deéstas, se refiereal lecior a lcs :-:= :::-:
métodos de investigacrón bioquímica.

22. 12 .
Bioquímica de Harpet
(Capítulo 2)
de la electroforesis en gel de poliacrilamida_dodecil_
sulfato srídico (EGPA_SDSI la introducciá, ¿"t ¿"-
tergente.SDS permitió la..solubilización,,, y lu srbs"_
cuente electroforesis de muchas proteínas q* ..u, .ari
insolubles. El desarrollo de méiodos fr.á!1""u.n_
ciamiento y clonación_del DNA t u t"nlJo,rn irrpu.to
revolucionario sobre el estudio de los ácidos nlcleicos
y la biología en general.
2) Determinación de la estructura
de las biomolécutas
Una vez que se purifica una biomolécula, es necesario
oerefinlnar su estructura. Esto permite efecfuar corre-
laciones detalladas entre la
"rt*lt"*
V n r"iá". gn
"f
cuadro 2-6 se listan los métodos prlí.ipái.J'r.uOo,
paraanalizar la estructura de las biómoléi"iár. br 1"._
tor con algún conociml'ento de quimica o.elrr;"u to,
encontrará familiares. La especif,rci¿a¿, coñoci¿u, A"
ciefias enzimas, las convieri" ." t
"ou-i""á-,
poa"_
rosas para elucidar las características estructurales de
ciertas biomoléculas. La mejoría
""
fu i"rojr"ilr, fo_
grada por los avances teórióos y t"";;i¿;i;;r, nu".
cadav.ez más de la espectrometiía de
^í*.
u ¿" fu
esfie-ctro_scopia de resonancia ma gnética níclear
(RMN) los métodos de elección pu?u 1u a.t".-_u
ción, estructural. por
ejemplo, .ri iu-u.tüfi¿u¿,
".
posible elucidar la estruiturá ¿á -".¡ur
piot"iru. u.l
como de las cadenas de carbohidratos.^ti.muáu_.r_
te complejas presenres en cjerras biomolécuñ eomo
ras grucoproternas.
mediante la espectroscopia de
RMN de alta resotución. ra hrormaáá"
-árái,"rr"_
da sobre ta estructura de las biomál¿;;ü;;; áá,i"o"
por la difracción y la cristalografíu á. .u_, X. E'f
empleo de taies técnicas resultó crucial para revelar 1a
estrucfura detallada de varias proteinas y enzimás, así
como la nabxaleza de doble hélice del bXÁ.
-
3) Análisis, mediante diversas
preparaciones,
de función
y metabolismo de las biomoléculas
Al inicio, la investigación bioquímica en seres hu_
manos y animales se realizó erel animal completo.
Ejemplos de ellos son los estudios ,obr" iu."rpirl"ion
Cuadro 2-6. principales
métodos utilizados para
determinar tas estructuras de tas bi;r"t¿;,il;;
y el destino de los compuestos ingeridos. pronto
se
evidenció que el animal completo
""s
d.muriudo.o__
plejo para obtener respuestas áefinitivas a muchas pre_
_quntas. En concordancia con esto, se desarrollaron
preparaciones in vitro más sencillas, Ias cuales obt ia_
ban muchas de las complicaciones énA"ntu¿a, .or,
"ta¡imal completo. El cuidro 2_7 resume 1o, ¿ir..ro,
tipos,de preparaciones
disponibles en 1a actualidad para
estudiar los procesos bioquímicos; casi todo; los co_
nocimientos presenlados en este Iibro se obtuvieron a
partir del uso de dichas preparaciones. Los temas en
la lista apar-ecen en orden decreciente a. .o*fl.¡iauA.
Así corno emplear el animal completo tiene sus des-
ventajas. 1os demás métodos tambien presentan
limitaciones. De la utilización de criterios ir'ritn,, pte_
den derivar resultados erróneos (artiiiciás.¡; por
ejemplo, ia homogeneización
Ae las c¿tutas ii¡eru
enzlmas que pueden digerir parcialmente las molécu-
las celulares.
rARA
ESTUDTAR LOS PROCESO§
Bioeuír\dtcos sE Apt_lcAN n¿úéÉos
ENFOQUES
Gran parte de este libro trata sobre procesos bioquí_
micos.complejos (p. ej., síntesis d. protelnr-r'. .on_
tracción muscular), entre los que se :nclLi-, -n
f u. ,iu,
mctabólicas. que se define uomo unr ..n.i d_ rcaccio_
nes catalizadas por enzimas. que sinterizan un com-
puesto más complejo a parlir de uno o ¡.iás compuestos
más senciilos o bren. se encar_qan de 1a degradaiión de
lm compllesto hasta su producto f-inal. Es posible infe_
rrr a panir de las obsen.aciones realiza¿ur'.,
"i
u*rrut
completrr. ia eristencia de un proceso bioquímico com_
¡leto ,. de ciertas r.ías rnetabólicas. por
.j._plo, tu
,:b:er a¡ión directa de otros hombres, io¿i* q'r. to.
llu..-ulos se contraen. Se sabe que la glucosa sirvé como
ruerre de energía para los se.ei huñunos y otros an1_
¡'.ales: por tanto, se puede infedr sLr aeg.aáaciOn
meraboiismo) en el cuerpo para obtener en-e.gia. Sin
embargo. para conocer por completo cómo es'que las
i. iLrlr. h rrmanas metabol izan a la glucosa _y.i
.'o,lo.i_
mrenro al respecto dista mucho de iompletaÁe_'se re_
qr.uere aná1isis a diversos niveles. La figura 2_i muestra
\.anLrs ripos de observaciones y análisiír.qr.ri,lo, pu.u
coniprender. cala]mente. los procesos bioquín_ricos como
ra oe-sradaclon rmcral de lagh-rcosa para obtener energía
(proceso conocido como glucólisisj. Et esquerna mos_
trado se aplica, en general. a todos 1o. p.o..ros úioqui_
inicos principales descritos en el libro
ip. .¡,,jUOririr,
oxidación del ácido graso); por tanto,'rei."-..rrru
urru
estrategia general para elucidar tales proéesor_r; t i.,
no slempre resulta relevarrle cada uno de los puntos
listados.
Análisis elemental
Espectroscopias
ultravioleta. visible, infrarroia v de RMN
trmp¡eo de hidról¡sis ácida o alcal¡na pa"a áegraOai á biomolécula
, ,,
bajo estudio hasta sus constituyentes
Oas¡co's
uil¡rzacton de una batería de enz¡mas.de.especiflcidad
conocida para
degradar Ia biomolécula baio estudio (p. ej., proteasas,
nucleasas,
glucosidasas
)
Espectrometría de masas
Métodos específicos de secuenciamiento (p. ej., para proteínas y áci-
dos nucleicos)
Crrstalografia de rayos X
I

23. _-
BiomolécuIcts r' ¡i l.i¡,,,;
Cuadro 2-7. Jerarquización de las preparaciones ut¡lizadas para estudiar procesos bioquímicos
Método Comentarios
Estudios en el animal completo Estos estudios pueden incluir
1
) extirpación de un órgano (p. ej., hepatectomía)
2) modif¡caciones de la dieta (p. ej., ayuno-alimentación)
3) administración de un fármaco (p. ej., fenobarbital)
4) administración de una tox¡na (p. ej., tetracloruro de carbono)
5) utilización de un animal con una enfermedad específica (p. e1., diabetes mellitus)
6) uso de técnicas complejas, como espectroscopia de RN/N y tomogralía por emisión de positrone=
A menudo, los estud¡os a este nivel son fisiológicos, pero pueden ser difíciles de ¡nterpretar deb,c: : .
interpartic¡pación de los órganos mediada por la circulación y el sistema nervioso
Organo aislaco'"' c€í,^i aO En particular resultan adecuados higado, corazón y riñón.
Este método permite estudiar un órgano l¡bre de la influencia de otros órganos o del sistema nervrosc
El empleo de la perfusión suele asegurar Ia conservación de la función del órgano al menos durante va.:s
horas
Se han utilizado especialmente los cortes de hígado
Aparta el corte del órgano de otras influencias, pero las preparaciones tienden a deter¡orarse en el trañscu.-
so de pocas horas, en parte como consecuencia del suministro inadecuado de nutrienles
1
) Aplicable sobre todo en células sanguíneas, las cuales pueden purif¡carse con relativa facilidad
2) En muchas áreas de la biologia es indispensable Lrsar células en cultivo de tejido
1
) Asegura una preparación libre de células
2) Pueden añadirse o ret¡rarse componentes específ¡cos (p. eJ., mediante diálisis) y estudiar los efectos
correspondientes
3) Puede subfraccionarse por centrifugación para obtener organelos celulares individuales
{sramienro c€ c-g:-e:s
=l.lares
Se utiliza ampliamente para estudiar las funciones de mitocondrias, retículo endoplásmico, ribosomas, etc
Subfraccioear a-:: Se emplea mucho; por ejemplo, para estudiar la función mitocondr¡al
Ars a" ¿'': ::-ji:-j---:- o¡ oe
meie:a 1:: ,
=-- -:S
Una parte vital del análisis de cualquier reacción o vía química
:e e.]ztmas y
i.='-.iros puntos importantes del cuaclro 2 1 y de
-' --:,-:¡ I I ameritancomentarios: 1) Paracompren-
J;: :. ::Lr.'iso inolecuiar y! a pesar de la posibilidad de
::.--...,-,>. -s absolutamente necesario aislar e identifi-
Ji:, :t, -r-Il]t;l L¡'.Lfi]. Cada Componente de un proceso
l-a,cLirr-Ilt.rr. Iás adeLante se presentan muchos ejem-
plos. 1t Tambien es importante poder reconstrs¡ in
lirlo e1 proceso bajo estudio, mediante el reensamble
sistemático de sus componentes individuales. Si el
proceso no funciona una vez reensamblado, una expli-
cación corresponde a que no se ha identificado algún
componente crucial y éste no se ha incorporado en el
reensamblado. 3) Los avances tecnológicos recientes
(p. ej., espectroscopia por RMN y tomografía por
emisión de positrones [TEP]) penniten detectar cier-
ta: biomoléculas en el órgano completo y vigilar los
.-:r:rbios temporales en la cantidad de tales biomo-
-¡;-.,¡s. Estos avances indican que cada vez es más
:.:.r.e :.irlizar análisis complejos de muchos proce-
s.,s 1 -.,. *r]nic os 1r7 yiyo. 4) Una vez que los resultados
c¡b t:n, i.. s r.n e Jiante diferentes criterios son constao-
tes. se tus¡iIl..r .oncluir que se ha lograclo un progreso
real en 1a cot.n¡reri.ión de1 proceso bioquímico bajo
estudio. Si se obtienen inconsistencias impofiantes al
El aislamiento de un gen clonado es fundamental para estudiar los detalles de su estructura y regulación;
también puede revelar la secuenc¡a de aminoácidos de Ia enzima o la proteína a las cuales codifica
aplicar varios criterios, deben investigarse sus causas
hasta obtener las explicaciones racionales. 5) Las prepa-
raciones y los análisis descritos pueden utilizarse
para estudiar los cambios bioquímicos en animales con
estados metabólicos modificados (p. ej., ayuno, alimen-
tación), o con enferrnedades específicas (p. ej., dia-
betes mellitus, cáncer). 6) Casi todos los métodos y
criterios señalados pueden aplicarse al estudio de cé-
lulas y tejidos humanos normales y enfermos. Sin
embargo, debe tenerse cuidado de obtener el material
necesario en estado fresco y debe ponerse particular
atención a las consideraciones éticas relativas a la ex-
perimentación en seres humanos.
Los isótopos rad¡activos y pesados
han contribuido a la explicac¡ón
de los procesos bioquímicos
La introducción de1 uso de isótopos en la bioquímica
en el decenio de 1930 tuvo un impacto drástico, por
1o que requiere mención especial. Antes de su empleo
resultaba dificil "marcar" las biomoléculas y dar se-
guimiento a sus destinos metabólicos. Los estudios
pioneros, en parlicular por Schoenheimer 1'colatr-

24. t4Bi,ttttt t¡ ¡.
';
,i: H;ii'¡tct
(Capítulo 2)
lnferir la existencia de un proceso bioquímico o de una vía
meiaból¡ca a partir de las observaciones realizadas a n¡vel
del animal completo
Analizar los mecanismos de control in vivo
Figura 2-3. Esquema de la estrategia general utilizada para
el análisis de un proceso bioquÍmico o vía metabólica. Los
criterios utilizados no necesariamente deben realizarse en
la secuencia precisa en que se listan. Sin embargo, por lo
general con su utilización se elucidan los detalles de un pro_
ceso o vía bioquímicos. Por tanto, el esquema aplica a un
nivel general para todas las vías metabólicas principales
comentadas en los capíiulos subsecuentes del texto.
radores, utilizaron ciertos isótopos estables (p. ej., D,.
Nls) y §u detección mediante espectrometría de masas
para resolver muchos problemas bioquilicos. por
ejemplo, es posible la síntesis de ciertos aminoácidos.
azúcares y ácidos grasos qlle contengan una cantidad
adecuada de isótopo estable y, en seguida, adminis-
trarlos a un animal o agregarlos a una preparación in
vitro para dar seguimiento a sus destinos metabólicos
(p. ej., vidas medias, conversión a otras biomoléculas).
Los compuestos marcados con isótopos estables ade-
c¡1dos, se utilizaron para investigar muchos aspectos
del metabolismo de proteínas, carbohidratos y tiplaos.
A partir de tales estudios, se demostró que el métabo-
lismo es un proceso muy activo y que casi todos los
compuestos en la célula están sujetos a síntesis y de_
gradación continuas, si bien a velocidades muy
diferentes. Estos hallazgos fueron resumidos por
Schoenheimer como "lanafuraleza dinámica del me-
tabolismo".
La introducción subsecuente de isótopos radiac-
tivos y de los inskumentos para su medición también
resultó muy importante. En el cuadro 2-8 se listan los
principales isótopos estables y radiactivos utilizados en
sistemas biológicos. Su empleo es fundamentalpara
el desarrollo de cadaítteadela bioquímica. En su apli-
cación se apoyan mucho las investigaciones in vivo e in
r,frro de biomoléculas complejas y sencillas. También
dependen de dicho uso, los enormes avances alcanza-
dos recientemente en el secuenciamiento de los ácidos
nucleicos y la medición, por radioinmunoanálisis,
de cantidades muy pequeñas de compuestos presentes
en los sistemas biológicos.
EN BIOQU|TU¡CN SE HAN LOGRADO
AVANCES I M PORTANTES, MUCHOS
RELEVANTES PARA LA MED¡CINA
En los párrafos siguientes y,en el cuadro 2-9 se resu-
men los avances más importantes realizados en el
campo de la bioquímica, en particular de la bioquímica
humana. Buena parte de este libro amplía los temas
gue aquí se listan.
1) Se determinó la composición química general
de las células, los tejidos y el cuerpo; se aisla-
ron los compuestos principales presentes y se
establecieron sus estructuras.
2) Se conocen las funciones de muchas biomolecu-
las sencillas, al menos a nivel general; esto se
describq en el libro. También si establecieron
Localizarlo en uno o más órganos
Localizarlo en uno o más organelos celulares
o fracciones subcelulares
Delinear la cantidad de reacó¡ones en las cuales participa
Pur¡ficar los sustratos, productos, enzimas y cofactores,
u otros componentes indlviduales de tal proceso o vía
Analizar los mecan¡smos de conlrol in vitro
Establecer los mecanismos de la reacción en la cual participa
I
lsótopos estables lsótopos radiactivos
D2
N15
o18
H3
P32
s35
Ca35
1,125
1131

25. Biomoléculas I nler.) ii
Determinación de las estructuras de muchas
bromoléculas (p. ej.. proteínas. DNA. RNA)
Elucidación. al nrencs
"a,.ai.Ce
lasfuncio-
nes Ce ñ!chas ¡:ñ5ie:ulas
A slariienic r ss:a: e: ''t"tiento de la función
ce ios p.lrc ca es :iganelos celulares
Anál,s,s c: : ¿s:-,::tra y función de enzimas
:-:: ¡e ias vías metabólicas y sus
l.:=-- -¿3¡ón de los principios más impor-
:¿-::s :s ia regulación metabólica
l:::-'¡rnación de los principios más impor-
=::es
de la bioenergética
ir:oximaciones detalladas de la estructura
,r lunción de la membrana
Elucidación de los mecanismos generales
de la acción hormonal
11. Aproximaciones detalladas de las bases
moleculares de muchas enfermedades
I a 1'1, 39
63 a 65, varios
Cuadro 2-9. Resumen
más importantes en
de los avances
bioquímica*
" Muchos avances son logros o contribuc¡ones de los científicos que
trabajan no sólo en b¡oquímica, sino en otros campos de la b¡ologÍa
(genét¡ca, biología molecular, fisiologÍa, química, medicina, etc.), pero
todos pueden incluirse en el campo de la bioquímica en la medida
que se refieran a las moléculas presentes en las células vivas.
ias funciones de las principales biomoléculas
complejas. De gran interés resulta el conoci-
miento de que eI DNA constituye el material ge-
nético y que transmite su información a un tipo
de RNA (RNA mensajero, mRNA), el cual, a su
vez, dicta la secuencia lineal de los aminoáci-
dos en las proteínas. El flujo de la información a
partir del DNA puede representarse de modo
conveniente como DNA + RNA -+ proteína. Sin
embargo, se conocen excepciones importantes
en algunas de las aseveraciones atlteriores. El
RNA es el material genético de algunos virus.
Adcmás, en ciertas circunstancias, la informa-
ción del RNA puede transcribirse ai DNA; este
proceso se conoce como transcripción inversa
y la uttliza, por ejemplo, el virus considerado
como causa del SIDA (virus-l de la inmuno-
deficiencia humana, HIV- 1 ).
3) El logro de la tecnología del DNA recombinante
constituye un pafteaguas, porque revolucionó
e1 esrudio de la estructura y función génicas y
Ilene un fuerte impacto sobre todos los campos
de 1a biolosía. inclusive la medicina.
,l)
Se arslaron 1os prLncipales organelos de células
arlimales v se establecieron sus funciones más
importantes.
5) Se demostró que casi todas las i3.:. - i:, - -,:
ocllrren en las células se catalizan l - I ;r _ - -:
muchas de éstas se puriflcaroll 3Sr.-l :r
se pllso de manifiesto las caracteristrai: -: :
rales de sus meclnismos de acciórr. .l-r:'* , . -.
todas la: enzitnas son protcinas. en l¡ .i-.-..
dad está llrmemente establecido que .13.:i
moléculas del RNA (ribozimas) tambrén t.;:'.-..
actividad biocatalítica.
6) Se delinearon las vías metabólicas involucra...
en la síntesis y degradación de las principar:.
biomoléculas sencillas y complejas. En
-eene-
ral, se encontró que la vía de la síntesis de un
compuesto difiere dc la correspondicnte a su
degradación.
7) Se esclarecieron diversos aspectos de Ia regu-
lación del metabolisrno.
8) Se reconocieron las características generales
de la manera en que las células consefl/an y uti-
lizan la energía.
9) Se conocen muchos aspectos de la estructura
r-
flinción de diversas membranas presentes en las
células: sus colrlponentes principales son pro-
teínas y lípidos.
10) Se dispone de abundante inlormación general
sobre cómo actuan las principales hormonas.
1l) Se descubricron las bases bioquímicas de mi.t-
chas enfermedades.
Si bien es importante saber que existe abundante in-
formación bioquímica, también lo es apreciar lo poco
que se conoce en muchas áreas. Quizá los dos proble-
mas principales a resolver, se refieran al establecimiento
de las bases bioquímicas del desarrollo y la diferen-
ciación del encéfalo. así como a la función de éste.
Aunque está bien establecida la naturaleza quimica de1
material genético, casi nada se sabe de los mecanis-
mos que activan o desactivan los genes eucariotas
durante ei desarrollo. La comprensión de la regula-
ción génica también constituye un área crucial para
entender cómo se dif-erencian las células y cómo se
transforman en cancerosas. El conocil¡iento de la di-
visión y el crecimiento celular
-noffnal
y maligno-
así como de su regulación es todavía muy limitado.
Virlualrnente nada se sabe de las bases bioquímice.
de los fenómenos neurales complejos, como el estado de
conciencia y la memoria. Asimismo se dispone de mur
poca información sobre los mecanismos de 1a sccle-
ción celular. Apesar de algún progreso se desconocelr
las bases moleculares de casi todas las cnlelrredadi:
genéticas, pero la disponibilidad de 1a tecnoloqi., -:-
DNA recombinante sugiere que habrá 3\.e1tCr': t. .
bles en esta área durante los años sirruieni:. , .,

26. l6 ' 8,,.;, ,i
- .; -;. ii,ii'¡t¡i'
(Capítub 2)
año l[)U] o anres se dispondrá de la secuencia clel
senoüta humano; la información generada por esta
ma_qra tarea tendrá un impacto enofine sobre ia biolo_
-eia
humana, y la medicina.
RESUMHN
Los constituyentes principales de casi todas las biomo_
teculas. son carbono. oxígeno. hidrógeno y nitrógeno.
19:más
rcs.utran de gran imporrñrcia liorág;.u y
ll.d,¡3,
calcio. fósfo¡o. potasio, sodio, cloro, ñogrr._
slo..hrerro. manganeso, yodo y ciertos elementos
adicionales. L-as principaiés moiéculas p..r"nt.. .,
celulas y tejidos son: agua, DNA, RNÁ, proteínas,
polisacáridos y lípidos.
La célula es la unidad básica de la biología. Con_
tiene diversos organelos que desarrollanti,r".ru,
tuncrones cspecializadas. y pueden aislarse medianre
fraccionamiento subceluláq para estudiaruu, irn.lo_
nes con detalle.
El progreso en bioquímica ha dependido del aisla_
miento de las biomoléculas celulares y la determinación
de sus estructuras así corno del anállsrs de su lunción
y metabolismo. Para investigar la estructura, función y
metabohsmo de las biomoléculas se han utilizado mu_
chos enf-ogues que van desde el animal completo hasta
el.gen aisla.do. Fn particular, el empleo de isótopos es_
tables v radiactivos ha tenido gran irnportancia para
e1
r ancc del coiiocimiento bioquimico.
La lepresentación
Transcripción
Traducción
DNA ------------) RNA_--____________j> proteina
resume el ntóvil de gran parte del esfuerzo contempo_
ráneo de 1a bioquímica. Sin embargo, se han lográdo
nrLr!rtü. urros avances en cl conocimiento bioquiinico.
colltL) lA determinación de la composición corporal y
el entendimiento parcialde las estructuras y funciones
de enzirras. homronas y membranas. Se han descu_
bient¡ ias bases bioquíriricas y genéticas á" *r"lru,
enternredades, y la aplicaciónreiiente de la tecnolo_
gia de1 D\A recombinante, ha acelerado enomemente
el prtruleso en esta área. A pesar de todo, queda rnu_
ch¡r pr¡r¡ conocer; Ios retos principales para'el futuro,
inclur en el mapeo del genoma hu,.,rano y la obtención
de 1a erphcación r¡olecular de los mécanismos rn_
r oluc¡ados en el desarrollo, 1a diferenciación v la
fLrnt' r,'n ence lál icas. I
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Biochemistt..t. -lth cd. Cambridge Univ press.
199_i

27. -
Agua y pH
Victor W. Rodwell PhD
' - - :: ; :,rtt.lio se centra, sobre todo, en las pro-
- : - :- :; .,_r-l:,i. inch-Lyendo los conceptos dc pFI y
- - -- . j-..-e
ios conceptos de enlaces y fuerzas
. .
-.::.
¡n1ace_q electrostáticos. interacciones
: .:.r.: .lrlalentes y de hidrógeno. cumplen
'.
r - - , .:: :lttrléculas polares presentes en las cé-
: : _ . ; ,.
:.Crt v reaccionan prinCipalmente en un
, ' : : --... )-r. El agua, nrolécula notablc, funda-
'' :'' : '
--_ -,
-,
tda. solubiliza y ntodifica las propie_
,:-,-,: _) : ::olécnlas0or11oácidosnucleicos,pro_
: ,. - - :, :'--¡iraios. al lormar enlaces dc hidrógeno
- : ----:r,-,s polares fi-rncionales de dichas biomo-
- - - :: ::.:! rnteracciones modifican 1as propiedadcs
-- -. . - :.-..,ccu1as y su configuración en solución.
-: --. : .lrncomitantes impartefl a estas biomo-
:l ,..lrrdes csenciales para el proceso de la
- - -:
--.,-'.ecuias
-inclusive
las que son relati-
: : - : ::¡s. como ciertos lípicios- también
r :
-
-, -. ::,.:rcdades del agua. La comprensión
J= . - . : .-: i::-. . ltt¡rneostásicos mediante los cua-
.:-¡ .: . - :,-ir-.:.
'
- : -,-rltSef\¡OIl Un ambientC intraCelUlar
:.-l.t-,.;:':::-:: . -:-_:,::tte debe incluir la considcración
c--l p11
-.
ü--. .i-:--:,t:,r¡ltriento en los líquiclos corpo-
:¿le¡ r ¡¡,::-.i.-rr-i-:..3litrS subcehilares. por
itltimo. la
i.s!r.i:ia.a:'. J¡ -,. ::-Li¡rrs liutcionales clc las biorno-
,.ic.¡i¡: -l )a -,., ,-:' .:a-irrsa a cliversos valores de pH,
r-: .r',.i-,ri !.rt¡ .i.,iit.--rinder sus reacciones y propie-
-,:-l:: it' -.,: ;..1;,ii.S
,,:r,
f,S \-el labOratOfiO.
¡ ¡- \' *
:,'-'.tri.'.i:
-..
i;-
F-1 a_su,, ..,:-.):-.-.i. : :1 lrincipal producto final clel mc-
tabolist-n.r aj\,ü¡.ri¡, ¡le ios alimentos. En cuanto un
nucleófi1o excelcnte, e1 agua sine conto reactante
--\.
como producto de-- en muchas reacciones metabii-
licas. El sitio activo de las enzimas está construiclo de
tal manera que incluye o excluye ei agua segiur ésta
sea, o no, ult reactante.
La homeostasia. el mantcnimicnto dc la composi-
ción del anbiente intemo quc es escncial para 1a salud.
incluye considcrar la distribución dcl aguá en e1 cuerpcr
así como el rnantenimiento de ur.r pH y concentracio-
nes de electrólitos adecuados. Dos tercios del agua
corporal total (55 a 65% del peso corporal en v¿rrones
y casi l07o menos en mi-rjeres) corresponden al líqui-
do intracelular. Del restante líquido extracelular, el
plasrna constituye aproximadarnente 259lo.
La regulación del equilibrio hídrico depende de
mecanismos hipotalámicos para controlar Ia sed, hor-
moua antidiuré¡ica, retención o excreción dc agua por
los riñones y pérdidas por evaporación debidas a la
respiración y transpiración. Los estados de depleción
hídrica y cxceso de agua corporal, que son ficcuentes.
a menudo se acompañan de depleción o exceso dc so-
dio. La depleción hídrica puede deberse a una menor
ingestión (p. ej., coma) o a1 incremento de la pérdida
(p. cj., sudoración intensa, pérdida renal en 1a diabetes
mellitus, dianea dcl lactante o por el cólera). Las cau-
sas de exceso de agua corporal incluyen aumento de
la ingestión (p. ej.. administracitln excesiva de lÍciui-
dos por t,ía intravenosa) y disminuoión dc la excrecirrn
(p. ej.. insuficiencia renal intensa). Tanto mecanisuros
osmóticos conto no osmóticos resguardan el agua r la
homeostasia osmótica del liquido extracelular. Do.
rcspuestas diferentes, 1¿r conservacicin del agua mecliair-
te 1a antidiuresis y la obtención a través de la itrgestión.
sirven para conservar la homeostasia. Un incremenl:,
tan pequcño cor¡o de 2o/o enla osmolaridad del hu. -
do extracelular puede desencadenar la sed r la lj.be:.,-
ciírn de horrnona antidiurética hipofi str.ra t iOti , t
- -.
la disminución de l0% en el volumen del 1r..,. .,
extracelular circulantc, ult nicr'ánirrltt' n'tcn.'- :-
.
17

28. dL'sencadena la liberación no osmótica de ADH v la
sed..El trastorno genético de la diabetes insípida
nefiógena, caracterizada por sed extrema. abundante
rngestión de agua e incapacidad para concentrar la
orina o responder a cambios sutiles en la osmolariclad
dei líquido extracelular, deriva de la incapacidad de
los osmoreceptores fubulares de ADH en ei riñón para
respondcr a esta hormona.
La conservación del pH del líquido extracelular.
entre 7.35 y 7.15, en lo cual el sistema amortiguador
del bicarbonato tiene participación crucial, es funda_
mental para la salud. Los trastornos del equilibrio
ácido-base se diagnostican en el laboratorio ólínico al
medir el pH de la sangre arterial y el conteniclo de
CO, de la sangre venosa. Las causas de acidosis (pH
sanguíneo < 7.35) incluyen: cetoacidosis diabétici y
acidosis Iáctica; y las causas de alcalosis (pH sangui
neo > 7.45) incluyen: vómito del contenido ácido del
estómago o terapéutica con cieftos diuréticos. El diag_
nóstico preciso y el tratamiento inmediato del dese_
quilibno hídrico y los trastornos ácido-base descan_
san, en parte, sobre los conceptos considerados en este
capítulo.
1B B i,, r; ¡, ;,,; ¡.,, tit' HutTtet'
EL AGUA ES UN SOLVENTE
BIOLÓGICO IDEAL
El agua es una molécula tetraé
ligeramente asimétrica
La estructura tridimensional de la molécula de agua
es un tetraedro irregular con el oxígeno en el centro
(figura 3 1). Los dos enlaces con el hidrógeno se diri_
gen hacia las dos esquinas del tetraedro, en tanto que
los electrones no compaftidos sobre las dos órbitas
.1pr híbridas, ocupan las dos esquinas restantes. E1 án_
gr,rlo entre los dos átomos de hidrógeno (105") es un
¡oco menor que el de un tetraedro (109.5.), lo que da
-:1gen a un tetraedro ligeramente asimétrico. La mo_
.,..-¡ de amoniaco también forma un tetraedro en el
. . . . -.s ángr-rlos de los enlaces entre los hidrógenos
- _- . :_¡ua lfigura 3_2).
, -.,.-::.:ce
asimétrica, la carga
- ,, tt ,Jr.
uilifoilne en la
, _ - tt .r. trpuesto a los
. : I':.r:IetnelCC_
. ., ¡o del
Figura 3-1, La molécula de agua tiene geometría tetraédrica
de carga pursitiva locahzacla. El término
..dipo1o,,dc_
nota ias nroléculas que, como el agua, poré.r, co.gu
electnca r electrones) distribuida de mod-o desigual én
su cstnlcrurli. E1 amoniaco también es dipolar, al igual
que muchos compuestos como alcoholes, fosfolípiáos,
aminoácidos v ácidos nucleicos.
Múltiples fue
las molécula
estabilizan
lógicas
Entre las diversas flrerzas quc mantienen unidas a 1as
moléculas, las más poderosas son los enlaces cor a_
lentes, en los cuales la energía de enlace lar.ia descle
30 hasta más de 150 kcal/mol (cuadro ,1 1). Las mo_
léculas biológicas se estabilizan aún más mediante
varios tipos adicionales de enlaces intr.amoleculares,
cuyas energías de enlace varían amplialnente desde
0.i hasta 10 kcal/mol. Estos enlaces no covalentes. si
bien relativamente débiles, son abundantes en las
biornoléculas, por tanto, contribuyen de manera impor_
tante a 1a estructura, estabilidad y función molecularcs.
I
,.
- -l--.
lz"
,-</'
\
107--
--\
H
Figura 3-2. Estructura tetraédrica del amoniaco.

29. ----.l-
Agtttt . :---.
.
de importancia biológica
Cuadro 3-1 . Energía de enlace para los átomos
Energía
(kcaUmol)
o-o
§-s
C*N
S-H
l!-ñ
LAS MOLECUI.AS DE AGUA FORMAN
PUENTES (ENI-ACES) DE HIDRóCeruO
s de hidrógeno conf¡eren
ura macromolecular
--,: :- :...:- _;.tido. igual que el hielo, tiene
-'- ::.i-,... : :- :-:a:Iolecular, que resulta de la ca-
-- -:r --
- > : :, :,. del agllapara autor:reunirse en
: ::.:* r :-. j '.
,rqLtido. La interacción electros-
.:. -: :i..r, --r .-.. j:.
=eno
de un dipolo hídriccl y el par
t; ;.:'- ;r t ,.)ntpartidos de otro dipolo hidrico
lm? rn ptrente de hidrógeno; éste.favorece la reu-
,: r - .r-..-¡ hidncos en patrones ordenados, y
r.:itrr v un aceptor de hidrógeno. Obsér-
:-:¡,i,-¡ hídrico puede servir como donador
-: - - :J ,.rr átomo de hidrógeno (figura 3 3). Los
denen una vida media de asociación-Err§rt(f,ros y uenen una vlda mgclla de asoclaclon-
ilfumiacion de aproximadamente 1 pseg. En el hielo,uu 4prv^ult4u4trlvrtLU r
[¡,Dgé.
Dtl gt ttlEIU,
rdadipolo hídrico se reúne con otros cuatro dipolos
hitkicos: en el estado líquido, la cifra es de casi 3.5.
Pr mnto. con excepción de la fiat taleza transitoria
de sus interacciones dipolares, el agua en estado 1í-
quido semeja al hielo más de 1o que se pensaba.
Los enlacesde hidrógeno son débiles respecto a
los snlaces covalentes. Para romper un puente de hi-
drógeao en el agua en estado líquido, se requiere de
4.5kcaUmol, aproximadamente; menos de 5% de las
110 kcal requeridas para romper el enlace O-H de
una molécula de agua.
Los puentes de hidrógeno estabilizan
proteínas y ácidos nucle¡cos
Entanto que, atemperatura ambiente, el metano (peso
molecular. 16) y el amoniaco (peso molecular, 17)
son gases. el agua (peso molecular, 18) es un líquido.
¿A
qué se debe esto? La respuesta radica en la capaci-
dad del agua para formar puentes de hidrógeno, lo cual
tambisn explica su viscosidad y tensión superficial
relativamente altas.
J+
51
70
81
82
:,
\o..-....r'lo: "'.,
,/l
o
H'/
o
H
I
o:_
H
Figura 3-3. Las moléculas dipolares de agua se reúnen en
solución. lzquierda: Reunión de dos moléculas dipolares
de agua. La línea punteada representa un puente de hidró-
geno. Obsérvese que una molécula de agua determinada,
puede actuar como donador o aceptor de hidrógeno, o como
ambos simultáneamente. Derecha: Reunión de una mo-
lécula central de agua con cuatro moléculas de agua
adicionales, mediante puentes de hidrógeno. Esta estructu-
ra es típica del hielo y, en menor extensión, del agua en
estado líquido.
El carácter dipolar del agua y su capacidad para
formar puentes de hidrógeno, también explican su ca-
pacidad para disolver muchas moléculas orgánicas. Los
compuestos que fonnan puentes de hidrógeno con el
agua (p. ej., compuestos
-OH
o SH, aminas, ésteres.
aldehídos y cetonas) rápidamente fbrman solvatos; por
tanto. se incrementa su solubilidad en el agua. Las
macromoléculas. cor¡o las proteínas, estabilizadas
mediantc puentes intermoleculares de hidrógeno, pue-
den intercambiar puentes superficiales de hidrógeno
por puentes de hidrógeno con el agua y aumentar la
solubilidad. Por tanto, las proteínas solubles están
recubieftas por una capa de agua.
El carácter dipolar del agua influye mucho sobre
sus interacciones con las biomoléculas. En el ambienre
acuoso dc las céli,rlas vivas. ocunen muchas interac-
ciones de carga entre el agua y los grupos polares de
las biomoléculas. El DNA se pliega de modo que s..
exponen el azicar polar y los grupos fosf-ato a las ntt -
léculas de agua. De igual manera, los residuos polar;.
de las proteínas se localizan principalmente en 1a su-
perhcie del biopolímero, donde parlicipan en eXre rS;:
interacciones con las molécuias de agua. La figula -r
-:
ilustra la fonnación de los puentes de hidrógeno er-:::
el agua y los grupos funcionales reprcsentativos c¡ .'.
biomoléculas. Los dipolos alcohol, igual que los r-..: -
cos, pueden servir como donadores o acepra,:;. --
hidrógeno para lormar puentes de hidrógen., .. -
agua, entre sí, o con otras biomoléculas. En J, t :.
los átomos de oxígeno de las cetonaS tr --,: ;: -'-
sólo sirven como aceptores de hidrósen.-
Tipo de
enlace
o
o
i
H
I
96
99
'108
110
147
147
164
\

30. (()apírulo
3)
H
H
I
-C¡ -o+i_{
.cH, _ cH,
R
.R'
)c:+o H*x-
,/-\
D' \
''R
Figura 3-4. Los grupos polares adicionales. participan en la
tormación de puentes de hidrógeno. S" ;;":;;t;r'pr"r-
tes de hidrógeno formados entle un ,t"oÁ;it;t u;r]J, entre
dos moléculas de etanol, y entre el oxígeno del carbonilo de
.yl^?"-?lid"
y er hidróseno oer n,tros;;É";" JüI, *ol,j" ,o
yacente.
cluyen las fuerzas de van der Waals y las interacciones
hidrófobas. Este último tér-ino ,...1i..1 u iu uu,orr"r_
nión de.los compuestos no polares en un ambiente
acuoso, la cual no se origina por la atraccián mutua ni
por io que algunas,r.ce, i. denomina, i".to""tu."nt.,
como "enlaces hidrófobos.. . La fuerzaq.re ;Áputsu ia
autorreunión proviene de la tendenciu a.l uguu para
formar puenres de hidrógeno .or, .ttu ,ri-.ril y Oe la
ruptura de estos puentes por Ia presencia de ,roléculas
no polares. La conducción enirópica O" tá o.guniru_
ción de las motéculas no poiares ..q;;;;
lue éstas
presenten una superficie mínima al água. En conse_
cuencia. las i¡oléculas no polares _o
1as porciones de
moiéculas con rnenos polaridad_ qu"aln
;t"pultu_
das" en el interior de las gotas d. iip,d; o de las
proteínas.
Fue;'zas de u=n ,i*r LFv.aais
Las ñrerzas de r.an der \hals tienen su origen en las
Í:u t-3u, r riri'. tntre dipolos aróm ico: o ,ol..uiur., i.ri_
sltorios. Esros se generan por los .r*Uio, .,¡iao, .n
1a distnbución de 1a carga, que caracterizana todos
los átomos neutros. Individualntente
¿¿Ulf .s lt..o aU*_
dantes" las interacciones
de van cle. wuul. ;;;;ibuven
de manera importante a la est¡uctur"
"i;l;;;;i;;;i;
a la estabilidad de las macromoléculas. Dos f-actores
detenninan que las ñrerzas de van der \aals tperen
sólo en un estrecho intervalo de distanciai int..utó_
lnica.: I I la trrerza de arracción disrninufe
"n
i¿,_ino,
de la sertapotencia de la distancia."t.álor áipofor, y
I l conll¡rrne los átomos o las nroléculu,,. uprá*lrun
entre sÍ. el rechazo interatómico rápidamente sobre_
pasa la fuerza de atracción (figura:_S1. La sáfaraciOn
promedio entre los átomos o las moléóulas esiabiliza_
das por las fuerzas de van der Wautr, .quirru1" u iu ,l.rrnu
de los respectivos raclios de van der Waalr. puüll.
ato_
mos de-interes biológico, tales radios
"u¡un
Járá" f A
hasta 2 A. aproximadrmeltte (cuadro j _21.
Las
inreracciones de van der Waals máximr,,..ráür.I.,
entre los átomos separados por una distancia equiva_
lente a la suma de sus radios de van der fvuuir. eri, iu,
ltezas de van der Waals, si bien mricho
-a, ¿"¡il.s
que los puentes de hidrógeno. acrllan en distanJias si_
lnilares: aproximadarnenre I a _l
A.
fu{ri ltiples fu¡erzas estabiliza n
& ¡a§ rmaürümo¡écutas
El DNA ilustra Ia contribución cie múltiples fuerzas a
la estabilidad de una macromolécula. Lfs pu*i", ¿.
hidrógeno estabilizan al par de bases de Woir-án_C.i.t
y a la ¡eunión del esqueleto de fostbto cargado, con el
agua. El esqueleto polianiónico, forma in-teraóciones
electrostáticas con los cationes, y la estrecha rllaciOn,
o concurencia, de las bases en el interior de la doble
FUERUAS hJC ÜOVALENTE§
ADICIOh¡AI-ES ESTABILIáÑ
LA§ BIOMOLÉCL,'[-AS
I nteracciones eleetrostát[cas
Cuando se presentan en las proteínas, las interacciones
electrostáticas entre los grupos de carga op.*ri, pu"_
den denominarse puentes o eniaces salinos. Las
11,:.1::i:ll"r.carga_carga
de atracción y rechazo pue_
oen contnburr a la estructura macromolecular. Las
interacciones electrostáticas, cuya frÁ.r"
""iJ"", "r
solvente y se debilita con el'agua, ,o, .¡.u"., u ¿rr_
111:,",
mayores que ios enta"ces de friJrág"r" r".
rnteracciones carga_carga también particifian en el
enlace de las moléculas cargadas .on ru. frtf,ár, po.
ejemplo, a los sitios activoi de las enzimal. lu furru
de la interacción entre iones o dipolos es invñamente
proporcional
a la constante dieléctrica aet _eJiu qu.
les rodea. La constante dieléctrica áei
"g"".,
¿f'zS.S,
bastante m?y._of que la correspondiente a solventes
como etanol (24.3), dietiléter
14.:.¡ o hexano
t t 91. por
lr,,lo..:]
agua disminuye la fuerza de arracción r.rp.._
:" ::-,]1
uredro de. constante dieléctrica menor, como
._rf ier19r no_polar de una proteína o .,nu ti"opu
: :.--a. \sí. e1 aumento de la energía de interacción
:- : .r .rror de una proteína, reflejaia m.roi"Átun_
: I : :_ "r._-it de 1as regiones inacóesibles ut ug"u.
- ":':
: : : ^_.s
hídréfobas
; débiles, adicionales, que
de los biopolímeros in-
7

31. 1ltttt'. -..
Cuadro 3-2. Radios atómicos de los átomos
Atomo
Radio de van der
Waals (A)
H
C
N
o
P
S
1.2
2.0
'1.5
1.4
1.9
1.8
: :: :3 a distancia entre las partículas sobre
.-: -::racciones.
El radio de van der Waals
-.: reTCana a la cual las.partículas se pue-
=' =^'.-. s; La línea azul señala la energía de
--= :z-a dos partículas con radios de van der
: -:
=s:a línea representa la resultante de las
-- .'.'... cn y repulsión. En tanto que ambas fuer-
-
--=-3-:an conforme las partículas se aproximan
I -'.- a stancia suficientemente cercana predomi-
'B
lelEza de repulsión. El mínimo en la curva de energía
rÉ & irteracción (asterisco) corresponde a la distancia
tr¡b estable entre las dos partículas.
hélice del DNA, tiene como consecuencia la estabili-
72ción mediante las fuerzas de van der Waals y las
interacciones no covalentes.
Las moléculas no polares
mod¡fican la estructura del agua
Los grupos no polares, como los presentes en los hi-
drocarburos, carecen de la capacidad para forrnar
puentes de hidrógeno, por tanto, son insolubles en
agua. Sin embargo, tales grupos pueden afectar la es-
tructura del agua. Cuando se adicionan a ésta, las
moléculas apolares forman gotitas esféricas con un
minimo de superficie expuesta al agua, fenómeno que
se ilustra con la tendencia del aceite de oliva para for-
marurur gmn masa flotante, única, en el agua fría. Esta
nrizar la superficie apolar expuesfa al
agua" constrtuye un proceso impulsado por la entropía
del sistema. I-a presencia de moléculas apolares dis-
minuye el número de posibles orientaciones (grados
de libcrtad) de las n-roléculas de agua adyacentes. por
1o que se acompaña de un aumcnto de la entropía. La
minimización de la superficie apoiar cxpuesta, pernii-
te el máximo grado de libertad (es decir, maximiza el
desorden) de las n-roléculas c1c agua vecinas y. por
tanto. minimiza este incremcnto de Ia entropía. En e1
agua, los hidrocarburos fbrman estrllctut'as rígidas
(clatratos). De igual mancra. en el ambiente acuoso
de las células vivas, las porciones no polares de los
biopolimeros tiendcn a residir en el interior de la es-
tructura del biopolímero. para minimizar los contactos
con el agua.
N NUCLEÓFILO
Muchas reacciones metabólicas involucran el ataque,
por moléculas o iones abundantcs en electrones cono-
cidos como nuclcófi1os ("buscanúcleos") a los centros
positios denominaclos electrófllos ("buscaelectro-
nes"). Por ejemplo, la ruptura y formación de enlaces
covalentes involucra a nucleófi1os abundantes en elec-
trones. Los nucleófi1os pue<len presentar carga eléctrica
neutra o negativa fonnal. Los nucleófilos intracelula-
res corlunes incluyen: orígenos del agua, oxígenos de
los fosfatos oryánicos e inotgánicos, azufre dc los tioles
(tioalcoholes) y nitrógenos de las aminas. Todas la-s
reacciones que biosintetizan o degradan proteínas.
ácidos nr.rclcicos y lípidos. involucran el ataque piri
nucleófilos. La liberación de unidades glucosilo a palti:
de las reservas del polisacárido glucógeno, sirve com¡,
reserva de energía en el tejido muscular y en el hígad..
para conservar las concentraciones de la glucosa s:rn-
guínea. La liberación de 1as unidades glucosilo a
l¡er:r-
del glucógeno, ilrvolucra el ataque nucleófilo. cataiiz.r.
por enzima. rcalizado por cl orlofosfhto inorgánic., ,- .
agua. El ataque nucleófilo. catalizado por enzinta. ::,,-
lizado por un oxígeno del orlofosfato inolsáuic ¡ . ¡ : . .
los enlaces i,4-glucosídicos del gluctigeur.. ,rr: -
glucosa 1-fost'ato. De manera similar'. 1a nl.nii, .'.
enlaces 1,6-glucosídicos inr.olucla e1 at.i.1r-r., : ... .
rcalizado por los átomos de oriqr-nr. ,i:L :¡ -.-, -'
ntar glucosa. Estas leaccionr's ilustr',tt'. .... r.:,: .
- ,'
hidrolíticas r.' fosforolíticas. r'es:¡¡; . , .
EL AGUA ES
EXCELENTE
de interés biológico
Fuerza de atracción
\/'\
\/
.- -]]
-'
/'I
-/\
Fuerza de repill§én
Fuerza neta
*

32. K)apítulo 3)
.
Bioquímicct de Harper
7
2)
Muchas reacciones metabó1icas son reacciones
de transferencia de grupos, en las cuales un grupo G
se transhere desde un donador D hasta un aceptor A,
para lormar un grupo aceptor complejo A-G:
D_G+A--A_G+D
La hidrólisis y fbsforólisis del glucógeno, representan
reacciones de transferencia de grupos en las cuales los
grupos glucosilo se transfieren al agua o al ortofosfato.
La constante de equilibrio para la hidrólisis de los en-
laces covalentes favorece mucho los productos de
escisión. Por tanto, la hidrólisis es una reacción rnuy
favorecida. Dados el carácter nucleófilo del agua y su
gran concentración en las células,
¿,a
qué se debe la
relativa estabilidad de los biopolímeros como proteí-
nas y DNA'?Y.
¿,cómo es posible que la síntesis de estos
biopolfileros ocurra en un ambiente aparentemente
acuoso? Para empezar, en ausencia de catálisis enzi-
mática, inclusive las reacciones muy iavorecidas en el
aspecto termodinámico, no necesariamente se desan-o-
llan con rapidez. En el centro de estas preguntas están
ias propiedades de las enzimas, los catalizadores bio-
lógicos que aceleran la velocidad de reacciones espe-
cíficas al proporcionar estados altemos de transición
que abaten las bareras energéticas de las reaccioncs.
En las células vivas, el control preciso y dif'erencral de
Ia actividad enzimática y el secuestro de 1as enzirnas
en organelos específicos determinan las condiciones
fisiológicas bajo las cuales se degrada un cierto bio-
polímero.
La biosíntesis de las macromoléculas también
involucra reacciones de transferencia de grupo. La sín-
tesis de enlaces covalentes. termodinámicamente
dcsfavorable, se acopla con las reacciones termo-
dinámicamente favorecidas, de modo que el cambict
slobal de ia energía liberada, favorece la síntesis dei
bropolímero. Los polímeros recién sintetizados no se
hidrohzan de inmediato, en parte debido a que los si-
,:¡s ¡ctir os de las enzimas biosintetizadoras secuestran
1os sustratos en un ambiente sin agua.
Las moléculas de agua presentan
una ligera tendencia a disocia¡"se,
Ia cual resulta fisiológicamente
irnportante
La capacidad del agua para ionizarse, aunque ligera,
tiene importancia crucial para la vida en la tierra. Toda
vez que el agua puede actuar como ácido o base, su
ionización puede representarse como una transferen-
cia rntem'rolecular de protones, para fbrmar un ion
hidronio tH.O ) v trn ion hidroxilo (OH-):
El protón tlansferido en realidad se une con un grupo
de moléculas de agua y eriste en solución no sólo como
H.O sino como aigo semejante a HrO.* o H,O.*. Si
bien para efectos prácticos, este protón aparentemen-
te "libre" casi siempre se escribe como
,,H ,,,
no debe
olvidarse que de hecho está muy hidratado.
En tanto que 1os iones se recombinan constante-
merlte
llara tbmtar moléculas de agua, y vicevcrsa, ncr
es posibl.' definir el momento en qlre un hidrógeno
o un r.rigeno indir idr-ral se presenta como ion o como
pane dc La ntolécula dc agult. En un instante se pre-
sentil aLrnto ion. un iit.tlltte ntá: t¡ude. cor-no
ltarte de
ttna llt!r]ecula. PL): :ir:'t,-n-1. lLr es ncce:J1.1o tontar en
conside:¡cir.n l¡,s rcnes o 1as ntoleculas individr-rales.
Dadc,
¡,..-' ..r :T;1rirr de agua contiene 3 .46 -
10I molécu-
las es :¡s.:r: d¡scribir estadísticamente la ionización
de1 :'SLr-,. R¡su1ta suficiente conocer la probabilidad
dc qLr: un hrdrógeno se presente como ion o como
pal.i: iL-'irna molécula de agua.
E:t¡blecer que la probabilidad de que r_rn hidró-
geno e\ista como ior.r es de 0.01, significa que un átomo
de hidrógeno tiene una posibilidad en 100 de presen-
tarse como ion y 99 posibilidades en 100 de presentarse
en una molécula de agua. La probabilidad real de que
un átomo de hidrógeno. en e1 a-9ua pura. cxista como
ion hidrógeno es de aprorinradamenre 0 00000000 1 8.
o de 1.8 -
10
e.
En cousccuencra. la pr.h¡billdad de
que fbrme parle dc una ntLrl.!-l113. casi ct rresptrnde a 1a
unidad. Dicho de orra 1r&nL'ra. por cada ion cie hrdr.ó-
geno v ion htdrorilo en ei agua pula. existen 1.8 mil
nrilloncs. o l.E -
10e moléculas de agua. Sin embargo,
los iones hidrógeno y los iones hidroxilo contribuyen
de manera importante a las propiedades del agua.
En la fórmula para la disociación del agua,
tH,l toHl
i(=
t'pr
los términos entre corchetes representan las concen-
traciones molares dc los iones hidrógeno. los iones
hidroxilo y las moléculas sin disociar de agua*.
1,
1a K
corresponde a la constante de disociación. Para calcu-
1ar la constante dc disociación del a-uua. recuérdese
que I mol de aguapesa 18 g. Portanro. un litro (L)
(l 000 g) de agua contiene I 000 + lt - -r,í.-56 mo1.
Así, el agua pura resulta 55.56 molar. Toda r cz que la
probabilidad de que un hidrógeno en el agua pura exista
como ion H- es de i.8 -
10
1).
la concentración molar
de iones Ht (o de iones OH-) en el agua pura se calcu-
la al multiplicar la probabilidad" 1.8 -
10
e,
por la
concentración molar del agua. 55.56 mol/L. El resul-
tado cs I .0 -
l0
-
mol L.
*
En scntido estricto. los tóminos cntre corchctes re¡trcscntan Ia
activid¿rd molar ntás que la concentración molar.
H2O+H2O= H3O.+OH-

33. !gir,i .
---
Enseguida puede calcularse la K del agua:
,_ IH.l [OH-] [r0r][10-1
lHroI [55.56]
= 0.018 € 10
14 - 1.8 -
1016 mol/L
La disociación ncl afecta de manera significativa la gran
concentración de agua ntolecular (55.56 mol/L). Por
tanto" es cc¡nr cniente consrderar a ésta como básica-
lrente constalrte. E sl3 cOltstante puede incorporarse a
la constente de it.,--.'l¡ctór-r. K, para obtener una nue-
rr cil'r>t.lnri. ,r, . l;rorlinada el producto iónico del
¡:::r.r i . - :. -..: - t,-r:t se muestra la interrelación entre
-"- ..
t--
'¡-l
toHl
r'=' " '
=1.9-10
16mol/L
lH'Ol
1- =
(,A
[H,O] = tH_l tOH I
=
(1 .8 - 10¡6 mot/L) (55.56 mot/L)
= 1.00 *'10r4 (mot/L),
- . - . .. - ,iJ las unidades de medida de K son mo-
.
..
l¡s c1e K,, son molesr por litror. Como su
- j :.-: --:1. el producto iónico, K*,, equivale nu-
-': -:
-.-
:, :l producla de las concentraciones
- :-:.-:-_,L]H:
K" = [H.] [OH-]
1.
-: -
..
.-:--ri¡le a (10
7),
y resulta igual a l0
]a
-
r. .:r:'.:arenlras inleriores a 25 "C resulta
r : -
-. .
..
-, rnás de 25 'C, mayor dc
.l
0
ra.
Por
: i--: - -
;:-;r3¡¿¡¡1radel CuerpohumanO(37"C),
: -
'
- : -. :- - :-. .ie H cn el agua pura resulta ligera-
- .' i -:
-,.¡
,.) molr'L. Dentro de las limitaciones
rquir a1; ¡ 1(l
:'
(moli|-)'z para todas las soluciones
lcu,r!.r! :'.: ....,. e 1as quecontienenácidosobases.
-:
: ).. ::- .-' -::lLiza esta constante para calcular 1oS
, ., -:. :H ¡¡ las soluciones ácidas y básicas.
!r pH ES
=L
LCGARITftfiü h.!ÉGAT"¡Vü
DE LA CONCEI!;RAÜIÓN
DEL iO}.] HiDRÓGET\JO
El tém.rino pH ñre lnrrtrducido en 1909 por Sórensen,
qlrien 10 definió como el logaritmo negativo de la
concentración del ion hidrógeno.
pfl
=
_tog
[H-]
:.:., J.'flltición si bien no muy estricta-- es ade-
. -. jr: rlr.t .asi todos los propósitos bioquímicos. Para
;"-¡,.::.'1 pH de una solución:
l. Sr' ;,:rcLil: la concentración dcl ion hidrógeno,
tHl
2. Se calcula el logaritmo de base 10 de [H ].
3. E1 pH es el valor negativo del que se obtens¡ ::
la operación número dos.
Por ejemplo. para e1 agua pura a 25 "C,
pH
= -log[H-] = -log 10r = -(-/) = /.0
Los valores bajos del pH correspondcn a las concen-
traciones mayores dc1 H*, y los valores altos del pH. a
las concentraciones menores del H*.
Los ácidos son donadores de protones y las ba-
scs aceptores de protones. Sin embargo, se hace una
diferenciación entre ácidos fuertes (p. ej., HCl.
HrSO,r), los cuales sc disocian por completo en aniones
y cationes, inclusive en las soluciones muy ácidas (pH
bajo), y los ácidos débiles, que se disocian sólo par-
cialmente en las soluciones ácidas. Se hace una dife-
renciación similar entre ias bases fuertes (p. ej., KOH,
NaOH) y las bases débiles (p. ej., Ca[OH]2). Só1o las
bases fuerles se disocian en un pH a1to. Muchos com-
puestos bioquímicos son ácidos débiles. Las excep-
ciones incluyen los intermediarios fosforilados que
poseen el grupo losfórico l,rimario, fi.rerlemente ácido.
Los ejemplos siguientes ilustran la manera de
calcular cl pH de soluciones ácidas y básicas.
Ejemplo:
¿Cuál
es el pH de una solución con una
concentración del ion hidrógeno de 3.2 - l0
a
mo1/L?
,':_,]íi['ih,,:;,,,*,
= -0.5
+ 4.0
= 3:5
Ejemplo:
¿,Cuál
es el pH de una solución con una con-
centración del ion hidróxido de 4.0 -
10r mol/L?
Para resolver este problema, se define una canti-
dad pOH, equivalente al log [OH-], la cual puede
derivarse de 1a definición de K,,:
por tanto:
K* = [H-] [OH1 = 19','
log [H.]
+ log [OH-] = log l0-1a
o
pH+pOH=14
Para resolver ei problema mediante este procedimien;
IOH-I =4.0*10+
pOH
= -log [OH ]
= -log
(4.0 - 10-)
= -log
(4.0) - log 1r¡-
= -0.60
+ 4.0
= 3.4
pH = la -
pOH
= 1¿ - 3 !-
= ub:H: l¡g :JIil;a.r.r a:
j
Ahora:
4..
1.
,/

34. 21 , BioqLirnica de Hctr¡;er (Capíttrlo 3)
Ejemplo:
¿,Cuáles son los valores de pH de: a) KOH a
2.0 * 10
2
molil- y b) KOH a 2.0 * 10
6
mol/L? El
OH- se origir.ra a partir de dos fuentes: KOH y agua.
Dado que el pI{ se determina por el [H-] totat y el
pOH por el [OH-] total, deben considerarsc ambas
fuentcs. En el primer caso, la contribución dcl agua al
IOH-] total es insignificantc. En el segr-rndo caso no
es posible decir lo nrismo:
Unavez tomada una decisión sobre la importancia de
la contribución del agua, el pH puede calcularse de la
manera descrita anteriormente.
En los ejemplos anteriores se supuso que la base
fuerte del KOH se disocia por completo en la solución,
y que la concentración molar de los iones Olf equila-
le, por tanto, a la concentración molar del KOH. Esta
suposición resulta válida para las soluciones relativa-
mente diluidas de bases o ácidos fuertes, pero no así
para las soluciones de bases o ácidos débiles. Toda
vez que estos electrólitos débiles se disocian sólo un
a1
pocó en la solución, se debe calcular la concentración
del H* (o la de IOHI) producida por una molaridad
dada del ácido (o de la base) mediante la constante
de disociación, antes de calcularel [J.] total (o el [Olf]
total), y posteriormente calcular el pH.
Los grupos funcionales
que son ácidos débiles tienen gran
importancia fisiológ ica
Muchos compuestos bioquímicos poseen grupos fi.rncio-
nales que son ácidos o bases débiles. Uno o más de éstos
--rupos carboxilo, grupos amino o el fosfato derivado
de la disociación de los ésieres de fosfato- se presen-
atatodas las proteínas y los ácidos nucleicos, en casi
h¡r* hs coenzimas y en la mayor parte de los meta-
5 imermedios. Por tanto, el comportamiento de
frL¡ón {equilibrio protónico) de los grupos fun-
Srpsmácidos ybases débiles, es fundamental
-¡*
h iffiuencia del pH intracelular sobre
G¡añihdbioquímica
de estos compues-
-t: l-rlos comprrestos
- :t ,.,.:. t¡ntbién
'
Jlll)
gada de éste. De manera similar, se puede referir a una
base (p. ej., A- o RNHr) y al ácido conjugado de ésta
(p. ej., IIAo RNH3*) (del latín coniungere: "reunir").
Los ácidos débiles representativos (izquierda), sus
bases conjugadas (centro) y los valores de pK (dere-
cha) incluyen los siguientes:
R-CHr-COOH R-CHr-COO pK=4-5
R-CH2-NH3* R-CH2- NH, pK= 9-10
HrCq HCOg pK= 6.4
H2PO¡ HPO4r pK = 7 2
La potencia relativa de los ácidos y bases débiles, se
expresa de marera cumtitativa como su constante de
di¡r,ci¡cir,n-..-, ;r.::r':¡ >u rendencia a ionizar-
.
'-.-:,.
:-. >. :t'...3::ftln 1as erpresiones para la
'
, j:
-
:..,r.;r.-1ou (A-) de clos ácidos débiles re-iA ) de clos ácidos débiles re-
.1"rrSr R COOHyR NH3'..
R-COOH= R-COO-+H.
,- _ IR
-
COOI IH-I
lR
-
cooH]
R- NH.+s R- NH2 + H.
.- iR
-
NH,l tH-I
A=-
lR
-
NH3l
Como ios valores numéricos de K para los ácidos dé-
biles son exponentes negati o\. cu11 rene erpresar K
como pK, donde
pK
=
_log K
Obsérvese que 1a pK se correlaciona con la K,'como el
pH 1o hace con 1a concentración del H-. El cuadro 3 3
lista valores ilustrativos de K y pK par:a un ácido mono-
carboxílico, mo dicarboxílico y uno tricarboxílico. Ob-
séwese también que los grupos ácidos fuertes presen-
tan valores menores de la pK.
En el concepto de nn ácido débil. queda implícito
que su conjugado es una base fi;erte. Del mismo nT odo,
ei conjugado de una base fuerle es un ácido débil. En
bioquímica, las potencias relativas de ias bases se ex-
presan entérminos de lapKde sus ácidos conjugados.
Por ejemplo, para una disr:ciación del tipo
R-NH3-oR-NH,
Cuadro 3-3. Constantes de disociación y valores
de pK de ácidos carboxílicos representativos
I\,4olaridad de KOH
[OH ]de KOH
[OH ] del agua
IOH-l total
2.0-106
2.A*106
1 .0 -
10-7
2.1 -
1Aa
2.0 * 10-2
2.0 * 10-2
1.0-107
2.00001 -'10
,
(Primero)4.58- 10+
(Segundo) 3.89 - 10{
(Primero) 8.40 -
'10r
(Segundo) 1.80 * 10-5
(Tercero)4.00-10i
7

35. .: :¡, si rct'lere al pH al cual la concentración del áci-
:-. R-\H. , es igual a la de la base, R NHr. La
-:rirzación de un sólo parámetro, pK" para expresar
r.rs potencias relativas de los ácidos y 1as bases, reco-
noce 1a participación dual de muchos ácidos y bases
débi1es en bioquímica. Por ejemplo, e1 grr-rpo R de un
aminoácido deterr¡inado en el sitio activo de una en-
zima. puede fi.rncionar como donador de protones (es
decir. acúa como ácido) durante una etapa del ciclo
catalitict-,. r durante la etapa subsecuente puede enia-
zar LLn ¡iLrlon (es decir, actúa como base).
, ::nrr de 1as ecuaciones anteriores, que correla-
¡:,rr": { con [H ],
y dc las concentraciones de un ácido
:- - :..¡¡rado junto con su base conjugada, obsérvese
: -: ; -r¡ndO
¡, ciiando
lR-cool=[R-CooH]
[R-NHr] =[R-NH3-]
entonces
K= [H.]
Expresado enpalabras: cuando las variantes asociada
(protonada) y disociada (base conjugada) se presen-
tan en concentraciones iguales, la concentración
prevalente del ion hidrógeno lH.] es numéricamente
igual a la constante de disociación, K. Si se toman los
logaritmos en ambos lados de la ecuación anterior y
se multiplican por-1, la expresión queda como sigue:
K= [H_]
-log K= -log [H.]
Toda vez que el logaritmo negativo (-1og) de K se
define como pK, y el logaritmo negativo (-1og) de [H.]
define al pH, es posible escribir la ecuación como
pK= pH
es decir, la pK de un grupo ácido corresponde al
pH al cual las variantes protonada y no protonada
se presentan con iguales concentraciones. La pK de
.ln ácido puede determinarse de modo experimental
mediante la adición de 0.5 equivalente del álcali por
:ada equivalente del ácido. El pH resultante será iguai
: 1a pÁ de1 ácido.
La ecuación de Henderson-Hasselbalch
describe el comportamiento de los
ácidos débiles y amortiguadores
Como r-a se demostró para el agua, como ácido débil,
e1 pH de una solución que contiene un ácido débil se
corelaciona con la constante de disociación de dicho
ácido. La interrelación puede establecerse &ú
convencional en la ecuación de Hendemon{rct
la cual se desar:rolla más adelante-
Un ácido débil, HA, se ioniza como sigue:
HA=H. + A-
La constante de equilibrio para esta disociación es:
.- tH.l tAl
^
=
trol
Ambos términos se multiplican entre sí:
tH.ltAl=KIHAI
Ambos términos se dividen entre [A-]:
tH.l= K
[HA]
IAl
Se obtiene el logaritmo de cada término:
log [H.] = log I(
[HA]
tA-l
= Iog K + tog JH4L
tAl
Se multiplica todo por 1:
-log [H.] = -log
K -l,g
[HA]
tA-I
Se sustituyen el
-1og [H.]
y
-log K por el pH y la pK,
respectivamente, para obtener:
PH = PK-legf4l
tA-I
En seguida, el último término se inviede para elimi-
nar el signo negativo:
PH = PK
+ ¡on
[A-l
IHA]
La ecuación de Henderson-Hasselbalch es una expre-
sión de gran valor predictivo en los equilibrios prote
nicos. Por ejemplo,
1) Cuando se ha neutralizado exactamente la mitad
de un ácido, iA-l
:
tHAl. Bajo estas condiciones.
oH = pK* ¡og I4l=
pK+ toga= pK+ o
IHAI
-
1
Por tanto, con una neutralízación de 50Yo, pH :
pK-
2) Cuando la proporción
[A]/[HA]
:
100:1,
pH = pK + log [A-]
IHA]
pH = pK+ log 100/1 =
pK+ 2
3) Cuando la proporción iA l/tIIAl
:
1:10.
pK + log 'll10 = pK + (-''

36. 7
2ó .
Bioquítnicct de Harper (Capítulo 3)
\i t-r aluar 1a ecuación con varias proporciones de
\-l iH-\l entre los límites de l0r y 10
3
y graflcar
1¡s \.alores calculados del pH, el resultado obtenido
dr'scribe la cura de titulación de un ácido débil (figu-
ra,i 6).
Las soluciones de ácidos déb!ües
y sl¡s saües arnortiguan e! p!-'{
Las soluciones de ácidos débiles y sus bases conjuga-
das (o de bases débiles y sus ácidos conjugados) tienen
capacidad de amortiguar la tendencia de una solu-
ción. a resistir de manera más eficaz que un volumen
igual de agua, un cambio en el pH después de la adi-
ción de un ácido o una base fuertes.
Muchos metabolitos intermedios son ácidos dé-
biles, por ejempio, los azúcares fosforilados de la glu-
cólisis. Ya que los cambios sutiles en el pH de un áci-
do débil en la vecindad de su pK modifican de modo
signihcativo las proporciones relativas de sus varian-
tes ionizada y no ionizada, las reacciones intracelulares
se amorliguan para minimizar los cambios en el pH.
El amofiiguamiento también se requiere, ya que el me-
tabolismo produce la liberación y captación de
protones. En realidad, un producto final del metabo-
lismo oxidativo es el bióxido de carbono, el anhídrido
del ácido carbónico que, de no amortiguarse, acidifica
intensamente los líquiclos intraceluiares. Los mecanis-
mos homeostásicos que conservan el pH intracelular
incluyen Ios amortiguadores fisiológicos, sobre todo el
fosfato, bicarbonato y proteínas. Todos aceptan o li-
beran protones, por tanto, amortiguan o resisten 1os
cambios en el pH. Cuando se realizan experimentos con
1.0
extractos de telidos o enzimas puriticadas. el pH se
conscrva constante rnediante 1a adición de an.rortigua-
dores. Los ácidos dóbiles utilizados comúnmente como
amoftiguadores incluyen: ácido acético (pK,4.7). MES
(ácido
[2-.\-mortblino]etanosulfónico ; pK. 6. 1 ),
fosf-a-
to derivado del ortofosfato inorgánico (pr(,7.2), PIPES
(piperacina-,\. -bis[ácido 2-etanosulfónico]; pK, 6.8),
HEPES 1\--hidroxietilpiperacina-ly''-ácido 2-eta-
nosulfónrco: pK, 6.8), TRIS (ttis[hidroximetil]
aminon-ietan.r: pr(, 8.3) y glucilglicina (pK, 8.2). La
elccción del amortiguador incluye la consideración de
su p,K relatir a a1 pH en el cual se desea el amortisua-
miento. La ,-antrdad requerida puede calcularse a paltir'
de la citl'a dc protoncs probablemente consumida o
liberada r dcl pH dcseado, respecto de lapKdel ácido
amortigurdrrr, Recuérdese que los ácidos débiles amor-
tiguan d; r:anera más ehcaz con valores de pH iguales
O CCICiilltlS ,l SU pK.
E1 :,r::t rtiguamiento se ilustra mejor con la titula-
ción dc Lrn ácido o una base débi1es. mediante un
medicit: Je pH. Opcionalmente, se puede calcular la
desliaci¡,:: .'1el pH que acompaña la adición de un ácido
o una L.¡sc. a ura solución amortiguada. En el ejemplo,
la soiu¡r¡rL an.rorliguada (un ácido débil, pK: 5.0, y
su base .rrnl ugada) se encuentra, al inicio, en 1 de 4 va-
lores de ¡H Se calcula la desviación del pH resultante
de la adicrón de 0.1 mEq de KOH a i mEq de cada
solución:
pH.""
lA 1"..
tHAl,,".
(tA-l/lHAl
5.00 5.37
0.50 0 70
0.50 0.30
1.00 2.33
5.60 5.86
0.80 0.88
0.20 0.12
4.00 7.33
IA-]''*,
tHAl'*
(tAl/tHAl).,
log ([A-]/tHAl).-.
PH'*
La ac c ón de 0.'1 mEq de KOH produce
0 60 0.80 0.90 0.98
0 40 0.20 0.10 0.02
1 50 4 00 9.00 49.0
l 176 0.602 0.95 1.69
5 18 5.60 5.9s 6.69
B-:0
ApH 0.18 095
Obsén.ese quc el cambio del pH por milieqLrrr r-
lente de OH- adicionado varía muclro segiu.t el pH, Con
valores de pH celcanos a 1a pK la soitrción resiste los
cambios en el pH con mayor eficienci¿r. 1
se dice que
ejerce un efecto amortiguador. Las soluciones de áci-
dos débrles v sus bascs conjugadas amoftiguan con
mayor ef iciencia cn el intervalo del pH equivalente a
la pK + 2.0 Luridades de pH. Esto significa que para
amoftiguar rina solución con pH X, debe utilizarse un
ácido o una base débiles cuyas pK estén a no más de
2.0 unidades de pH del pH X.
La figura
-1-7 ilustra la carga neta sobre una mo-
lécula del ácido como una función del pH. Una carga
tiaccional de 0.5. no significa que una rnolécula in-
dividual posea una carga fraccional, sino que la
probabilidad estadística de que una molécula deter-
minada posea una unidad de carga negativaes de 0.5.
1.69
pK pK
+2 +3
pK
0
.-, cLña de titulación calcu-
-:
^ Cerson-H asselbalch.

37. Agttu
.t ;,,..
.
-
-
23¿5678
OH
Figura 3-7. Curva de iitulación de un ácido del tipo HA. El
!.-'.r'ic grueso en el centro de la curva indica la pK 5.0
La consideración de la carga neta en las macromolécu-
las como una función del pH, proporciona la base para
muchas técnicas de separación, inclusive la separación
electroforética de aminoácidos, proteínas plasmáti cas
y hemoglobinas anofinales.
l*a acidez depende de la estructuna
rnolecular
Los ácidos acético y butírico clorados ilustran la in-
fluencia de la estructura molecular sobre la pK (cua-
dro 3-4). Compárese los valores de la pK de los ácidos
acético monoclorado y butírico con la pK de los áci-
dos no sustituidos. El átomo de cloro, fuertemente
electronegativo, atrae electrones, facilita la liberación
de un protón y disminuye la pK. Como se muestra para
e1 ácido acético monoclorado, diclorado y triclorado, el
efecto se forlalece por los átomos adicionales de cloro.
Además. la pK de los ácidos clorobutíricos muestran
que e1 efecto electronegativo disminuye con la distan-
cia entre el cloro y el gr-upo en disociación.
Muchos ácidos de interés biológico son poli-
próticos, es decir, poseen más de un grllpo disociable.
Cuadro 3-4. Valores de la pK de los ácidos acético
Acido pK
Cada grupo disociable de un ácido poliprótico. ti.':r:
una pK característica. Estas pK son interdependier.itcs
La presencia de carga negativa cn las inmediaciones.
impide la liberación de un protón a partir del gr-upcr
de ácido carboxílico adyacente y aumenta la pK. Este
eÍbcto se comprueba por los valores de la pK de 1os
grupos disociables de los ácidos fbsfórico y cítrico
(cuadro 3-5). El efecto dc la carga adyacente dismi-
nuye con la distancia, como puede observarse al com-
parar la pK: de 5.6 del ácido succínico con la de 5.4
del ácido glutárico.
i.-*fs ,.'l:!tl"{-,}s s1*.r ii* r§ d+*e;:¡j*:*
d* i¡: f,rfiL'i*:Ici-{.",rii **i rr:r:rt:+
La pK de un grupo funcional detem.rinado está rnuy
influida por el ambiente que le rodea. Un medio deter-
minado puede aumentar o dismintrir la pK, según sea
cl ácido no disociado o su base conjugada, la variante
con carga. El efecto de la composición del medio sobre
la pK de un ácido carboxílico y una amina protonada
puede ilustrarse mediante el efecto de un cambio en la
constante dieléctrica. Al agregar etanol al agua, au-
menta la pK del ácido carboxílico, en tanto que
disminuye Ia correspondiente a la amina. Para un áci-
do poliprótico, las varianies con mayor carga, se verán
favorecidas por un medio con una constante dieléctrice
alta.
¿A
qué se debe esto? El etanol disminuye la ca-
pacidad del agua para lonxar solvato con las variantes
cargadas. Para un ácido carboxílico, tal variante es el
anión carboxilato; para una amina, es el grtpo amonio.
con carga. Por tanto, la disminución en la constante
Cuadro 3-5. Potencia relativa de ácidos selectos
de importancia biológica. Los valores tabulados
son los valores de la pK (logaritmo negativo
de la constante de disociación) de ácidos
monopróticos, dipróticos y tripróticos selectos
Acidos monopróticos
Fórmico
Láctico
Acético
lon amonio
Acidos dipróticos
?K,
PK,
9K,
9Kz
9Kt
PK,
Acidos tripróticos
0K,
pK,
PK:
pK.
PK:
QK,
06 §
c
§
P
0.4 Ü
:
0.8
,: CE
pK
pK
pK
pK
3.75
3.86
4.76
9.25
Carbónico
Succínico
Glutárico
o.J/
10.25
4.21
30+
'.f: ia.lo.cacético
¡ - ^-^:-:r.ñ
Butírico
o-ClorobLrti¡ca
B-Clorobut{rico
y-CIorobutírico
4.75
1.48
0.70
4.81
2.86
4.05
4 _51
y butírico clorados
Fosfórico

38. 28 .
Biocluímica de Harper
(Capítulo
3)
dreléctrica del medio, reduce la pK de un ácido cuya
base conjugada se presenta con carga, pero disminuye
la pKde un ácido cuyo ácido conjugado constituye la
variante con carga. Por esta razón,lapK d,e los grupos
en disociación, en e1 interior de las proteínus, ,on ,rry
afectadas por el ambiente local. por ejemplo, la pre-
sencia o ausencia de molécuias de asua.
El agua, que existe en estado sólido y líquido en fbr-
ma de grupos moleculares enlazados por el hiclrógeno.
forma puentes de hidrógeuo consigo misura y con otros
donadores o aceptores de protones. La tensión super-
l'rcial del agua, sll viscosidad v estado líquido a tempe-
ratura ambiente, asi como su poder solvente, del.ir ar.l
de su capacidad para formar puentes de hidrócen-.
Los compuestos que contienen O, N o S. fon-nan s.,--
vatos con el agua debido a su capacidad para sen ir ...lt,l
aceptores o donadores de hidrógeno para los
f i.i:tir-:
de hidrógeno con el agua. Las proteínas y orr3s ltl.:. -
moléculas estabilizadas por los puentes de hiditrtcr.,.
intercambian puentes de hidrógeno supc-rtrci:les p.r:
puentes de hidrógeno con el agua. Ésta m.rdil-r;a l¡s
propiedades de las biomoléculas. como prLrrelnas \
ácidos nucleicosl que poseen grupos funcionales po-
lares y no polares. Las ftlerzas entrópicas dictan quelas
macromoléculas en soluciones acuosas se pliegan de
tal manera que slts porciones polares entren en contacto
con la interfase acuosa, en tanto que sus porciones no
polares se "sepultan" en el interior de la biomolécula.
Los enlaces electrostáticos o salinos, las interac_
ciones hidrófobas y las fuerzas de van derWaals, tam-
bién son fundamentales para conservar la estrucfura
molecular, inclusive la estructura de las proteínas.
El agua se disocia para formar iones hidróxido y
protones extensamente hidratados, representados de
modo convencional como protones
..desnudos,,
(H*).
El pH, el logaritmo negativo de [H*], expresa la aci-
dezrelativa- Un pH bajo, denota una solución áciday
un pH alto, una solución básica.
Los bioquímicos consideran a los ácidos carboxí-
licos (p. ej= R-{OO}I) y tas aminas (p. ej., R-NH3*)
como ácidos, y denominan a sus correspondientes
ac€ptores de protones @-{OO- y R-NHr), las bases
conjugadas de dichos ácidos. Estos ácidos débiles son
esenciales para el metabolismo; su acidez se expresa de
mú cuantitativo porlapK,el logarifino negativo de la
constante de disociación del ácido. Los ácidos relati-
\-amsnte fuertes presentan una pK baja y los ácidos
relativamente débiles una pK alta. La presencia en la
misma molecula de grupos que atraen electrones, y elec-
t¡odonadores vecinos, puede modificar mucho los valo-
res de la pK. El efecto de la constante dieléctrica del
medio sobre los valores de la pK, tiene implicaciones
para la pr( de los grupos disociables del interior, rela-
tivamente no polar, de las proteínas.
Los amortiguadores resisten un cambio en el pH
mediante la producción o el consumo de protones.
La málxirna capacidad amortiguadora tiene lugar entre
t I unidad de pH a cada lado de la pK. Los amortigua-
dores fisiológicos importantes incluyen bicarbonato,
ortofosfato y proteínas. I
REFERENCIAS
Segel IM: Biochemical Calculations. Wiley, 1968. Wiggins PM: Role of water in some biological processes.
Microbiol Rev 1990:54:¿132.
I

39. Sección I
Estructuras y funciones
de proteínas y enzimas
Capítulo -1. -\minoácidos........
31
Capítulo 5. Péptidos 43
Capitulo 6. Proteínas: estructura y función .............. 55
Capítulo 7. Proteínas: mioglobina y hemogtobina 73
Capítulo 8. Enzimas: propiedades generales ............ 87
Capítulo 9. Enzimas: cinética ...............101
Capítulo 10. Enzimas: mecanismos de acción ......... 119
Capítulo 11. Enzimas: regulación de actividades ............... ......L27
29

40. Aminoácidos
¡NTRoDUccrórl¡
Entre las múltiples funciones que desarrollan los
aminoácidos en las células vivas, está la de servir como
1as unidades o monómeros a partir de los cuales se cons-
truyen las cadenas polipeptídicas de proteínas. Casi
todas las proteínas contienen, en diversas proporcio-
nes, los mismos 20 l-cr-aminoácidos. Muchas proteínas
específicas contienen, además, L-cr-aminoácidos deri-
vados de algunos de los 20 básicos mediante procesos
que ocuffen después de la formación dei esqueleto po-
lipeptídico. Estos aminoácidos "inusuales" cumplen con
funciones muv específicas para la proteína en cuestión,
por tanto. incrementan 1a diversidad biológica. Las
clases de aminoácidos. el orden en el cual se reúnen
entre sí. r,'sus intenelaciones espaciales establecen las
estructuras tridimensionales y las propiedades bioló-
_s1cas
de 1as proteínas sencilias. También son los deter-
minantes principales de 1a estructura y función de las
prLrteinas compleias que contienen, además de los arni-
noácidos. el g:upo hem. carbohidratos, lípidos, ácidos
:-..'i¡i;..s. erc. Esre capítulo considera las estructuras,
::c,¡,e,ledes t'isicas. reacciones químicas, la estereo-
q:-umile r e1 equilibrio iónico de los L-cr-aminoácidos
presentes en 1as proteínas. Asimisrno, se incluyen los
metodos cromatográficos para separar y analizar las
mezclas de arninoácidos y otros colxpuestos de irn-
portancia biológica.
IMPORTANCIA BIOMÉDICA
l. Jieta humana debe contener cantidades adecuadas
J.3 .:ez t-s-aminoácidos esenciales. Ni los seres hu-
:-::.-s. :i a1gún otro animal superioq pueden sintetizar
3Sic's .l-JZ an]inoácidos en cantidades adecuadas para
rneaiil-: e1 ,'recimiento del lactante o conservar la
salud en ei adultr-r. En 1as proteínas, los aminoácidos
realizan mu!-h¿s fu nci ones estructural es. hormonales
y catalíticas esenciales para la vida. Por tanto, no es
sorprendente que los defectos genéticos en el metabo-
lismo de los aminoácidos puedantraducirse enpadeci-
mientos graves. Sin tratamiento, algunas enfermedades
genéticas comparativamente poco frecuentes del cata-
bolismo de los aminoácidos (p. ej., fenilcetonuria y
enfermedad de la orina en.jarabe de arce) causan retra-
so mental y muerte prematura. Otros trastol'nos genéti-
cos pueden deberse a un deterioro de la capacidad para
transpofiar aminoácidos específicos al interior de las
células. Ya que estos defectos del transporle típica-
.mente
causan la excreción urinaria de mayores canti-
dades de uno o más aminoácidos, con frecuencia se
denominan aminoacidurias.
Además de su función en ias proteínas, los L-ami-
noácidos y sus derivados participan en funciones
intracelulares tan diversas como la transmisión ner-
viosa, regulación de1 crecimiento celular y biosíntesis
de porfirinas, purinas, pirimidinas y urea. La fosfori-
lación y desfosforilación de los aminoácidos serina,
treonina y tirosina son importantes en las vías de
transdr,rcción de la señal, mediante las cuales las célu-
las se comunican con, y responden a, su ambiente. Los
t-cx-aminoácidos en los péptidos de bajo peso molecu-
1ar, tienen funciones adicionales como hormonas y
tanto los D-aminoácidos como L-o-aminoácidos se pre-
sentan en los antibióticos polipeptídicos elaborados
por los microorganismos.
PROPIEDADES DE LOS AMINOAC|DCS
El código genético espec¡fica
20 ¡--cx-aminoácidos
Aunque en la naturaleza existen más de 300 aminoacr-
dos diferentes, un subconjunto de sólo 20 constinr-. r
las unidades monoméricas a partir de las cuales Su' Crrr-:-
truyen los esqueletos polipeptídicos de 1as pr.t-'. -
31

41. (Capítulo 1)
Si
'b..:
- - - :-:-
:--:..:.;,, :.o redundante de ffeS letras
poc:t: ;-.::r.tJj: ]]t:j ¿e l0 aminoáCidoS, la redun_
ian"'t. ¿;- : :c. .:
_:¡reiico unir.ersal, limita los codones
dt::,-,:t:.:: :: .rrnoácidos a los 20 t_cf_aminoácidos
-:s:=::. .- :- ;Lr:d¡o .1-l. En consecuencia, todas las
::. :--:,¿-i . lrntienen diversas proporciones de estos 20
. -c¿-aminoácidos.
Los aminoácidos adicionales
se presentan en proteínes específ§ce§
Mientras que casi todas las proteínas contienen dir.er_
sas proporciones de los mismos 20 r-cr-aminoácidos
(cuadro 4-1), algunas contienen aminoácidoi adicio_
nales. Además de la selenocisteína, que se orisina por
la modificación de la serina adheriáa a la mo1écu1a
del RNA de transferencia (capítulo 30), estos aminoá_
cidos adicionales tienen ,, o.igen en la modificación
química de un aminoácido qué ha sido incorporado
previamente a un péptido o una proteína. Las modifi_
caciones "postraduccionales,, dé 1os 20 aminoácidos
proteínicos comunes, incluyen 1a clerii.ación del grupo
amino N-ten¡inal o del grupo carborilo C_temi-nai y
de las cadenas iate¡ales dé loi aminoácidos unidos por
enlaces peptídicos. Los ejentpios tncluven la conver_
.i9i
9:
las peptidito prolina r ti.ina en _t_iidroxiprolina
y.5-hidroxiiisina.
la de1 peptidiio glurarnaro en y_carbo_
xiglutamato, así como 1á metilacrén. formilación, aceti_
iación, prenilacrón y fosforilación de los grupos funcio_
nales. Las modifi caciones postraduccioniles imposibles
de detectar mediante las téónicas estándar de seJuencia-
miento, incluyen la conversión de ciertos aminoácidos
en D-isómeros a parlir de los r_isómeros. Estas modi_
ficaciones amplían la diversidad biológica de las
proteínas, al alterar su solubilidad, estabiláad, locali-
zación subcelular así como su interacción con otras
proteínas para su parlicipación en las redes de señala_
mlento que utilizan la fosforilación (capítulo 1l).
Los l*cr-arnínoácídos
sélo se presentan en las proteínas
Los aminoácidos contienen gnrpos funcionales amino
y de ácido carboxílico. En un á_aminoácido, ambos gru_
pos están adheridos al mismo átomo de carbonolñ_
gura 4-l). Cuando un átomo de carbono posee cuatro
sustituyentes diferentes se denotnina catüono quiral.
Con.excepción de la glicina. en la cual el R ei ,n ¿ro_
1o,oe
ltdr.oqeno_(figura 4-1), los cuatro grupos unidos
al atomo del carbono o del aminoácido-son dil.eren_
tes. Esta orientación tetraédrica de los cuatro grupos
diferentes sobre el átomo de carbono o.orfr"." tu
actividad óptica (la capacidad de desviar et ptano Ae
la luz polarizada.) a los aminoácidos. Si bien cierlos
aminoácidos de las proteínas son dextrorrotutorio, y
otros levorotatorios a pH 7.0, todos tienen la misma
configuración absoluta del r-gliceraldehído, por
tanto, son t-ü-aminoácidos.
Los mamíferos poseen ciertos
D-aminoácidos libnes
Aunque 1as reservas de aminoácidos libres existentes
en los mamíleros constan casi exclusir-arnente de isó_
metos L, recientemente se demostró la presencia de dos
¡-aminoácidos libres. Éstos son la o_selr¡a. presente en
.i ence,l¿lo anterior. y el »-aspartato. pre\enre en el ence_
.l.lLr la peflterra. A pesar de que hay l_aminoácidos
ir'¡i¡s r ¡-aminoácidos enlazádos a péptidos en los
:-:rrdtrs de 1os no mamíferos (capítult i), en las pro_
:31:.t: s. han detectado sólo los isómeros I de los ami_
:¡,:¡'i¡,s. La razón de esto se desconoce.
euizá esta
se::¡:--. .¿:d res¡llte de algún suceso fortuito que ocu_
-.i1, :* -r .: cio de la evolución de la vida en la tierra.
Los ami¡cácidcs pL¡eden tener carga
neta pos t va, negativa c d§ ce§"o
Los aminoacidos ptrse¡n a, menos dos grupos de áci_
dos débiies ionizables: unrr _COOH
iuno
_NHr-.
En solución hav dos r arianre: ,j.- estó. slupos. una
cargada y una sin carsa. en equrlibno proiórri.o,
R_COOH=R_coo_+H-
R-NH3.=R_NHr+¡.
Los miembros protonados, o ácidos, en este equilibrio
sonR-{OOH y R-NHi. El R-{OO- y R_ñH,* son
las. bases conjugadas (aceptores de prttones) de los
391aos
correspondientes. Si bien RIcOOFí y r<_
NH3* son ácidos débiles, el R-COOH es bastante más
fuerte que el R-NH3". Al pH del plasma sanguíneo o
del espacio intracelular
¡l .+ y I .i, respectivimente),
los grupos carboxilo existen, óasi por ctmpleto, corno
iones cartroxilato, R-COO-. A óstos.,ulo.., áe pU,
casi todos los grupos amino son, sobre todo. de la va_
riante protonada, R-NH.*. Las variantes iónicas de
los. aminoácidos prevalentes en la sangre y en casi
todos los tejidos, deben representarse como se mues_
tra en la ñgura {2A. Las variantes moleculares que,
como éstas, contienen un número igual de grupos
ionizables con carga opuesta
-y
en .onr""rr"ri.iu ,o
poseen carga neta- se denominan zwitteriones. La
estructura B (figura 4-2) no puede presentarse a
cualquier pH. En un pH suficientemente bajo para
protonar al grupo carboxilo, también puede proionarse
9l
grupo amino, más débilmente ácido. Con un pH de
dos unidades por debajo de su pK,, un ácido esá casi
99% protonado. Con el aumento gradual del pH, el
protón proveniente del ácido carboxílico se pierde
bastante antes que el proveniente del R_NH,,. En
un pH io bastante alto para que predomine 1a base
E
.(

42. -_-ll-
Aminoácidos
Cuadro 4-1. r--cr-Aminoácidos presentes en las proteínas
{r:-3'E
Símbolo Fórmula estructural
PK, PKz
pK.
3a¡ cadeaas laterales alifáticas
I
o"'o'
r
I ¡r, ii:
H-CH-COO-
I
NH¡.
cH3-cH-coo-
I
NH¡'
H.C
"
-cH-cH-coo-
a"i
I
"
NH..
.cH-cH,-cH*coo-
I
NH,-
CH,
CH-CH-COO-
/t
I
uñ¡
NH,_
-e: lll
H,C.
H.C
lle fll
cr-COOH
2.4
2.4
2.2
¿.ó
)a
o-NH..
9.8
9.9
9.7
o1
9.8
Grupo R
3or cadenas laterales con gr
S+- -a
I
ser IsJ
I
-=."21'*'''l
--::-¿ I ,,rr,
I
rupos h¡droxílicos (OH)
cH,*cH*coo-
tl
oH NH..
cH3*cH-cH-coo-
tl
oH NH3-
Véase adelante
2.1
9.2
ol
cerca de
'13
cerca de 13
Con cadenas laterales con á1
I s:e ¡a Cis [C] I
',re: tn n¿ Met [M] I
lomos de azufre
cH,-cH-coo-
¡t
SH NH.-
cH,*cH2-cH-coo-
ll
S
-
CH3 NHi
'1.9
¿. I
10.8
9.3
Con cadenas laterales con grupos ácidos o sus amidas
-ooc-cH2-cH-coo-
I
NH..
HrN-C-CH,-CH*COO-
lll
o NH3.
-ooc
-
cH,
-
cH, -- cH * coo-
I
NH.-
HrN
-
C
-
CH,
-
CH,
-
CH
-
COO-
ill
o NH3.
Glui2r.á
2.4
2.1
2.1
))
9.9
8.8
9.5
9.1
3.9
4.1

43. J4. Bioquíntictt de Hor7ter
Cuadro 4-l . l-s-Aminoác¡dos presentes en las proteínas
(Capítulo 4)
(continuación)
Nombre Símbolo Fórmula estructural
9K. PKz PK,
Con cadenas la
Arginina
Lisina
Histidina
Lterales con
I Aro IRI
Lis [K]
His
[H]
¡rupos básicos
] l- N-cH.-cH,-cH
-cF-coo-
ll
I C:NH,- \¡'
lr
I NH,
I
cH - cH,- CH_-C-
-:--COO-
I
NH,, \L
.
l:-- -:i-aCO
H§)
a-COOH
1.8
2.2
1.8
o¿-NH3-
9.0
9.2
o2
Grupo R
1) R
10.8
6.0
Con anillos arot
Hishdina
I
I
Fenilalanina
I
Tirosina
'riptófano
Táticos
His [H]
Fen
[F]
T¡rlYl
Trp [W]
T-//^
-_-.-urJ-uuu
\_ l
l
NH,-
HO-
-
3::
-
CH
-
COO-
l
NHr-
;
\--^\..-/ NH,.
2.2
2.4
9.2
9.1
9.4
10.1
lminoácidos
Prolina Pro [P]
i-
\i-l \_-j-
F:
2.0 10.6
conjugada sin carga del grupo amino, e1 gruirrr
carboxilo se presenta como ion carboxilato (R
COO). Sin embargo, la representación B se utilizl
en muchas ecuaciones que no involucran el equilibritr
protónico.
La acidez relativa de los ácidos débiles se expresa
por su constante de disociación ácida, K", o mediante
su pK", el logaritrr-ro negativo de la constante de diso-
ciación:
pK^=
-log
K"
El cuadro 4 I lista, a la décima de unidad de pH más
cercana. 1os r,alores de la pK de cada grupo ácido pre-
sente en los 20 aminoácidos de las proteínas. Por
con eniencla. en 10 sucesivo se omitirá el subíndice a
c'n la K \, en la pK,, pero queda irnplícito.
En la figura 13 se iiustran las variantes protonadas
de1 erupo imidazol de la histidina y el grupo guanidi-
no de la arginina. Ambas existen como híbridos de re-
sonancia \'. por tanto, pueden representarse como se
mLrestra a la derecha, con la carga positiva distribuida
entre ambos nitrógenos (histidina) o entre los tres nitró-
genos
larginina).
La carga neta (la suma algebraica de todos los
grupos presel]tes con carga positiva y negativa) de un
H
I
R
-
C"- NH,
I
COOH
l*'
R.- Y
o
,'oH
Figura 4-1 . Dos representaciones de un c¡-aminoácido.
\-_

44. Amin.oácidos . :
NH3. NH,
lt
I
toloH
?'- Y ?' )l
oo
AB
Figura 4-2. Esi"-.:-'e :',camente correcta de un ami-
-:;:
Cc e^ -
':-:: :: .- 'siológico (A). La estructura sin
:,';a (B) -: : -=l: =,
:: ' ccn pH alguno, pero puede utili-
:.'s: ::-: -^. -.'.:- a.ca al comentarla química de los
a-'-1- --:
aminoár-irlo- depende del pH o concentración protóni-
ca- del rr'¡dio qr¡e le rodea. La capacidad para modificar
lac4renhc¡minoácidos o sus derivados mediante la
udphclin del pH facilita la separación fisica de
rÉ¡rÉlfo6. peptidos y proteínas.
A ¡t¡ ptl isoeléctrico (pl),
ur am¡noácido no posee carga neta
L¡la rm aminoácido alifático, como la alanina, la va-
rimte isoeléctrica es la presentada enla figuta 4-4.81
Slisoeléctrico,
es el punto medio entre los valores de
lapKen cada lado de la variante isoeléctrica. En un
aminoácido con sólo dos grupos de dlsociación, no es
posible la ambigüedad, como se muestra adelante en
el uilculo del pI de la alanina. Como la pK1 G {OOCI
:
2.35 y pK, G-NH,)
:
9 .69 , el pH isoeléctrico (pI)
de la alanina es:
oK, + oK, 2.35 + 9.69
F'=-=-=6.ü2
22
El c.ilculo de1 pI de un compuesto con más de dos
grupos disociables conlleva mayor posibilidad de error.
Por ejemplo, si se consideralafrglura 4-5,
¿cuál seria
el pI del ácido aspártico? Para responder a esta pre-
gunta se escriben todas las estructuras iónicas posibles
de un compuesto en el orden en el cual acontecen. cLrn
inicio en la variante fueftemente ácida y final en 1a
solución básica (p. ej., igual que el ácido aspártico en
la figura 4 5). En seguida se identifica la representa-
ción isoiónica o zwitteriónica, 1as variantes que no
poseen carga neta (como en la figura 4-58). El pI es
el pH en el punto medio entre los valores de 1a pK a
cada lado de las variantes isoiónicas. En este ejemplo:
.
pK1 + pK2
Pl=-
2
2.09 + 3.96
=
-
=3.02
2
Este enfbque funciona igualmente bien con los ami-
noácidos con grupos adicionales disociables, por ejem-
plo, lisina o histidina. Después de escribir las fonr-rulas
de todas las variantes cargadas posibles de los amino-
ácidos básicos lisina y arginina obsérvese que:
,¡ =-!f,zt-f,'
2
Para 1a lisina, el pl es de 9.7;para la arginina, de 10.8.
El estudiante debe determinar el pl de la histidina.
La determinación de ios valores de la pK a cada
lado clei zwitterión mediante la inspección de las es-
tructuras cargadas, no se limita a 1os aminoácidos. Este
criterio puede aplicarse a los cálculos de la carga en
una molécula con cualquier cantidad de grupos
disociables. La capacidad para realizar cálculos de este
tipo es de valor en el laboratorio clínico, para predecir
la movilidad de los compuestos en los campos eléctri-
cos, y seleccionar los amofiiguadores adecuados para
la separación. Por ejemplo, un arnofiiguador a pH 7.0
separará dos moiéculas con valores de pl de 6
1,'
E.
respectivamente, porque la molécula con pI :
6 ten-
drá una carga neta negativa mayor a pH 7.0 que la
molécula con pl :
8. Consideraciones similares se
aplican al anáiisis de 1as separaciones sobre soporte)
iónicos como los polímeros con carga positiva o neg:-
tiva (p. ej., celulosa DEAE o Resina Dowex l).
n
t
11- N_a
(,/
N--,J
n
I
,)\
(/' N-H
^
I
-
§rN:i
H
n'l
.z\o I
(/ N-H
I
'*-J
I
-
*']-
R
I
NH
§ l.e
Q-:.lt'ttl
NH.
ln
ll
lT-
I fi-**,
leNu,
H
I
NH
-<..+.lO
^-^tu
v-f\l'1
I
NH¡
R
I
@h]H
-<....> ll
o-NH2
I
NH:
Figuna 4-3. Híb,ridos de resonancia de las variantes protonadas de los grupos

45. 36 . Bioquímica de Harpet (Capítuto 4)
..,,,-\,,,,o
]l
o
Figura 4-4. Estructura isoeléctrica o "zwitteriónica" de la
alar.ra Si b en presenta carga, el zwitterión no posee carga
neta: por tanto. no migra en un campo eléctrico de corriente
direcra.
Los valores de la pKvaríam
con el amhíer]te
Los valores de 1a pK listados en el cuadro ;l I cr¡r;. -
ponden a los aminoácidos libres en solución ac,.:,r:-:
Como tales, proporcionan sólo una guía apr.r:ir:-.-:--
de los valores de la pK de los aminoácidos :::..- .,
en las proteinas.
¿A
qué se debe esru.' Fl .:' -.- . -.
cualquier grupo disociable afecta su pK. Para rm p
ácido-basc conjugado. ur.r solr e:r:: :r -,: '- : -:
variantecargadatp.ei. R r,,
solvente rnenos pollr'. l:r , ..: -
'
COOH o R-NHr). Por I
aumenta la pKde un gnp
la c1e un gfLr:¡a .::rr.-
dClS athiiaat-,:-:. i-:: t :' :-;,-. - .r j,
ie. -\>i. .¡ :,;, :;,.: -a,.:

-1
1,r J. ..t1.: ,.. ...- - t.:
citin rlentl., i; ¡::,: ::-.:-:: l;.;::r- r:l:
-.-_-
r¡r'irii.rr-c.¡Lr,.Jln t"! .¡ -.i:..J---.
- .: : - ... .. -.
cll ocasi()nc). ul .r. ..lIJrJ-'. --
-1 .. t - ...... - -
lista los interr rlos rr¡ic,'. J; l,'. . .i
¡!¡
er
para los grupos ionizables de 1os antiit..¡.:c.s ;
proteínas. Sin embargo^ con ticcuenci¿l Si J1lc-.;: r:
'
valores divergentes, hasta en 3 unidades tic :F-. -.
estos valores típicos de la pK en los :ltlr,. .1j:,-.. i
de las enzimas. En un ejemplo extrenlo
-el
d.-L ¡c.: -
aspártico sepultado de ia tiorredoxina con una
¡rA :
-
Cuadro 4-2. lntervalos típicos de los valores
de la pK de los grupos ionizables en las proteínas
Grupos en disociación Intervalo de la pK
a-Carbcr o
No &-CO3i. :e Asp o GIu
lrn iaza :a ¿
-'lis
SHc¿:,r
Oi'l :: - -
a1-4-
_:
¡-1-----:-s
3.5 a 4.0
4.4 a 4.8
6.5a7.4
8.5 a 9.0
9.5 a 10.5
8.0 a 9.0
9.8 a 10.4
-12.0
E
o'r
T ü-O
(
PK¡=982 \'i-'¡,¡rti
ru
-o-{
0
le 9-
¡la desviación supera las seis unidades
ntos de solubilidad y de fusión
aminoácidos reflejan su caráctel
ir,¡ arlrnoácidos hay múltiples gnL-
::¡,s ¡ulil'roácidos fonlan fácilmente
: _ : i:
'.
3n consecuencia resultan solu-
. j
-
.:: : --t:'¡S CLrntO aglla y etanOl, perO
, -. :. : :-'-'.;-,-tieS ilO pOlafCS COmO
DOS PUEDEN
SEGIJN LAS
DE SUS GRUPOS R
r¡ác*bs & las proteínas pueden dividirse en
fugrqrcs" según seapolar o no polar el gru-
id,o aI átomo de carbono cx (cuadro 4*3).
riaturas deuna letra (cuadro 4-l) se utllizan
esenffilas secuencias largas de aminoácidos
r so§lrcncia completa de los aminoácidos en
_ _+\_
: lr:=s
NH,¡'
A
fn ácido fu§,1e
(por debalo de pH 1);
caroa néta
=
*1
.
!**,
r§(
o
B
Alrededor de pH 3
carga nela = 0
i1*'
I
PK:=3t0
(ir-cccH:
o
tso*
(
'_PK;=209
(*COOH)
D
En álcali fuerle
{por arr'ba de pH 1 1 )i
aároa ñetá
=
*2
. P .
"¡o*
Figura 4-5. Equilibrio protónico del ácido aspár1icc
r
L-

46. H id!'ófobos
O.-acro zl-3. Clasificación de los r-cr-aminoácidos
de las proteínas con base en su hidrofilia
i:endenc¡a a reunirse con el agua) o hidrofobia
:e'dencia a evitar el agua para buscar un ambiente
menos Polar) relativas
flinciones úrnicas en la catálisis enzin.rátrca. ir.'¡': ' - -:
la pK <le su protón imidazol, permite que ñttl''
':-'' '
pH 7.0 como catalizador básico o ácido.
E,l grupo alcohol primario de la serlna ). !'l *c:":''
tioalcohol (--SH) prirnario de la cisteina. son ntici¡¡ -
filos cxcelentes y pueden participar colno tales en 1:
catálisis enzimática. Si bien el grupo alcohol secunda-
rio de la treonina tarnbién es un buen nucleóf'1lo. no se
sabe que tenga esta función en la catálisis. Adernás' e1
-Oft
¿e 1a serina, tirosina y treonina también par-ticrpr
cn la regulación de la actividad de ciefias elrzimas cuva
actividid catalítica depende dcl estado de fosforilaciórr
de residuos aminoacilo hidroxitrados especif'rcos'
Los arninoácidos no absorben la luz visible (es
decir. son incoloros) y. coll cxcepción de los anlino-
ácidos aror.náticos triptófano. tirosina, fenilalaninl e
histidina, no absorben la ltlz ultravioleta dc longitr-rd
de oncia superior a 240 nm. Varios aminoácidos, en
particular ei triptólano, absor-ben la luz ultravioleta de
iongitud de onda altn (250 a 290 nm) (figura 4 6)' Pot
tanó. si bien es relativamente poco frecuente en casi to-
das las proteinas. e1 triptófano tienc una contribución
in, porlánte a la capacidad de la mayor parle dc las pro-
teíiras para absorüer la luz en la región cle los 280 run'
)S
Las técnicas cromatográficas que se discutirán, se
aplican para separ¿)r diversos materiales' por tanto. no
eitán ciicunscritas a los aminoácidos y sus derivados'
Aunque la cromatografia en papei y la cromatografia
autornatizada por intercambio iónico han sido supera-
das, en gran medida. por técnicas analíticas cromato-
Hidrófilos
:- rJ aspártico
r: l. giutámico
: -: irna
: s:,aragina
Gircina
Clutamina
Histidina
Lisina
Serina
Treonina
,,;
jcios.
en estado librc o combinado (peto
. ,. - .:.tt.i>), son importantes en los procesos
, : Por eierlplo, 1a ornitina, la citrulina y el
-
- :,...rllilto participan en la fbrmación de la rirea,
. :
',.
r'rt la fonnación de las hormonas tiroideas, y
-
: :-.r.üraleza existen más de 20 n-aminoáciclos. En-
-'
: -i:-,s se inclu¡ren la n-alanina y elo-glutamato de cierlas
- -: :-ic'S celr-rlares bacterianas y diversos D-alninoácidos
-:- l--. ¡ntibióticos.
PROPIEDADES DE LOS AMINOACIDOS
INDIVIDUALES
[a glicina, e1 aminoácido más pequeño, puede acomo-
dr¡se eo regiones de la estructura tridimensional de
h proteínas, inaccesibles a otros aminoácidos. En con-
secuencia, la glicina a menudo se presenta en las regio-
nes eri que los péptidos tienen dobleces fuertes.
Loi grupos R alifáticos de alanina, valina, leucina
e isoleucina, así como los grupos R aromáticos de feni-
lalanina, tirosina y triptófano, son hidrófobos. Debido
a que la formación de solvatos da lugar al ordenamiento
de las moléculas de agua alrededor de dichos grupos,
estos aminoácidos típicamente se presentan sobre todo
en el interior de las proteínas citosólicas'
Los grupos R con carga de los aminoácidos bási-
cos y ácidos, estabilizan conformaciones pfoteínicas
especificas a través de la formación de interacciones
iónica; o enlaces salinos. Por ejemplo, la ruptura y
rrEr? tbrmac:ón de enlaces salinos que acompañan a
le osigsnación y desoxigenación de la hemoglobina
(ceÉmlo n- Ademris, los aminoácidos con grupos R
cm caga positiva o negativa, funcionan en los siste-
¡rx de -rclcr-o de carga" que transmiten 1as cargas a
E{trÉs de dimcias considerables durante la catálisis
enzimtrcaydtrasporte de electrones en las mitocon-
&ias qr¡e e*ln rcspirando. Por último, la histidina tiene
Triplófano
\-/ --.riros*a
ffi
24A 260 m
Lonsitud de oñda {nm}
2
§
q5
c
¡oqe
a-_
6
0p
!ñ
ii _>
ñ
.ó
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§
Ol
a
o
¿)
0
Figura 4-6. Espectros de la absorciÓn
triptófano, tirosina y fenilalanina.

47. (Capítulo
4.,t
Bioquímícu cle Harper
7
J8.
grálicas más novedosas r. mejores, los principios in-
volucrados tienen carácter general y dichas técnicas
aún tienen aplicaciones en la investigación médica.
e nomatogreiía
En todas las sepalaciones cromatográficas, Ias mo-
1éculas se repafien entre una lase estacionaria v una
mór'r1. La separación depende de las tendencias rela-
tir as de las rnoléculas en una mezcla, para asociar-se
corl nta or fuerza a una u otra flase.
e rei'natografíe en papei
Para la cromatografía en papel, se aplica una gora de
una solución con aminoácidos a una distancia aprLr-
nTada de 5 cm del extrcmo de una tira de papel tilrri,
Ésta se coloca en un contenedor cerado, dentro dc1 cu,,
su extremo entra en contacto con un solvente. e1 ttpiu¡
es agua saturada de alcohol de bajo peso mLrL-culer.
con un ácido o una base. Después de la mrgr-acrón de1
solvente a lo largo del papel, la tira se seca. se tratf,
con ninhidrina en acetona, y se calienta un poco. Estr.
revela 1as posiciones de los aminoácidos como man,
chas de color violeta (flgura 4 7).
La polaridad relativa establece la r¡ovilidad crtr-
matográfica. Los aminoácidos con grandes grupos R
no polares (Leu, lle, Fen, Trp. Val, Met. Tir) migran
más lejos que aquéllos con grupos R no polares rlas
cortos (Pro, Ala) o con grupos R polares (Tre, Glu,
Ser, Arg, Asp, His, Lis, Cis) (figura 4-7). para
una
serie no polar (Gli, Ala, Val, Leu) el aumento,de la lon-
gitud del grupo R no polar, lo que aumenta la no pola-
ridad, resulta en aumento de la movilidad.
La proporción entre la distancia a la cual viaja un
aminoácido y Ia distancia a la cual viaja el frente del
soh'etrte es el valor R1 (movilidad relativa respecto al
ftente del solvente). Los valores R¡para un aminoácido
determinado, varían según las condiciones experimen-
tales- por ejemplo, el solvente utllizado. Es preferible
cromatografiar estándares de amhoácidos simultánea-
flreote con los especímenes desconocidos, de manera
que la morilidad pueda expresarse con relación a la
del esnánda(p. ej., como R*1u envez de R¡),lacualvaría
rrrrxls de un experimento a otro que los valores R¡.
Cromatografía en capa fina
Ha1- dos tipros diferentes de cromatografia en capa fina
tCCFt CCFdepartición(CCFP) y CCF de adsorción
{CCFA|" Fn Ia CCFP la resolución involucra laparti-
cim de los coryonentes de una mezcla entre las fases
liqui& mórr1
1- esacionaria de diferente polaridad, a
medida que la ñse mórü pasa sobre la estacionaria.
I-a separrcin derira de la sohüilidad diferencial de los
compon€trrs ea las ñses estacionaria
_v móvil.
CCFP riorrnal
En la CCFP normal, la fase estacionaria es el compo-
nente más polar- El solvente contiene componentes
polares v déb:lmente no polares, de manera típica el
agua un alcohol de 4 o 5 carbonos y un ácido o una
base débiles, como ácido acético o amoniaco. Con-
forme este solvente se mueve sobre el soporte, cambia
zu composición debido a que los componentes más
polares se unen a los grupos
-OH
polares de la celu-
losa- Portanto, el frente de avance del solvente se hace
cadavez menos polar. En consecuencia, los compo-
nentes menos polares de una mezcla se mueven bastante
más que 1os componentes más polares de igual tama-
ño. Por ejemplo, el glutamato y la lisina se retardan, en
tanto que la leucina y la valina migran con el solvente.
Consideraciones similares se aplican a la cromatografia
en papel.
CCFP de "fase invertida"
En la CCFP de "fase invertida", las polaridades de las
fases y las movilidades de los componentes de lamez-
cla se invieften respecto a la CCFP normal. La fase
móvil proporciona la fase polar. La fase estacionaria,
de manera típica celulosa recubierta con un líquido no
polar, como aceite de silicona, es la fase menos polar.
Drrecoón
I
de la miora-l
cóndel" I
solvenie i
= ;--z !-' ::-:'oación de los aminoácidos de las proteí-
-.= I
=.- -:: :- : ,-:matografía descendente en papel, en
'-a--.=- _ :_ ,, :_:.:: agua. losaminoácidosserevelancon
...:-..
Lis
Asp
uil
Tre
Trp
Fen
Leu
a?
I
iT
ü*
ü
*
.&,
*
-

48. 4 ¡1)t;
:
-
, ,- [ i\. -.,. ..:..'s l¡ 1a separación son completa-
:. : : i :-'::: .i- ' ,, ::¡r¡LrLción involucra la adsorción
-:
: - t-'-' t' - t'. :: :¡ ,-ttla l¡ezcla A gel de silicio que
.: ,: ,' . .-.:r.:: t-.tt.lr todael aguaenlazada. Lafase
. - : -'
--.rtilcos.
desplaza los compuestos
- - - -.3 siiicio. Los componentes cnlazados
. -'i::';
: -:, .a CCFP nonxal, los componentes
-'i, -
-rr' .-orl el solvente c11 tanto que se retarda
l.1i Ja lrrs col-nllonentes menos polares.
CGF de adsorció
,/--?o
(10
\-N A
l' 'o- -f
ol
H
reü
Figura 4-9. El 6-aminoquinolil-N-hidroxisuccinimidil-carba-
mato (AQC).
<lerivados de los aminoácidos que son fluorescentes o
absorben luz UV. La sensibilidad de este criterio pre-
columna pennite attalízar cantidades picomolares de
material
-por
io general, 1 a2'¡"g de proteína pr-rrifi-
cada o 0.2 pg de un péptido corto (figura 4 10).
Electroforesis de alto voltaje (EAV)
Las separaciones de aminoácidos, polipéptidos y otros
anfoiitos (moléculas cuya carga neta depende del pH
del medio) en un campo de corriente directa, tienen
nruchas aplicaciones en bioquímica.Pata los amino-
ácidos, se utilizan con mayor frecuencia las hojas de
papel o las capas finas de celulosa en polvo como so-
por1e. Para los polipéptidos grandes o las proteínas, se
emplea gel de poliacrilamida con enlaces cruzados.
Para los oligómeros de nucleótidos se usan sopodes
de agarosa y poliacrilamida.
Las separaciones dependen de la intensidad de1
campo de corriente directa, 1a carga neta del anfolito y
del peso molecular del conlpuesto por separar. En las
moléculas con carga idéntica, las que poseen menor
peso molecular rnigran más lejos. Sin embargo, la car-
ga neta es el factor más importante para determinar la
ieparación. Las aplicaciones incluyen aminoácidos.
polipéptidos de bajo peso molecular, nucleótidos y fos-
foazúcares. Las muestras se colocan sobre el sopofie
y éste en seguida se humedece con un amortiguador a
un pH adecuado y se conecta con los depósitos de
amortiguador mediante tiras de papel. Al aplicar la
corriente, ias moléculas con carga neta negativa en
el pH seleccionado migran hacia el ánodo y las que
poseen carga neta positiva 1o hacen hacia el cátodo. Para
visualizar 1a separación, el electroforograma se trata
con ninlidrina (aminoácidos, péptidos) o con bromutt'
cie etidio, y se obsen a bajo luz ultravioleta (nucleótidtrs
oligómeros). La selección del pH se basa en los r alo-
res de ta pK de 1os grupos disociables de las molécules
de la mezcla.
LO§ GRt.JFO§ FUNC¡OT.üALES
METERNil iNAN LA§ REACCI CN ES
QLJíMICAS DE LCIS AI\,tIT{EÁCiDOS
Las reacciones químicas de los an-rinoácii¡ . .'.
-
"
- -
terminadas por los grupos funcionales cr':r : i.
-
-
.-;:z¿ se desplazan primero, y se iogra la
Crornatograf ía I íqu ida
úe alta resolución (CLAR)
[:s separaciones cromatográficas en columna típicas,
milizan columnas de vidrio llenas de un soporte com-
primible, condiciones que impiden el uso de grandes
presiones. Esto impone un límite superior en la velo-
cidad de1 flujo del solvente y, por tanto, sobre la rapidez
del análisis. La cromatografia líquida de alta resolu-
ción (alta presión) (CLAR) constituye'un refinamiento
basado en los mismos principios que la cromatografla
en columnas regular. Las columnas de acero inoxidable
se llenan con partículas más pequeñas y más unifor-
mes de un intercambiador de iones no comprimible, el
cedazo molecular, o el soporle de interacción hidrofó-
bica- Las presiones de operación de 5 000 a 10 000 psi
disminuyen el tiempo requerido parala resolución,
de r arias horas a varios minutos. Esto reduce la difu-
sión lateral, una función de1 tiempo de permanencia
en la columna, y da una resolución muy mejorada. Se
dispone de dos opciones analíticas. Se puede hacer
que los aminoácidos reaccionen con un reactivo que
facilita la detección y cuantificación, antes o después
de la CLAR. La detección poscolumna suele utilizar
ninhidrina (figura 4-8), que forma un color violeta
con los aminoácidos. Sin embargo, este ffiterio de de-
tección poscolumna se sustituye, cadavez más, por la
reacción de la mezcla de aminoácidos antes de la CLAR
con un reactivo como el 6-aminoquinolil-l/-hidroxisuc-
r-inimidilcarbamato (AQC) (f,gura 4 9), que forma
o
II
4Y\, o¡
III X
\-'\^u
ot-l
U
il
o
Fgura 44. La ninhidrina

49. Y.r/
40 .
Bioquímica d,e Harper
(L'apítulo
4)
c
o
a
o
o
a
c
o
o
f
o
ct
Figura4-10'LaCLARdefaseinversadelosderivadosAQCc::s:minoácidos..(Reproducidaconautorzacróndecohen
SA, Michaud Dp: Svnthesis of a luoüsieni;*"r¿;.g reage-: --:m
nequ¡¡.frt_N_hydroxysuccinimidyl
carbamate, and its
applicationtotheanálvsisornvorotviátáa-Á¡""á.iá.'iirñ¡sñ-p'i.-:-r",iür]o'l,lárr,"sraphy.AnarB¡o;he;
rc%;211:27e.)
'¡::l.ro deben activarse Ios grupos carboxilo.
er.rími_
i-rrrr'[te. esto puede involucrar 1a conr.elsión previa
¡.:r ,il cloruro ácido. En el aspecto biológico, Ia acti_
!1::]:-l:: "-.mino
y o-ácido carboxítico y Ios grupos
runcronales presentes en los grupos R. Cadá erxio tim_
cional puede participar en tod-as sus reac.ion"iqiri.r,
características. En los grupos de ácido carbixílico,
estas reacciones incluyen laiorizacióty formación de
es.reres. amrdas y anhídridos ácidos. Las reacciones
adicionales incluyen la ionizacíón,acilaciOn
v ejerifi_
cación de los grupos amino. la oxidación y ufá"ifu"iOn
de los grupos
-SH,
la esterificaclOn
Oá ioi g.upo,
-OH,
etc.
!t BEACC|óN MAs |MPoRTANTE
PF
Los AMtNoÁctDos ES [Á'
-
FoRMACIÓN DEL ENLACE pÉ.prioIco
o
.H"N
- ll
_,.^\
Y )OH+¡¡¡¡
rl
Atanina \.^ -o-
rll
o
Valina
>
H.O
En principio, la formación clel eniace peptíclico involu_
,H:N
- :
era laellninacióndc I mol deagua.nn..r'grufá"_a,niro
'-y^N,
!i l: ilr,l,qucido
y et grupo «-carboxiii ¿á un scsr.n_ l_ ñ
dtr arn uroácido ( figura 4 I I ). Sin cmbargo. esra reac_ )-
y "
ción no proccde como se.r"iib". t"d";;;;;;lJ.nrr- ó
;1ffii"::Hl]iiJ':":i,"#::;,H::ffi::llglt*l
iJ:;[:
-,1
Aminoácidos unidos por un enrace peprícico
00?8
ir
tlBttJI[;A fA::lil1i IE r#:]]3[il

50. ..¡:¡ l¡ arrndensacirrll rnlcial curAfPparaI Id ! lrl ll1lllf,.rl 1Lr
- '.r
,.r-. -,;¡rltlrt.¡ ell.litlt¡;lal1r'
RESI'MEN
Enlas proteinas solo sepresentan los l-o-aminoácidos
si bien en la nafi[aleza existen los o-aminoácidos y
los aminoácidos no c. Todos los aminoácidos poseen
al menos dos grrryos funcionales débilmente ácidos,
R--NH¡yR-{OOH, los cuales, enlos aminoácidos
de las goreinre' residen en el átomo del carbono «,.
Adeúls' ésfio6 y otros grupos funcionales débilmente
áci&§ (--OIL
-SH,
guanidino, imidazol) determi-
m F la carga neta de un aminoácido varíe con el
É1núffio,los
aminoácidos son anfolitos cuya car-
!r É a rm pH determinado depende de los valores
de la pK de sus grupos funcionales. Ei pI es e i pH -,
cnal un aminoácido no posce carga neta: por tallto. :',-
se mue\¡e cn un calnpo eléctrico de corriente direct¡
Además dc detenninar las interrelaciones entrc i.,
carga y 1as clases de rcaccioncs quÍmicas en quc perri-
cipa un aminoácido (de las cuales la más importante
es la formación dcl enlacc peptidico), los grupos R I
sus funcionalidades concomitat.rtcs. deteminan las fun-
ciones bioquímicas únicas para cada aminoácido. Las
funcionalidades de los grupos R también dan una base
para la clasiflcación de los art.rinoácidos en básicos.
ácidos, aror.náticos. alifáticos o sulturados. Después
de la separación de las mezclas dc aminoácidos rlc-
diante partición o cromatograf ia de intercambio iónico.
dichos aminoácidos pueden detectarse y cuar.rtificarse
mediante la reacción con ninhidrina. I
r,=FERENCIAS
Cohen SA, Michaud DP: Synthesis of a fluorescent
derivatizing reagent, 6-aminoquinolyl-N -hydroxysucci-
nimidyl carbamate, and its application to thc analysis
of hydrolysate arnino acids via high-performance liquid
chromatography. Anal Biochem 1993 ;21
1 :21 9.
Langsetmo K et al.: The conserved, buried aspafiate in
oxidized E s cherich ia c oli thioredoxin has a pK of 7. 5.
Biochemistry 1 99 1 ;30:7603.
Ozols J: Arnino acid analysis. Methods
I 82:5E7.
Stelhvagen E: Gel flltration. Metl.rods
182:317.
Wilson NA et al.: Aspartic acid 26 in reduced Esc herit:hict
col/ thioredoxin has a p,( grcatel than 9. Biochcmistr¡
1995:3,1:893 1 .
Enzymol 1990;
Enzvmol 1990;

51. Pépt¡dos
. ::c,l\/. Rodwell. PhD
\TRoDUCcrÓn¡
La polimerización de los L-cx-aminoácidos rnediante
enlaces peptídicos, constituye el marco estructural para
las proteínas. En este capítulo se describen las caracte-
risticas de los enlaces peptídicos, las propiedades de 1os
péptidos, los métodos para determinar la estructura
primaria de péptidos y proteínas, y los métodos para
1a síntesis de péptidos.
M FC iETAi§ e ; /q H I CIfr/X Fi ts i CA
Los péptidos son de gran interés biomédico, sobre todo
en endocrinología. Muchas hormonas impoftantes son
péptidos, y pueden emplearse para corregir los estados
de deficiencia correspondientes (p. ej.. la administra-
ción de insulina a pacientes con diabetes rnellitus).
-\lsunos péptidos actúan sobre el sistema nervioso,
Jtrlro n€urotransmisores o neuromoduladores. Las
rurl !- iLr c i stinas y nodularinas peptídicas, elaboradas por
.. ;-;.:trbacterias. son moftales en grandes cantidades,
. r-: clntidades pequeñas, promueven la formación de
.*:rrÍiS hepáticos. Ciertos antibióticos son péptidos
ip ei . r alinonricrna y gramicidina A), así como algunos
:ntirumorales (p. e.1.. bleomicina). El dipéptido aspartame
sin e como edulcorante en muchas bebidas. La síntesis
,1,.rimica rápida y la tecnología del DNA recombinante,
i:n iacilitado 1a labricación de cantidades imporlantes
l:-
-,rrrfiro1r3S
peptídicas, muchas de las cuales existen
:: :. cuerpo en concentraciones relativamente mi-
,.., --,,..'.ror tanto, son dificiles de aislaren cantidades
.-',.:::3! c¡ra la terapéutica. La misma tecnología
: ::r:-- .. .. :--. ::rz.r¡ otros péptidos, también disponibles
;:. -' ..-...;-z: >tilo en cantidades pequeñas (p ej ,
¡-e:---,s :¡:: ¡,¡5 ,, proteinas virales), para utilizarlos
en aa'LIt.l:.
LOS I.U.AMINOÁCIDOS UNIDOS
POR ENLACES PEPTÍOICOS
FORMAN PEPTIDOS
La figura 5-l muestra un tripéptido constituido por
alanina, cisteína y valina. Obsérvese que un tripéptido
es aquel que tiene tres residuos, no tres enlaces peptí-
dicos. Por convención, las estructuras de los péptidos
se escriben con el residuo amino terrninal (el residuo
con un grupo o-amino libre) a la izquierda y con el
residuo carboxilo terminal (el residuo con un grupo
cr-carboxilo libre) a la derecha. Este péptido presenta
sólo un grupo cx-amino libre, y sólo un grupo cx-carbo-
xilo libré. Sin embargo, en algunos péptidos, el grupo
carboxilo o amino terminal puede derivarse (p. ej., una
aminaly'-formilo o una amida del grupo carboxilo), y
de esta matTera, no queda libre.
Las estructuras de los péptidos
se representan con facilidad
Por convención, los péptidos se representan con la ter-
minal amino alaizquierday la terminal carboxilo a la
derecha de la página. Para ilustrar las estructuras de
los péptidos, dibuje primero la cadena principal o es-
queleto, y después agregue los grupos R adecuados.
-".T
-rr=-
g -l
4u--.5*tr-''.o
¿ir=ftb
-
st-t
trffi*;x;-
Figura 5-1. Fórmula estructural de un tripépiido- Los áro-
mos de los enlaces peptídicos se presentan sombreadcs
con azul.
43

52. 7
44
ri
(Copítulo 5)
Escliba un zigzag fbrmado con la secuencia repctida
de la cadena principal ("esqueleto,,) de átomos:'o_ni_
tr'ógeno. u-carbono. carbono carbonilo.
Con.rplete las ten¡inales amino
¡, carborilo. 3s1.._,.
urr hidrógeno a cada «-carbono y a cada nitr.rl.r
--
péptido, y añada orÍgeno al carbono carbonilr¡
9H
ll H
"H.N-
^-C...
_-C, a ,rÑ .
Coo-
-C N C' C
H-Hil u/
o
Agregue ios grupos R adecuaclos (sonrL,r.'.,¡
átomo de u,-carbono.
*H3N\c.-C
-*-b--r-\
? ffi,¡
-c-
H
parecer la actividad biológica, con efectos concomi_
tantes menores (p. ej., la intolerancia al alcohol en mu_
chos asiáticos), o consecuencias importantes (p. ej., la
enfermedad de células falciformes). Muchos'errores
innaros del metabolismo involucran sólo un cambio
de- esrl üpo. Los poderosos métodos nuevos para deter_
minar fu sstustur¿ proteínica y del DNA han áumentado
m*-ho la comprensión de las bases bioquímicas de
muches enfermedades metabólicas heredádas.
I-as abreviaturas de una o tres letras para los amino_
áridos (cuadro 4-1) se utilizan parf representar las
esrucaras primarias (figura 5-2). Las abreviaturas de
ms leras unidas por líneas rectas, representan una es-
primaria conocida y sin ambigüedades. Con
las abreviafuras de una letra se omiten estas líneas.
Cuando no se tiene certezarespecto al orden preciso
fu ¡ma porción del polipéptido, los residuos dudosos
=
encierran en paréntesis, y se separan mediante sig_
¡os de coma (figura 5-3).
::
t':'::'
,..¡s animales, vegetaies y bacterianas contie-
:r'.os polipéptidos de bajo peso molecular (3 a
:uos aminoacilo) con gran actividad fisioló-
:unos, entre los cuales se incluye la mayor parle
,las polipeptídicas de lcrs mamjfbros. contienen
; ,:.-3s
lleptídicos fomados cntr-e los grupos Cx_amino
- -, : -,rilo de los L-cx-aminoácidos de las proteínas.
.,:ro. también puedenpresentarse aminoácidos
)epuoos pueden contenef
cácidos poco usuales
Gt u-Ata_Lis_cli_Tir-Ata
EAKGYA
Figura 5-2. Representaciones de una y tres letras de un
hexapéptido.
NCCaNC
,\.,/\/
\/
C.,NCCU
H_--\
9H,
-ooc
U
H
v:
3-
BIE
t
i r.r
l" -
.
.1::-. : ,:.
1:::. . ':
'll:-L:ilr-r
.1r- :';. .
al;:l:'
aLrlr-,-,-l
ir.il-.:..
l-,t..-
,:
tlatll:r -l
E ¡¿[ r{.ñ.I¡rl(f,l
adicimales, o derivados de loi aminoácidos proteíni_
s
_amin§ácid6 cos. Otros .orrti"n",
"niuc"s
peptiAicos inusuales. por
níltr :*-if* ... -r -r--¿^¿i1_-
l
]l
-. -
l,
- :
.r
. ;:: c-l elutatión. el glutamato amino tetminal
rze con la cisteína mediante un enlace peptídico
tfig¡¡ra 5-4).
:- -ine,
,- nt) u-.
a !r:
lt;:;
:.:.¡itlos elaborados por hongos, bacterias y
:-.-:l.rores. contienen aminoácidos ql,a ro rc
;:: ,¡s proteínas. Los polipéptidos cíclicos
-il-
. .. :
_ t-L,--- -
-,. ;
. - l: -:
_- ....::in¿' ¡; .r :;1 .
il--., in¡rL..'-. .
'-
.-..-'L
:1i' Lr.-,.:.:''
. ..- J. l, .;rl.re..:-:...
.
af -(
Iógica
Una mutación del DNA que modifique los codones,
puede originarla inserción de grupos aminoacilo inadecua_
dos en un polipéptido o una proteína. Si bien a menudo
carecen de efecto biológico importante, inclusive las
sustituciones únicas pueden a veces disminuir o desa_
¡r-' '--
\<

53. : ---,s-(Aia, Gli, Ti0-His-Ala
=:-'e 5-3. Jn heptapéptido con una región de estructura
-'- =-.
^c erta (entre paréntes¡s).
.ri¡cidina ]'
grarnicidina S. antibióticos rnicóticos ci.rya
rlrrsilitesis es indeper.rdiente de los niRNA, contienen
t-Iinil¡1enin¡ r e1 horlólogo de 1a lisina, omitina (ca-
:uLL1., I i r. Ltr> lréptldos bacterianos nisina, subtilina
'. l'rr.i:':ilrnl antibióticos fonlados a partir de pre-
,-.::::3> ir'r:f,mblados en los ribosomas tienen el
,.:-
-,
-,..d.¡ rnusual lantionina. Los o-aminoácidos
'-',':.,:ri¡
se presentan en péptidos cortos elaborados
'-'- : ,..Lgur.ros animales pero, al parecer, no cn los seres
,.:::¡nos. Los ejemplos son la D-tirosina y la D-alanina
:: ltrs heptapéptidos opiáceos dermorfina y deltorfina,
¡resentes en la piel de ranas arborícolas sudan.ierica-
nas. Obsérvese que las técnicas de secuenciamiento
cluc se discuten más adelante. no distinguen cntre los
isómeros L- y D- de ios aminoácidos.
El glutatión (figura 5-4), en el cual e1 glutamato
amino terminal sc enlaza con la cisteína a través de un
enlace peptidilo no-cx, se rcqr-rierc para vauas enzimas.
El glutatión y la enzima glutatión reductasa participan
en la lormación de los enlaces disulfuro correctos de
mucha,. proteínas y homonas polipeptídicas, y tam-
bién parlicipan en el metabolisr¡o de los xenobióticos
(capirulo 6l).
La hormona liberadora de tirotropina (TRH)
(figura 5 5) ilustra una variante adicional. El glutarnato
amino terminal forma anilio para constituir un ácido pi-
roglutámico, y el prolilcarboxilo de la terminal carborilo
se amida.
Un polipóptido de los mamíferos puede contener
más de un polipéptido fisiológicarnente activo. En el inte-
rior de la estructura prin.raria de la B-lipotropina
una
iiomona hipofisaria quc cstimuia la liberación de áci-
dos grasos a par-tir del tejido adiposo-- se presentan
secuencias de arninoácirlos comunes a varias otr¿rs
CH,
I
coo
_'-''-
_: _-
Figura 5-4. El glutairon i'r.giutam l-cisteinil-glicina). Obsér-
vese el enlace peptÍd co no-c/ qi-re une la Glu con la Cis.
OH
ll I ll /-)
HN-C-N*CH_C-N I
/\1\,
o4) cH
L"
AI
ffr)
NH
Figura 5-5. La piroglutamil-histidil-prolinamida (TRH).
hormonas polipeptídicas con actividades fisiológicas
diferentes (figura 5 6). El polipéptido mayor es un
precursor de los polipéptidos más pequeños.
Los péptidos son polielectrolitos
El enlace peptídico (amida) carece de carga a cual-
quier pH de interés fisiológico. Por esto, la formaoión
de los péptidos a parlir de los aminoácidos a pH de
7.4, se acompaña de la pérdida neta de una carga po-
sitiva y una negativa por cada enlace peptídico que se
forma. Sin embargo, los péptidos son moléculas carga-
das a pH fisiológico, debido a la presencia de los gru-
pos terminales carboxilo y amino y de los grupos R
ácidos o básicos.
El pH y la pK determinan la carga neta
de los péptidos
Igual que para los aminoácidos, la carga neta de un
péptido depende de los valores del pH y de 1a pK de
sus grupos disociables. En los péptidos, estos gru-
pos son los «-amino y cr-carboxilo en las terminales
amino y carboxilo de los aminoácidos, y los grupos
funcionales ionizables en las cadenas laterales de los
aminoácidos ácidos y básicos. El cuadro 5 1 lista los va-
lores aproximados de la pK de los grupos disociables
de los péptidos desnaturalizados carentes de estruc-
tura organizada. Sin embargo, estos valores de la pK
pueden diferir de manera significativa en 1os péptidos
nativos, ya que el ambiente de un grupo disociable
puede afectar grandemente su pK. Los ejemplos er-
tremos incluyen las desviaciones en la pK, de vana-.
unidades de pH, en los residuos del sitio activo de crer-
tas enzimas. Obsérvense además, 1as diferencias a panlr
de los valores de la pKpara los grupos disociabies de
los aminoácidos libres (cuadro 4-1).
El enlace peptídico posee carácter
parc¡al de doble enlace
Si bien los péptidos se csclibcn con so1,' ,. r
en realidad. tiene un carácter parcirrl r: --
SH
l
OCH,H
iltt
.1"-*a"*-"-t-
t'tll
CH,HO

54. 46 . Bioquímica de Harper
(Capítulo 5)
§ L T Ge s L R f¡tsns p HA G A N D G rG p N A L s H s L \
: : : ( < o1e;c;o,,F
R.;
= - -;
B-§ndorÍná
y§ndorfina
u-§ndor.fina
Mstistiina
encefalisá
l1S.qg
S-0 Estructura primaria de la
B-lipotropina. Los .:.
- _.
(p-MSH). Los residuos 61 a 91 contienén la estructura :. -.:
(figura 5-7). No existe libertad para rotar alredec¡:
del enlace que conecta los átomós C y N. por
tant¡.
los cuatro átolnos mostrados en la figurá 5-7 están en ¡.
tnlsmo plano, es decir, son coplanares. Esta sen]ir.-
gidez tiene consecuencias importantes par.e Io: orde_
narnientos dc la estructura proteínica niás compleio.
que e1 nivel primario. En contraste, se presenta án,lpi,,
libertad de rotación alrededor de los enlaces restanres
del esqr-releto polipeptíclico. En la figura 5
g,
que re_
::rresponden a la hormona estimulante del melanocito
:-jorfjnas que se indican.
:rr: !'srrls conceptos, los enlaces con rotación libre
r-. -':s:ran rodeados por flechas, y los átomos copla_
:-: :.r:Ibfeados.
res
{ae
Aunque pam un polipéptido son posibles muchas con_
formaciones (acomodos espacialés), en solución tiende
a prdominar una escasa variedad de éstas. Las confor_
maciones favorecidas reflejan factores como: bloqueo
estérico- interacciones colómbicas, enlazamiento del
hidrógeao e interacciones hidrófobas. Tanto los péptidos
Og-
lll
C.C
,/ / ¿__> ,/-: +
NN
tt
H¡1
Figura 5-7, La esüabilización, por resonancia, del enlace
peptídico, confiere un carácter parcial de enlace doble, y por
esto, la rigidez, del enlace C-N.
Cuadro 5-1 . Valores aproximados de la pK
de los grupos disociables de los péptidbs
Carboxilo no-ü del aspartato o glutamato
Grupo «-amino (no en la prol¡na)
Tiol de la cisteína
Grupo o-amino (de la prolina)
Hidroxilo fenólico de la tirosina
{

55. r':
TI
tg¡ra5{- Dimensiones de una cadena polipeptídica com-
*hner¡bextendida. Los cuatro átomos del enlace peptídico
(mbrazul) son coplanares. Los átomos no sombreados son
dddc-carbono, o-hidrógeno y el grupo cr-R del aminoácido
partiolar. La rotación libre puede presentarse alrededor de
los enlaces que conectan el o-carbono con el o-nitrógeno y
las funciones s-carbonilo (flechas azules). Por tanto, la ca-
dena polipeptídica extendida es una estructura semirrÍg¡da
con dos tercios de los átomos del esqueleto retenidos en
una interrelación planar fija entre sí. La distancia entre los
áfomos de los o¿-carbonos adyacentes es de 0.36 nm (3.6 A).
También se muestran las distancias interatómicas y los án-
gulos de enlace, que no son equivalentes. (Redibujada y
reproducida con autorización de Pauling L, Corey LP, Branson
HR: The structure of proteins: Two hydrogen-bonded helical
configurations of the polypeptide chain. proc Natl Acad Sci
USA 1951;37:205.)
como las proteínas (capítulo 6) requieren conforma-
ciones específicas para su actividad fisiológica. La con-
formación de un péptido nativo está determinada por
su secuencia de aminoácidos, y refleja el efecto neto
de todas las interacciones no covalentes entre los resi-
duos de la cadena. Las conformaciones más frecuentes
incluyen las helicoides o dextrógiras compactas y las
esuucturas
B
extendidas, de hojas plegadas paralelas
1-
antiparalelas (capítulo 6). El plegamiento de la ca-
dena peptídicafalvez se lleva a cabo al tiempo de su
sÍntesis en los ribosomas (capítulo 40).
SECUENCIAMIENTO DE
I.AS PROTEÍ UES: DETERM I NACIÓN
DE I.A ESTRUCTURA PRIMARIA
La comparación de la secuencia
de los péptidos revela residuos
cn¡ciales y relaciones filogenéticas
I-a mmparación de la estructura primaria de una pro-
teína determinada, proveniente de organismos con
vinculos distaotes, revela que un número pequeño de
residuos de aminoácidos pernanece invariable entré
las especies. Estos residuos conservados, que suelen
curnplir funciones fundamentales, dan tndrcrc,>
'.
.: ..
sobre la fbrma en que una proteína puede ser r: .' -
parte del citoesqueieto. co111o acarreador de el¡... -
nes o como catalizador.
E1 grado de variación de los residuos no co11Se11 ;* - r
de una proteína determinada entre las especies prrr1.¡ --
ciona indicios sobre Ia divergencia de las misnras ;,.-
rante la evolución. Las relacione s evolutivas ce rci,lli¡:
se correlacionan con un alto grado de similitud de i,,
secuencia; las relacioncs r.r,ás distantes se correlacionat:
con mayores dif-erencias en 1a secuencia. Esta relacit¡r-,
se documentó por prirrera vez para el polipéptido tbL-
mado por los rcsiduos I0.1- I I I del citocromo c que es
un acarrcador de electrones, y resulta válida para r-rn
número cada vez mayor dc protcínas.
La comparación de secuencias puede inl'erirse de
las secuencias de1 DNA contcniclas en las bases de da-
tos a las cuales se tiene acceso en ltúernet. Por ejernplo.
véase el sitio del |iaÍir¡ttul Center Jbr
Bi.otec'hnolog
Information en http://wrvw3.ncbi.nim. nih.gor,. Los
avances recientes en el secuenciamiento de genomas
completos, en particular de genor.nas procariotas, han
gcncrado vastas bases cle datos de las secuencias del
DNA. Por ejemplo, véase hltp:i'lrvrvw. tigr.org/tdb,
mdb/r¡db.html. La Lrtilidad de estas bases de datos se
mejora rnediante programas de compr-rtación que com-
paran el DNA recientemente secuenciado, con las
sccr¡cncias cxistcntcs cn las bascs de datos dc todo el
mundo, y ef'ectúan las asignacior.res provisior.rales de
las proteínas codil'lcadas inferidas.
purif¡can antes
La información del secuenciamiento de los péptidos
sería imposible de interpretar, a menos que la homo-
geneidad del péptido, valorada mediante EGPA-SDS,
excediera de 95Yo. Por tanto, los péptidos deben puli-
ficarse primero, mediante técnicas convencionales de
purificación de proteínas (capítulo 8). Para valorar 1a
eficiencia de un protocolo de purificación debe deter-
minarse la pureza de 1a muestra después de cada opera-
ción. Si el péptido de interés tiene alguna propiedad
que io distinga
-p.
ej., actividad catalítica, espectrrr
de absorción distintivo, capacidad para interactuar
con un anticuerpo específico dicha propiedad per-
mitirá su identificación. Los geles, nativo y de polr-
acrilanida SDS, poseen gran poder de resolucrtn.
son rápidos y fáciles, aplicables al análisis de mú1t4r1:.
muestras y dan una medida visual de la ef,rcienc,a c¡
esquema de purificación.
For lo genera¡ se d@terffiina úi'im-orc
la eornposición de emir:úáo;oos
La composición de amrnoácrdos de uir:::. -
-- - -
determinarse antes de iniclar el secLra:a : : .-
Los péptidos se
del análisis
.
l-*.-
_

56. 48
id"Scar ry=bles
equivocaciones y verifi car después
la mfirrmación sobne el secuenciamiento. primero
se
rompen, porhidrólisis, los enlaces peptídicos que unen
o,N
los residuos de aminoácidos. Oespúes, los aminoácidos
liberados se separan e identifican mádiante ¿iAR
"cromatografia de intercambio iónico.
(Capítulo 5)
HR
il
-N-CH-COOH
F"
No,
nmana
ediante la técnica
e Edman
.
Ningúnprocedimientohidrolizaporcompleto
los
péptidos sin que haya alguna pérdida. pl
m&odo de
elecclon consrste en la hidrólisis de muestras replica_
das en HCl 6N a 110
oC,
en tubos de vidrio,"firá",
"fvacío, durante 24,.48.72 y 96 t orur. ert" p-..ai_
mrento destruye todos los Trp y las Cis, y en piesencia
de rones metálicos, se pierde algo de Vét v ¿e Tir. La
¡ecune.rggig1
de la Ser y la Tre el incompléta. Los en_
Iaces Val-Val. Ile-Ile, Val_Ile e Ile_ül son mu\-
resistentes a la hidrólisis, en tanto que Ia Gln
-v
la A"-n
se desamidan a Glu y Asp.
¿De qué manera se resuelven estas dificultades?
Antes de la hidrólisis, la Cis se oxida a ácido cisteico-
un derivado ácido-estable. El Trp se mide despues de
la hidrolisis básica, un proceso que destnn= u t lr..
arg y Cis. Los datos sobre Ser v Tre se éstrmolan aI
ln R
^{ll
o,N{
)-N-cH-cooH
\:./
Fqura 5-€. Reacción de un aminoácido con el 1_fluoro_2,4_
Éikobenceno (reactivo de Sanger). El reactivo se Jesigna
:n
hTrq det bioquímico Frederiók Sanger, láuiáo con er
Preni¡ rtuóet en 19S8, quien Io utirizdpááüe-teiÁinar
ra
esnturia primaria de Ia insulina.
LA estructura p
se determina m
automat¡zada d
Sanger fue el pr¡mero en secuenciar
un pol¡pépt¡do
-, - , :¡ rr\iaiilittes v los
_ r -.-.. .r:l;.Ltlliu.otfigtu.a5 i0).
- :.- l.i>ls.
Más de cuatro decenios han transcruriclc¡ des,l: :,-rr .<,
^ - Fá
farger ¿.t.r-i* io
"ri*.*ru
primada. comntet¡. ,j¡ ::;:
-^
"
-ptioos grance§ §e es*;nd€n
lchonnonapotipepridicai,,,rlirl.rilnl.;;;:i;;
.'
e-::s l3 sec-enciann!ento
!!nsi.t
io en. separar.pri mero las dos cadenr:
¡ol i¡ -,¡r. -
dtcas, A y ts de la insulina. y convefiitlas.'-.áj.,r,- L:> :.-,.:',!'lltLrsparael secuenciamientoautomático
escrsión énzimática específróa, ." pép;iá;. ;;.;.:
'- - -.; , ,i..res ) operan con mayor elicacia sobre los
$Ytlgtque-co-ntienenregionesdesecuenciatra.tupri, ; --l . 'coll rina longitr-rd áe 20 a 60 residuos.
Mediante. f -iluoro-2,4-dinitrobenceno
1ng.r.á !-9 ). f..'
. ''
:¡.-':b1e ia escisiól específica y completa en
liberó.e.identificó, uno por uno, tos re"siAuos áe
l,rs :.-'.,i .Lrmpal'ativamente poco tiecuentesl los
aminuicido" desde el extremo amino lenninul J. lá.
-:. - - '
.l.licnrcs
satislacen.rr.,..q,,iri,o
péptidos. ,A1 comparar las secuencias de los pépticlos
traslapados pudo deducir una estructura irimaria A. Bromuro de cianógeno (cNBr)
ineqlrívoca para 1as cadenas A y B. Los :¡.rdur¡s de cisteína se modifican primero con ácido
Dos técnicas posteriores revolucionaron la deter- r od¡¡cerrir¡. Después, cl cNBr escinde el lado cooHminación de Ia estruct,ra primaria de los polipéptidos ¡.1; i--;'i"io ,r., que la Met es comparati'amerre
(proteínas)' La primera consistió en la introdricción poco iiecuente en los polipéptidos, esto suele generarpor Edman en 1967, de.u, procedimiento para la re- ii.g;r;;a;eptídicos
en el inter¡alo de los tamaños
moción y la identificación sécuenciales y automáticos deseados.
de los residuos de aminoácidos del extremo uniiro, uri
como de los derivados de feniltiohidantoína. La segun_ B. Tripsina
da fue la introducción independiente, por sanger ypor Esta enzima escinde sobre el lado cooH de la Lis y laMaram y Gilber-t, cie las iécnicas paia el ,"i.r"róio Ád i;;Ji.on pri_..o los resicluos de Lis con anhí_miento rápido del DNA. En la actualtdad, la estiategia ¿.iio .,tr*inico
lreacción reversible) para cambiarópti.a utiliza ambos criterios de modo simult¿neo.
su carga de posrtrva a negativa, la tripsina sólo escinde
7
-ul
/
\

57. PeptLrt,, ,
--
..:
-/,
JNI
so"- 'i
)
c
FO HS X
tNH
,/
o*\
= ; - - 5-' C, *a escisión oxidativa mediante ácido perfórmico
- - -1'-. ie as cadenas polipeptídicas adyacentes uni-
:: : : - :r aces disulfuro (sombreados), o la escisión
':
- , -' -'z mediante
B-mercaptoetanol
(derecha), forman dos
,::: :,s que incorporan residuos de ácido cisteico o de
'e s pectiva menle.
, ::-
j-, g. La delivación de los rcsiduos de Arg es
: - . ,.1.1. debido a la abundancia relativa de los resi-
-.. ) r J Lls. sin embargo, tiene utilidad en la escisión
- . - J: ,.r:rti de los fragn.rentos producidos por cl CNBI.
C o-Yodobenceno
:.r ::!-iltde los residuos Trp-X. comparativamente
- . ;:¡cuentcs. No requierc la protección previa de
. :.'tll¡S reSlduOS.
D l'lidroxilamina
- : .i- :-l: ios enlaces Asn-Gli, comparativarlente
, r.,,.-']lt3s. si bien, por 1o general. no en magni-
'.
.: -, -.-..:-.r.l.-¡blcs.
E, Proteasa V8
-: :1:-ateiiSil \'l Cle Sfrry;ft_t,lococcus oltreus CSCittde los
r-':,t]iirri Lreptídlcos Glu-X. de prcferencia donde X es
:-r:-¡,iirb,.¡. Los enlaces Glu-l-is resisten la cscisión.
,
-, :',':r¡cirin es úti1 para la degradación subsecuente
- - r-:--ilrintos obtenidos rnediante CNBr.
-- - s'ólisis con ácidos débiles
mmiam¡ento requ¡ere
múlüplcs digestiones
ones del polipéptido original, nor-
endo sn Met, Trp, Arg y Asn-Gli,
combinadas con las subdigestiones adecuadas de los
fragmentos resultantes, suelen permitir la determina-
ción de la estructura primaria completa del polipéptido.
Con excepción de dificultades inusuales e'l la puri-
ficación de los fragmentos, ésta puede lograrse con
pocos micromoles del polipéptido.
LOS PEPTIDOS MEZCLADOS
DEBEN SEPARARSE ANTES DEL
SECUENCIAMIENTO
La purificación de los fragmentos se logra, sobre todo,
mediante filtración en gel en ácidos acético o fórmi-
co, mediante cromatografia líquida de alta resolu-
ción (CLAR) de fase inversa por cromatografia de
intercambio iónico sobre fosfocelulosa o sulfofenilo-
Sephadex en soluciones de ácido fosfórico.
Los péptidos pueden separarse
por cromatografía o electrofores¡s
A. Cromatografía de intercambio iónico
y electroforesis de alto voltaje (EAV)
Estas técnicas (capítulo 4), que separan con base en la
carga, se aplican a los polipéptidos de bajo peso mo-
lecular y a los aminoácidos. El valor de la pK para el
grupo ácido cx-carboxílico de la terminal carboxilo de
un polipéptido, es mayor que el del grupo cr-carboxi-
1o en el aminoácido correspondiente (es decir, e1
COOH peptídico es un ácido más débil). A la inversa,
el grupo cr-amino de la terminal amino es un ácido más
fuerte (posee una pK menor) que el aminoácido de1
cual se deriva.
B. Filtración en gel
El secuenciamiento automatizado utlliza cantidades
pequeñas de polipéptidos grandes (30 a 100 residuos).
Sin embargo, muchos polipéptidos desnaturalizados
de alto peso molecular, pueden ser insolubles debido
a la exposición, durante la desnaturalización, de los
residuos hidrófobos anteriormente ocultos. Si bien la
insolubilidad puede superarse con urea, alcoholes. áci-
dos orgánicos o bases, estas sustancias restringen el
uso subsecuente de las técnicas de intercambio iónico
para purificar el péptido. No obstante, la filtración eB
gel de los péptidos hidrófobos grandes, puede reali-
zarse en ácidos fórmico o acético entre I y 4 molar, Esta
técnica separa moléculas de diferentes tamaños con
base en la exclusión o inclusión de éstas en los
F¡orLrs
de un cedazo molecular como Sephadex.
C. CLAR de fase inversa
Una técnica poderosa para puriiicar péptido: úc!-¡tL
lares de alto peso molecular es la cromatograña trl-
da de alta resolución sobre un soporte no E§*e-¡ tr
,n
"1
H
Y
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nralir¡nr: ..- : ,
1*

58. (Capítulo
-51
elucirrt ::::i.:-¡it; s¡
-.::-.;¡
::,,.::¡ rCL-{R. i; ::¡.
l11\;¡- ,. I .:.::r'-::.-i . .:.:,.1;.tr'il en ¿Cl Se Llilrll*l
juntas pr:e ¡Linr-r..ri ,as mezcias cornplejás de péptirios
resulta:¡es de 1a drgestrón parcial de las proteínas.
D. EAV sobre filtros moleculares
Para tacilitar la separación, se puede emplear 1a fi1tra-
ción molecular junto con la separación por la cargir
Aunque se usan almidón y agarosa! el soporte nt.r.
frecuente es un polímero de acrilamida con enlar-3:
cruzados (CHr:CH CONHr). Para la electroforesis
en gel de poliacrilamida (EGPA), las soluciones j:
proteínas se colocan en tubos o placas de polir,:--.*-
rnida arnortiguada. con 2 a l0oo de enlace: . r.ir,z; j
mediante la inclusión de metileno bisacrilantid¡ : .
(CH.:CH-CONH:)2 CH2, o un reacrilo ::n-.:-.- :.
entrecruzamiento. A continuación, se aplica .-iir ;r .:
directa. La visualización se realiza mediant¡ i : ..
con azul de Coonrassie o con Ag . Una lanant; : -:.- _
es la EGPAbajo condiciones de desnaruraliz:: , : _ _-
proteínas se hierven, y después Se Sort-rir- -: . .: .: -
foresis en presencia del desnaturalizanie d.-:=: ..,- __.
sódico (SDS). La molécula dc calgit :-:.:. : ,.-.--
(CH2)
r 1-SO,2, recubre los péptidos
.'e,.r,,,,..
..,: :,..¡ . .
aproximada de un SDS por c.rda dtr: ir.t;.3: t3l . -
dicos. Esto "ahoga"
lu carga n¡rir ¡ Je J-i ¡r,.i. n., ..
.
conviefie en ñtertemente negatila. Por tanto. las .;-
paraciones subsecuentes se basan. pnncrpaln-rente. eit
e1 tamaño molecular. La EGP-\-SDS se usa alnplir-
mente para determinar 1os pesos moleculares de 1r¡s
péptidos. por la con.rparación de 1as rnor ilidades con
1as de estándares de pesL) lnolecular conocido.
En e! secuerriam¡enic se +inpiea
!a reaeción ee Edman
El secuenciamiento automatizado utiiiza el reactivo
de Edman, el fenilo isotiocianato. A diferencia de la
técnica de Sanger, el criterio de Edman deja intacto el
péptido modificado, después del retiro del residuo N-
terminal. Esta característica revolucionó e1 secuencia-
miento de las proteínas. La secuencia de la reacción
(figura 5-11
) libera el aminoácido de la teminal amino
como un derivado feniltiohidantoinico e1 cual, a conti-
nuación, se identifica mediante CLAR.
posteriormente,
se deriva y retira el siguiente aminoácido en la secuen-
cia, y el proceso se repite. En una operación continua
se determina una secuencia de 30 a 40 (o en ocasiones
de 60 a 80) residuos aminoacilo. Las reacciones de
Edman proceden ya sea en una película delgada sobre
la pared de una cámara de reacción en una cubeta de
centrifugación, o bien sobre una matriz sólida, a la cual
se acopla, de manera covalente. la terminal carboxilo
del péptido. El secuenciamiento en fase gaseosa, una
técnica de fase sólida, utiliza reactivos gaseosos y faci-
lita la remoción de los productos gaseosos. Los métodos
de secuenciamiento en fase sólida se aplican a canti-
9"*ryn-
..]].-Nl
/
\.-
"\"/\*
HIA
Fenilisot¡ocianato (reactivo de Edman)
y un péptido
I
I
I
Y
Z\
lls
til
\.-/n
"l
9nI
. .N- -\
'N/ \¿ -
-R
H{a
Un ácido feniltiohidantoico
H+, nitro,
metano
>H O
Y
l'rlS
I 11 -r-\_./ -N- -NH
ll
,-A
u-
'R
o
) -NH,
'N-
'-
*l
Una fenittiohidantoína y un péptjdo
con un residuo menos
Figura 5-1 1, Reacción de Edman. El fenilisotiocianato for-
ma ácido feniit¡ohidantoico al reaccionar con el residuo amino
terminal ie un péptido. El tratamiento bon ácido en un sol-
vente no hidroxílico Iibera una feniltiohidantoína, que se
identifrca en seguida mediante su movilidad cromatográfica,
y un pép:ido acoñado en un residuo. A continuacjón se repi-
te el proceso.
dades mu¡ pequeñas del péptido algunas veces tan
escasas como 1
!t_s.
Eeben secuenciarse varios péptidos
que se sobreponef]
Tener la secuencia de todos los péptidos obtenidos de
un polipéptido mediante CNBr no proporciona su
S
il
_o
N'
t
j
{
ü
E
7
L-

59. .
"
- -' - - : -i
i Jonlpleta, ya que se desconoce el
-
r ¡ r -: - . - t.,trn de dichos péptidos en la proteína.
-.- r :- :. :::. ¡rl-pararse con técnicas (p. ej., digestión
-
-
- - - -::.:>ina) que escinden la proteína en sitios
- ;r:r.:: i .rrs residuos Met. péptidos adicionales cu-
,: .::r::-:tllas atrillo Y carboxilo Se traslapen con las
- -.::,.rr',licltres de 1os péptidos obtenidos mediante
-
"
3:.
'.
i¡slu.-s d:.¡e:t .ecuenciarse clichos póptidos.
- . r ;:.,r .
-
. a,:'::-.,a:.':. t¡r,rede dedUCirse una estrllctura
-r' .::.,: t,--. .
- :-:.':!,i1acomparacióndelassecuen-
- ,i r:r - ,,:: .' ::,-,,-3so análogo al ensamble de un
' ---.:- : .:,. r-'.-,,,.Jesien'adevaivén(figura5-12).
- ,- . :itlaces disulfuro. los péptidos pro-
-:--: >i scparan mediante cromatogra-
, - - - i' :r. ,,-i1e S. o electrofbrcsis y cromatografia
,-- -:rir:r. La visualización con ninhidrina
-:r rirrs adicionales en la proveniente de la
- -, ::.-:l¡. f'on el conocirnicnto de la estructura
-- - -:
:s¡Lr: péptidos es posible inf-erir las posi-
. -. -: -. ¡nlaces disulfuro.
- -; -;:-.-ir:ai&il]irií].t*c ti*i ¡:épti,:r:
, :: -,
.,,':. €5i'r tt*clnis**
,- =,= (:.-'
-
. :
=:_-.'.
1:;,:l
> r -: ., sencillez y 1a velocidad del secuenciamicnto
,..
-l-
r capítulo 42) revolucionaron la manera co11to
.-
-: .:::rjn¡ut las estructulas de los péptidos, 1os se-
. - - - .:r::.utos de los péptidos y del DNA son técnicas
- : :
-:,-'niarias.
en lugar de mutuamentc exchiyen-
- . t.r . r,lt cict'tas r entajas.
-
::rt!r quc la estructura primaria de las proteí-
. -, rr: .r¡.lucilse mediante el secuenciamiento de
.
-: .. -:'-:¡ L:rs codifican, el secuenciamiento directo
-- : 1 i-tit..,t pelrlanece como fundamcntal pa.ra cl
.- j i : ::i:,..Jtr-1ro1. El secuenciall1iento del DNA no
- -;r; i;..:::r Il posición de los enlaces disuifuro, o la
ri;:¡rr..,: r1e nlLnterosas modificaciones postraduc-
- : ,,..-: ¡dicionalcs. Se dispone de los codones dc los
'- : ::e. r de las lnolóculas adecuadas del IRNA sólo
Péptido XPéptido Y
Porción de péptido
Y de la terminal
amino
del péptido Zseuliliza para deducir
Cos X y Y en la proteína original en
en el sentido Y S X.
para los 20 aminoácidos más frecuenres. F,-: ,.- :
secuenciamiento del DNA no puede re elri -: rr::: - -
cia de prolilo, hidroxilisilo, o de un huéspec r:i :
-
isoprenilado, losforilado o esterificado. rr ii -.. :
residuos aminoacilo modificados despues de r. ..,-
ducción, que desempeñan funciones esenciai:s ;-
proteínas específicas. Así, la técnica de Edman e':. ;.
fundamental para la determinación estructural d¡ n -. -
tidos y proteÍnas.
Si bien el secuenciamiento de los péptidos no pr.-
senta estas desventajas, muchos péptidos son ob,lctc
de uno o más eventos de procesamiento proteoiitict
postraduccional. Por tanto, el secuenciamiento del DN-i
es una ayuda importante para la detección de los pre-
péptidos y prepropéptidos lábiles, impofiantes tr, 1a
catálisis (capítLrlo l0) o en el marcado de péptidos para
su ubicación en organelos si¡bcelulares específicos.
ta cspeatnornetría de masas se puede
xtülirar flere ei seeucRo¡árnier'¡to
de §q¡s p*ptidos
El bombardeo atómico rápido (BAR) acoplado con la
espectrometría de masas (EM) en dos espectrómetros
de masas entrelazados, proporciona una vía opcional
para cl secuenciamiento de los péptidos con longitud
aproximada hasta de 25 rcsiduos. El BAR de un pép-
tido, disuelto en glicerol, mediante átomos de xenón o
argón, forma un ion peptídico con carga positiva. E1
primer espectrómetro de masas limpia el ion peptídico
de los iones contaminantes, y lo transfiere a una celdi-
lla en la que colisiona con átomos de helio. Debido a
la energía absorbida, el ion peptídico se fragmenta
desde ambos extremos y fbrma múltiples iones de ta-
maño decreciente. En el segr.mdo especffómetro de masas
se determinan, a continuación, las masas molecularcs
de estos lragrnentos iórricos.
La comparación de los iones de masas sucesir a-
mente crccientes pemite identiñcar todos los fi'agmer.r-
tos arninoacilo, y la secuencia del péptido completo. Lil
EM-BAR operada por computadora es rnuy rápida.
no requiere de péptidos muy purificados, identilica 1os
residuos con modificaciones postraduccionales
1..
a dl-
ferencia de la técnica de Edman, puede secuenciar 1. .
péptidos con terminales amino bloqueadas (p. c1.. ar:-
tiiadas). Comparada con el secuenciamiento alanz¡J,--
de Edrnan, el defecto principal de la EN4-B-\R :.¡ -
ca en su alto costo; sti principal ventaja es 1a sL,rn ...-
locidad.
Criterio actual para el secuenc¡a
de una proteína
La clonación de un gen requiere oligonucle
téticos de 19 monómeros, o mrís grandeg qu
Péptido Z
-|-
e, a-::- ' -l

60. 52)..
(Capítulo 5)
!i.'!.rr- -.:> :::::_--J.1> Jr- f,ntiitoáCidos en la prOteína
¿: -:,,; ;. -.,:-:-tr¡, -il r. E1 diseño de estos oligonuc[eó-
i.ct: ri-:--iri r;]litnl]ación parcial de 1a secnencia de
, ¡,. -.ir t:.¡,:c r,los. 1a cual puede obtenerse a parlir cle can-
¡r¡¡ies notablernente pequeñas de proteina. Los
:e.uenciadores de proteínas y los espectrómetros de
nrasas pueden secuenciar tan poco collto ut1 picomoi
i I 0
rr
mol) de proteína. Para un péptido de PM de 50 000.
1 pnrol es sólo 50 ng (50 -
10
e
g). Estas pequeñas
cantidades requieren un cuidado extremo cn su mane-
.jo, ya que se adhieren a casi todas las superficies,
inclusive al Teflon. Los volúmenes deben reducirse ai
mínimo. y evitar. en lo posible" las transt-erencias. La
purificación utiliza columnas cromatográficas con I mL
o ftrenos de material ernpacado. No se recomienda la
diálisis para intercambiar amortiguadores, porque las
membranas c1e la diá1isis enlazan las proteínas. Un pro-
tocolo reprcsentativo de puriñcaci(tn utiliza la carga. la
hidrofobicidad y el filtrado molecular, para trcs separa-
ciones sucesivas que evitan la concentración o la diáiisis.
La muestra se aplica a una columna de intcrcambio
iónico. Después dc la elución. se agrcga sal a 1as fi-aecio-
nes activas para perrnitir que la proteína sc adhiera a ur.r
soporte de interacción hidrófobo elr una scgunda co-
lumna. Las fraccioncs activas provenientes de esta colutn-
na" son objeto de cromatografia de exclusión por tanta-
ño. LIna vez quc se dispone de cantidades nanomoiarcs
de 1a proteína pulificada, se utilizan 1os procedimien-
tos ya esbozados para determinar la estr-ncil-u"a printaria
mecliante una combinación de tecnologías de DNA y
proteÍnicas. La composición de at¡inoácidos de una pro-
teína. guía la selección de r-rn método para escindirla
cn péptidos de 20 a 25 resicluos aminoacilo. Ci-rando
se desconoce la composición de aininoircidos, un
nanornol dc la proteina se cscinde en los residuos Iisilo
o glutamilo (cuadro 5-2). A continuación se separatl
los péptidos resultantes mediante CLAR de f-asc in-
versa. Los péptidos obtenidos se detectan con base en
la capacidad del enlace peptídico para absorber la luz
r-rltravioleta en el intervalo de 220 a 230 nm. Después.
el rraterial de todos los picos simétricos se somcte a
secuenciamiento pclr el método dc Edman. Los picos
con péptidos útnicos proporcionan información ade-
cuada para el diseño de las sondas de oligonuclcótidos
destinadas a 1a selección de las clonas dc cDNA. a
partir de una biblioteca de cDNA. A continuación, sc
procede a1 secuenciar¡iento del cDNA selcccionado
(capítulo 42).
Con frecuencia. las proteínas eucariotas son ob-
jeto de procesamiento proteolítico o modiflcaciones
postraducci ón (p. ej., gl ucosilación, metilación, fbsfori-
lación)" todo 1o cual no se revela con el secuencia-
nriento del DNA. Para detectar estos cambios, cerca
de 1 nn.roi cle 1a proteína se escindc en péptidos de -5 a
50 rcsidur¡,s. La escisión cntre los residuos dc cisteína
identif-rca 1os peptidos riniclos por enlaces disulfLro.
Cuadro 5-2. Especificidad de métodos
de escisión enzimáiica selectos
Despr,rés de la separación de los péptidos resultantes
mcdiante CLAR. se analizan las fi-acciones de 1os picos
a trar,'és cle EM-BAR. La crxnparación de los pesos
rnoleculares de las masas iónicas obserr.,adas c1c un pep-
tido con las predichas a partir dc la secuencia. da indicios
de las posibles modificacioncs postraduccionales.
LOS PEPTIDOS PUEDEN
SI NTETIZARSE MED¡ANTE TE
AUTOMATIZADAS
Los péptidos sintetlzaiios qrlimicamente sirven como
fármacos o aditir rrs ail:renta¡ios. La capacidad para
sintetizar conj',rni.rs de peptidos similare s, cuya estruc-
tura primaria ditlere só1o ligerar-nente, pennite pro-
fundizar en e1 conocimiento de la inter:relación entre
la estructura de1 póptido y ia actividad biológica.
La químtca básica de la síntesis peptidica, desaro-
llada a fines del srglo xIx por el químico alemán Emil
Fisher, proporciona Ios elementos para la activación
de los grupos carboxilo, y la adición v e[ retiro de los
grupos de bloqueo que evitan las reacciones colaterales
indeseables. Muchos años después, Bruce \,lemifield
(Premio Nobel, 1984) revolucionó las técnicas de la
síntesis peptídica, al desarroilar 1a síntesis de péptidos
en fase sólida. La técnica automatizada de \,{errifieid
permite obtener péptidos sintéticos
-qrandes
en periodos
coftos, y dio inicio a un renacimiento de 1a quíntica de
los péptidos.
Síntesis de péptid*s
em fase sólida
La figura 5 l3 ilustra 1a síntesrs de un dipéptido A-B
representativo (en e1 cr-ra1 A es la terminal amino y B el
residuo aminoacilo de ia teuninal carboxilo), mediante
la técnica en fase sólida de Merrifield y resume las
'10 a 15
l
I
I
I
.l
i
I
I
-
\

61. F---_ql
r-t
{3t
aw
4) Rerrover el grupo de bloqueo de -¡r- -:. -
-
ácido trifluoroacético (TFA, F,t' Ct-ti - - . '.- ,
peratura ambiente.
Nota: En lapráctica, pueden ornitirse las er¡:'- .'
4, porque en el comercio se dispone de :;. .,
con cualquier aminoácido ¿-BOC conectadcr. ¡ ::'-
vés de un enlace éster a una molécula ''de enlr.:
de fenilacetamidornetilo (PAM), a la resin¡ c:
poliestireno.
5) Condensar el grupo carboxilo activado de1 I-BOC -
B con el grupo amino libre del A inmóvil.
6) Remover el grupo de bloqueo I-BOC con TF-\
(véase etapa
zl).
7) Liberar e1 dipéptido A-B de la partícula de resi-
na. mediante el tratamiento a-2uC con ácido flr.ror-
hídrico (HF) en diclorometano.
El logro inicial de la técnica de Merrifield consistió
en la síntesis de las cadenas A y B de la insulina, y de
la enzima pancreática ribonucleasa. Las r.nejoras
subsecuentes han disminuido el tiempo necesario para
1a síntcsis, y han incrementado significativamente ia
recuperación. Esto lia generado nuevas posrbilidades
para lii producción de vacunas y hormonas polipeptí-
dicas, y abre la posibilidad dei tratamiento de errores
innatos del metabolismo selectos.
RES[JfudEN
Los péptidos. fonr, ados por la pérdida de agua entre los
grllpos carboxilo y amino de los aminoácidos, se deno-
minan según el número de residuos de aminoácidos
presentes. Su estructura primaria (el orden de ios re-
siduos de aminoácidos listados desde la terminal
amino) detcrmina la actividad biológica y las confor-
maciones. Los póptidos pequeños pucden contener
enlaces peptidilo no-cr y aminoácidos inusuales. Como
polielectrolitos. los péptidos pueden separarse me"
diante técnicas cromatográficas de irtercambio ióuico"
y electrofbresis.
Ei carácter de doble ligadura parcial del enlace
entre el carbono COOH y el nitrógeno de un péptido.
conviefie en coplanares a cuatro átomos del enlace
peptídico. Esto limita el nirmero de confbrmacion,'s
posibles del péptido. Las conformaciones en rlna sLr-
lución se constriñen más por ias fuerzas no-covalentes
La composición de aminoácidos de los péptiiit.
purificados se determina después de la hidrólisi. ¡.,-
da. y requiere corrección por la pérdid¿i de cr:n¡.
aminoácidos. La detenninaciim c1e 1a cstructur:, :'
maria utiliza las técnicas automatizadas de Ednr.r . -. , ,
pucdcn secuenciar unos cliantos prcorloles cl¡ '.. '
-
pr-rrificado. Primero se osrlan o reclLrc¡n l . ,
disulfuro. Los péptrdos grande s. ,\c !-s.lr .,:
'
:
dh»
+ W///,4
<@
= gura 5-13. Representación de la síntesis de un dipéptido
-=: ¿nte la técnica de síntesis en fase sólida, iniciada por
' ':--'leld. (N, terminal amino; C, terminal carboxilo.) Véase
: .:iio para la explicación de los símbolos.
reacciones requeridas para sintefizar un péptido de
cualquier longitud deseada. Las etapas son:
1) Bloquear las terminales amino del aminoácido A
(en blanco) y del aminoácido B (sombreado) con
el grupo ¿-butiloxicarbonilo (/-BOC) (r):
I
(cH.).-c-o-c-
para formar r-BOC-A y /-BOC-B.
2) -{ctir-ar el grupo carboxilo de r-BOC-B con dici-
clohe¡rilcarbodiimida (DCC) (<(
)
:
qH"-N:C:N-C.Hu
3) Hacer reaccionar el grupo carboxilo del amino-
ácidoA(que se convertirá en el residuo carboxilo
terminal del peptido) con una resina de poliesti-
reno activada e insoluble (@).
-l-4-L
,--*---rhh
/L*_____y/..:4
,/
---- -- -- - -w
{ü
.--------db^
'iiil
7////,4
---w
t:-l
N c

62. -ij
lCapírulo 5)
: - - l: - -: --::
: _ :l .: :i jail
OS COüO el CNBf. y
: - j:' - - :: - .:t.;: :3 ¡unl-Ican por flltración en
-:
: : , ._r _icion. dichos péptidos pueden
r- : -
.: . I :-:r:itinal carboxilo aun sopofie sóli_
, r:r- :- .t:r ei secuenciamiento. Las operaciones
-,. :. -:l:> :ubsecuentes involucran química líqui-
-: r:.:.i.os \,productos gaseosos que facilitan la
::- -':r::!-tón y purificación de la muestra. por
lo ge_
. i, pricde secuenciarse, sucesivamente. hasta 40
.;'>iduos amino terminales. para
determinar el orden
iei ensamble de los péptidos secuenciados en el
polipéptido original, 1os péptidos resultanres, con resi_
dlros que se traslapan, se secuencian mecliante diferentes
técnicas de escisión. Este criterio tipico se ha sustifuido
por una cor¡binación de clonación y secuenciamicnto
del DNA, EM-BAR y la aplicació,ili,r-,itrdu de la téc-
nica de secuenciamiento de Edman. por
tanto. 1os
secuencian,ientos dei péptido y del DNA son técnicas
complementarias, no mutuamente ercluyentes. Las téc_
nicas automatizaclas tambien per-rniicn la sintesis
inequívoca de péptidos de estmctura primaria conoci_
da y actir.,idad biológica cor.npleta. r
REFHREruC¡AS
Allen G: Sequencing of proteins and peptides. ln: L¡tbora¡tt-
ry Techniques in Biochemi,ttt.y ancl Moleculttr Biolog_r.
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Wilson KJ: \.ficro-level protein and peptide separaiions.
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r
L

63. Proteínas: estructura y función
Victor W. Rod¡vell. PhD
a¿"ré.u r
JVV!*rA
-. -:::,-rerísticas comunes a todas las proteínas in-
- -. :". -.:s restricciones impuestas a su conlormación
: -. enlaces covalentes y no covalentes. Este capí-
- .lmenta ias estructuras secundaria, terciaria y
- -..=::raria de las proteínas, con énlasis en las fuerzas
:: ::riizadoras de estos órdenes superiores de la es-
.-.:Llra y en los métodos físicos utilizados para
.',..llrinar dichas estructuras. Los tópicos principales
,:¡lLn'en la hélice cx, la hoja
B. el giro
B y el asa; la
::rancra en que estas características estructuraies se-
¡ -lndarias fbrman los dominios y la estructura terciaria,
'.
ei ensamble de los polipéptidos en las subunidades
:r' las ploteínas oligoméricas. Asimismo, se examinan
.,>
"
i¡rs por las cuales se estima que tiene lugar el ple-
_.:::rienfo de las proteínas, y la participación de las
: :-,:e¡oninas y de otras proteínas accesorias que faci-
'::
del plegamiento rápido y correcto in yivo. Si bien
:i .aracterísticas y los cornentalios antes mencionados
,..r siempre resultan válidos para todas las proteínas,
::-rsten proteír.ras específicas que pueden presentar es-
:.Lrcruras secundaria y terciaria únicas, las cuales le
: !r11t-1eren propiedades para satisfacer funciones bioló-
,:lcas específicas. La estrecha relación entre la estruc-
.,¡ia de la proteína y las funciones biológicas. se ilustra
..n dos proteínas f,brosas que tienen una función es-
:n!-tural: la fibroína de la seda y la colágena. En los
::'..itulos subsecuentes se amplía la estrecha relación
;:r:r.' 1a estmctura y la función en las proteínas glo-
:-.-:r.:s rliosiobina y hemoglobina, así como en las
': -
.: :r-rs ¡atalíticas conocidas como enzimas.
i h4 PÜP.TAN C IA E I OF..4 Éü i CA
Los miles de proteínas presentes en el cuerpo humano
realizar funciones demasiado numerosas para presen-
tarlas en una lista. Una de dichas funciones es. servir'
como acarreadores de vitaminas, oxígeno y bióxido
de carbono; además, desempeñan funciones estructu-
ral, cinética, catalítica y de señalamiento. Por tanto, no
resultan sorprendentes las considerables consecuen-
cias originadas por las mutaciones de los genes que
codif,rcan a las proteínas o de las de regiones del DNA
que controlan la expresión gónica. Consecuencias
igualmente adversas, también pueden derivar de la in-
suficiencia de cofactores fundan-rentales para la madu-
ración de una proteína. Así, el síndrome de Ehlers-Danlos
ilustra un defecto genético en la maduración de Ia pro-
teína, mientras que el escorbuto señala una insuficien-
cia de un cofactor fundan.rental para la maduración
proteínica. Asimismo, cambios imporlantes en la es-
tructura secundaria-terciaria de las proteínas, 1os cuales
también son responsables de enfermedades imporlantes.
Las enfemredades caracterizadas por modif icacione s
importantes de la estructura secundaria-terciaria inclti-
yen las enfermedades porpriones, como la enfermedad
de Creutzfeldt-Jakob, el scrapie* y la encefalopatia
espongifonne bovina ("enfermedad de las vacas lo-
cas"), cada una caracterizada por cambios neurales
patológicos que se traducen en la deposición. en la.
fibrillas amiloides, de proteínas insolubles compues-
tas de hojas
B
con puentes de hidrógeno continuos
' \. ü¡ El. r ..r'-. :¡ una rnf-ección inducida por priones que produce degeneración neurológica mon¡i ¡: . ..
--r--: : :--.- j'r.---..'t¡rdeestacnfenned¿rdperteneceal glupotransmisiblecausantedeencefaiopatilres¡.,ra¡- -.
- :
- -,. --: .._-.--.,./¡lpaquesignificarascar; mecanismolnedianteel cual sepresrurL'selrln:nriti,;-]-:- --
55

64. LAS De,Cr= ¡rAS
SE CLASIFICAN
DE ¡/.-[- T-ES
MANERAS
S . :. ,': : i',- ::- un sistema r-rniversal de clasificación
:-r'r.:t . -:. proteínas se clasifican con base en la
.,. . --::- ;¿o. }a forma, la función biológica o la estruc-
:..:" rr:dimensional. Un sistema de uso limitado en
::,rqurmica c1ínica dif-erencia las "albúminas", las "glo-
¡uiinas". las "histonas", entre otras. con base en la so-
lubilidad de éstas en solucioncs salinas acuosas. Las
proteínas tarnbién pueden clasificarse con base en la
fbrrna. Por tanto. las proteínas globulares (p. ej., mu-
chas enzimas) presentan cadenas polipeptídicas
compactas, con hélices dobladas, que tienen dimen-
siones axiales (proporciones entre la longitud y la
anchura) menores de l0 y, por 1o general, no mayores
de 3 a
zl. A su vez, las proteínas fibrosas presentan
proporciones axiales mayores de 10.
Con base en las funciones biológicas, Ias proteínas
pueden clasificarse como enzimas (deshidrogenasas,
ci nasas ). proteínas de almacenami ento (t'er:ritina, rni o-
globina), proteínas reguladoras (proteínas que se unen
al DNA, hon¡onas peptídicas), proteínas estructura-
les (co1ágena, proteoglucanos), proteínas protectoras
(factores de la coagulación sanguinea, inmunoglobuli-
nas), proteínas de transporte (hemoglobina, lipopro-
teinas plasmáticas) y proteínas contráctiles y móviles
(actina, tubulina).
Asimismo, los sistemas espccializados de clasifi-
cación diferencian ciertas proteínas complejas. de gran
interés métlico. Asi, las lipoproteínas plasmáticas se de-
nominan de "origen", cx, -lipoproteínas, or-lipoproteínas
o
B-lipoproteínas, con base en la movilidad electrofo-
rética a pH 8.6, o co111o quilomicrones, VLDL, LDL.
HDL o VHDL. con base en su comportamiento para
sedimentar en una ultracentrífuga (figura 6 1). Por su
pafie, Ias lipoproteínas también pueden clasificarse
r¡ediante la determinación inmunológica de la presen-
cia de una apoproteína (A, B, C. D, E, F). Las simi-
litudes en la cstru,
Mayor
Tamaño
Figura 6-1 . El tamaño y la densidad de las lipoproteínas.
(QUlLO, quilomicrones; VLDL, lipoproteínas de muy baja
densidad; LDL, lipoproteínas de baja densidad; HDL,
lipoproteinas de alta densidad; Lp[a], lipoproteína [a].
(Re-
producida con autorización de Segrest Jp et al.: The
amphipathic a-helix: A multifunctional structural motif in plas-
ma lipoproteins. Adv Protein Chem 1995;45:303.)
entre sí los aminoácidos. e inciu e 1a localización de
cualquier enlace disulfiiro. l i esrrucrula primaria se
determina mediante los nie¡t¡drrs de:,.1'iLc¡s en e1 capí-
rulo 5.
La cantidad de secue:r;:¡. proteinicas conocidas
es tan grande \/aunrenr¡i ia:t rápido que, en la actuali-
dad. en lugar de esr¡r dis¡¡nrbles de manera impresa,
la infon'nación srrbri Lrs secuencias se deposita en
bases de daios elecrr..nicas de secuencias proteínicas,
a ias cuales puede renerse acceso en Internet.Las bases
de datos irnponantes continuamente actualizadas
sobre proteirras inciur en EMBL (European Molecular
Biologt La bot.ttro¡t Data Library),GenBank (Genetic
Seqtrence Dutúhúttk) y PIR (Protein ltlentiJication
Resource Se c1 u ert c e Databas e).
ESTRI.JCTU RA SHCUN DARIA
Configuración y conformación
El término "configuración" se refiere a la relación geo-
métrica entre un conjunto determinado de átomos. Se
puede lograr 1a interconversión de opciones configu-
rativas (p. ej., la cont,ersión de n-alanina en L-alanina)
sólo con romper y refonnar los enlaces covalentes.
El término casi homófbno de
''conformación",
se
rehere a la arquitectura tridimensional de una proteína,
es decir, las relaciones espaciaLes de todos los átomos
entre sí. La interconversión de confórmeros no involu-
cra la ruptura de los eniaces covalentes, sino la ruptura
y la refonnación de las luerzas no covalentcs (puentes
6
o
(,
.a
¿
litudes en la cstructura tridintensional. puestas de
manifiesto mediante la cristaiografia de rayos X. pro-
porcionan una base. potencialrnente r,.álida. para la
clasificación de las proteínas. Por ejernpio, las proteí-
nas que cnlazan nucleótidos, comparten un dominio
para el enlace del nucleótido en la cstl-uctura terciaria.
LOS CUATRO ÓRDENES
DE LA ESTRUGTURA PROTEINICA
ESTRUCTURA PRIMARIA
La estruclura primaria de una cadena polipeptíclica de
una proteína ccrresponde al orden en el cual se unen
r
-
\-

65. Proteínu.s: estructit).,;' -.,
* EQm- enhc€s salinos, interacciones hidrófo-
5¡ro¡t¡t¡r¡dmas de determinadas c onformac ione s.
!+§
deseues de descartar las conformaciones impe-
& pr las interacciones estéricas, la rotación libre
&E'ti dos tercios de los enlaces covalentes en la cade-
n principal de un polipéptido (figura 5 8) permite
'¡r¡ gxan cantidad de confornaciones alternativas)
de ,na proteína determinada. Sin embargo, parauta
proteína particular, sólo una cantidad pequeña de
conformaciones posibles tiene importancia biológica.
Diversas fuerzas estab¡l¡zan
las estructuras proteínicas
\-rias interacciones no covalentes, individualmente
dct les pero formidables en conjunto, estabilizan la
odamación de la proteína. Estas faerzas incluyen
tm I@ -dE-h,fu
kfgeno,- las inte- 1ac
c_i on es hidro fó -
lies,lasinteryg-c._|9119s-e.legtrostál_icasviásf iréizas¿e
radg Waals.
Puentes de hidrógeno
Los residuos con grupos R polares, por lo general se
presentan en la superficie de las proteínas globulares;
además, forman puentes de hidrógeno, sobre todo con
las moléculas de agua. Asimismo, los residuos ami-
noacilo del esqueleto, forman puentes de hidrógeno
entre sí.
lnteracciones hid rófobas
Las interacciones hidrófobas involucran los grupos R
no polares de los residuos aminoacilo, los cuales residen,
en las proteínas globulares típicas. en el interior de la
proteina. La formación de interacciones hidrófobas es
*dirigdu
por la entropia". Asi. una forma de conjunto
aproximadamente esferica, minimiza la superficie. La
concentración de los residuos no polares en el interior
de la proteína, disminuye la cantidad de residuos super-
ficiales, y lleva al máximo la posibilidad de formación
de puentes de hidrógeno entre las moléculas de agua
sryerEciales; éste es un proceso asociado con un aumen-
to de la entropía. Por el contrario, el ambiente no polar
de las membranas biológicas favorece los residuos su-
perficiales hidrófobos, cuyos gmpos R no polares, par-
ticipan en interacciones hidrófobas conlas cadénas
Lrirabs alquilo de los ésteres acilo grasos de las bicapas
rDEmbranales
lnEracciones electrostáticas
I-as inmacciones electrostáticas o enlaces salinos, se
fmm eaue los gupos con carga opuesta, tal como
sucede cm los gnryos amino terminal y carboxilo ter-
minal de los péptidos y los grupos R con carg., :" ,
residuos aminoacilo polares. Si bien todos lt s r='^: :
lonllalmente cargados ticnden a localizar:e *,i ., . .-
perficie de las proteínas globulares, existen alsur-..
excepciones. Los grupos polares específicos con lu:-
ciones biológicas fundamentales, pueden residir e:-.
hendiduras que penetran en la proteína. Ademá:. .i.--
bido a que los residuos polares también pueden
participar en 1as interacciones iónicas, Ia presencia de
sales, como el KCl. puede disminuir cle manera signi-
flcativa las interacciones iónicas entre los residuos d"-
la superficie.
lntenaccisn¡es de van der Waals
Las flterzas de van der Waals, que son extremadamen-
te débiles, y actuan sólo en distancias considerablemente
cortas, incluyen un componente de atracción y otro de
repulsión. Las fucrzas de atracción involucran la
interacción entre dipolos inducidos, formados por fluc-
tuaciones momcntáneas en Ia distribución de los
electrones en átomos vecinos. Por su parte, las luerzas
de rcpulsión intervienen cuando dos átomos se aoer-
can tanto, que se traslapan los orbitales de sus elec-
t1'ones. Asi, la distancia a la cual la fuerza de atracción
es máxinra y 1a fuerza de rechazo es mínima. se deno-
mina la distancia de contacto de van der Waals. Los
átomos poseen radios de van der Waals caracterís-
ticos, y Ia distancia de contacto óptima entre dos
átomos. comesponde a la suma de los radios de van der
Waals corcspond ientes.
Los enlaces peptídicos restr¡ngen
[a posibilidad de confornnaoiones
§ecL!ndaria§
La rotación es posible sólo en dos de cada tres. de los
enlaces covalentes que fonnan el esqueleto polipeptí-
dico de laproteína. El carácterparcial de enlace doble
del enlace que unc al carbono del carboxilo con el nitró-
geno ü de un enlace peptídico, restringe de manera
irnportante las confbrmaciones posibles de los átornos
con los que se reiaciona, toda vez que son coplanares ( fi-
gura 5 8). Así, la libre rotación sólo es posible sobt,.
los enlaces que unen el carbono a (C,) con el carbono
del carbonilo (C") y con el nitrógeno. El ángulo de ro-
tación del enlace Co-N se dcnomina ángulo phi rO .
mientras que el ángulo de rotación del eniace C r-
se denomina ángulo psi (Y). No pueden darse cor.u'r,.-
naciones de ángulos phi-psi, que resulten en int::-
dirnento estérico entre los átomos no enlazadrrs
-
.
vez que se especifican todos 1os ánsLilos ::r - ,
se conoce la conformación de todos lr'r: ,,._ rl
la cadena principal o esquclettr de u:l : . r -
-

66. 58 . Bioquímica de Harper (Capítulo 6)
psl- para rlustrar los §'alores permrüdos
-v
los numero-
sos valores no permitidos ( figura 6-2 ). [-a hélice a- la
hojaplegada p. asi como la triple hélice de la
se caracterizan por combinaciones permitidas; estas se
analizanmí¡s adela¡te.
La estructura securldaria
se caracteriza por conformaciones
regulares e irregulares
La conformación de los esqueletos polipeptídicos de las
proteínas constifuye su estructura secundaria. La exis-
tencia de una estructura secundaria, propuesta origi-
nalmente como teoría, se ha confirmado ampliamente
mediante el análisis cristalográfico de rayos X. Los
tipos de estuuctura secundaria están limitados por el
carácter parcial de doble enlace de los enlaces pep-
tídicos (figuras 5-7 y 5-8), así como por el tamaño y la
forma de los grupos R aminoacilo. Las esüucfuras se-
cundarias incluyen, además de formas regulares de las
-90 0 90
(t
Figura 6-2. La gráfica de Ramachandran de los principales
ángulos phi ((D) y psi (Y) de aproximadamente 1 000 resi-
duos, no glicina, en ocho proteínas cuya estructura se resolvió
mediante alta resolución. Los puntos representan combina-
ciones aceptables, mientras que los espacios, combinaciones
prohibldas de los ángulos phi-psi. (Reproducida con autori-
zación de Richardson JS: The anatomy and taxonomy of
protein structures. Adv Prote¡n Chem 1981:34:167.)
lelices cr 1'las hojas
B
plegadas, cuyas unidades se
:'¡::ien. r 1os plegamientos
B, confon¡aciones irregu-
,':.-¡ ¿:n.¡rrinadas asas o espirales.
- -; ^^
>. :- :.:.,-. .:t :3 ,It r,o1inéptrdo se hace girar en la
:-t >:t-.: ::,- : -,t--- a,: .,- i:: ;:r.ilt calbotlo cx, fbrma una
he,ic: ¡ ¡s:i;¡r
r
a: ¿ :::-::t:¡-. ttltr.s de hélices forma-
dos al rmpani¡se ¡ri¡:¡t-.:--s
..
Jtiec,'irrnes dilerentes
al giro, se describen segtin :1 :llllltr'it¡ r: ) ds ¡s5i¿a,at
aminoacilo por cada grro. r'e1 paso lp I o disrancia que
crece la hélice, sobre su eje, por cada giro, Por estar
formadas de aminoácidos quirales. las héhces polrpep-
tídicas muestran quilaridad, es decir, pueden girar hacia
la derecha o hacia la izquierda. Para visualizar una hé-
lice hacia la derecha, la palma de la mano derecha se
sostiene hacia arriba, con los dedos ligeramente cur-
vados, y el pulgar apuntando lejos de la persona. En
esta posición, el pulgar apunta en la dirección de la
tcrminal carboxilo del polipéptido de una hélice con di-
rección a 1a derecha" la cual aanza en la dirección
de los dedos curvados. Sr bien los polipéptidos sinté-
ticos de o-aminoácidos pueden tbrmar hélices hacia
la izquierda, el impedimento csterico entre 1os qrlrpos
R de los residuos L-aminoacrlo. establece que ias héli-
ces con dirección izquielda. no se presenten en las
proteínas. Asimismo. los tipos de hé1ice polipeptídica
presentes en las proteínas. se limitan, adicionalmente,
a consecuencia de factores estéricos adicionales, y así
como por el número de posibles puentes de hidrógeno
y de interacciones de van der Waals, capaces de esta-
bilizar un tipo detenlinado de héiice.
La hélice cx posee ángulos phi y psi favorables, y
un patrón de puentes dc hidrógeno que 1e confiere
máxima estabilidad. Las hélices s de 1as proteínas
contienen entre
,1 y 50 residuos (promedio de 12 resi-
duos aproximadamente). Los parámetros relevantes
de una hélice cx (figura 6 3) son: n-3.6 residr.ros, y
p:0,54 nm (5.4 41. la distancia, sobre el eje de la
hélice, entre átomos equivalentes de residuos adya-
centes, que forman pafte de la cadena principal de la
proteína, es de 0.15 nm (1.5 A). Los glupos R
aminoacilo se orientan hacia el exterior. respecto a1
eje de la hé1ice (figuras 6 4 y 6 5). 1o qr-re minin.riza la
interferenci a estérica mutua.
l-os purente$ de hídr*geno
y las fuenzas de x/an #*r" V'v'aais
establlizan [as hiáliees ry
Debido a que la hélice o es 1a conibmación de menor
energía y más estable de un polipéptido, se lorma de
manera espontánea. La estabrlidad de la hélice u deri=
va, primordialmente, de 1a fbrn-ración del máximo
T
-90
Vo

67. Proteín u.; : €. t nt. í,t
¡
.i
----t -
;
r li
It
Vuelta de 0.54 nni
(3.6 residü0s)
Figura 6-3. La orientación de los átomos de la cadena prin-
cipal de un péptido, respecto al eje de una hélice c¡.
número posible de puentes de hidrógeno.Los nitróge-
nos del péptido actúan como donadores de hidrógeno,
mientras que el oxígeno del carbonilo del cuarto resi-
duo posterior, en la estructura primaria, actúa como
aceptor de hidrógeno (figu.a 64). En estos puentes de
hidrógeno existe una distancia, básicamente óptima,
entre el N y el O, de 28 nm (2.8 A;. A su vez, las
interacciones de van der Waals confieren estabilidad
adicional. Los átomos que forman un conjunto com-
pacto en el centro de una hélice u, establecen contactos
r-an der Waals entre sí, en sentido transversal al eje de
Ia hélice a.
Los residuos de Ala, Glu, Leu y Met son más fre-
crEales en las hélices o que los residuos Gli, Pro, Ser
o fir: sin embargo, esta tendencia no tiene utilidad
paesableer las predicciones estructurales. Toda vez
qe et nitroge,no peptídico de un residuo prolilo resul-
taincryr*z de forma¡un puente de hidrógeno, la prolina
ajusa solo ea el primer giro de la hélice cr. En cual-
quierotrapute produce un doblamiento. Sin embargo,
no todos los doblamientos en las hélices o se deben a
Figura 6--4. Los puentes de hidrógeno (puntos) formados
entre los átomos de H y los de O estabilizan un polipéptido
en una conformación de hélice s. (Reimpresa con autoriza-
ción de Haggis GH et al.: lntroduction to Molecular Biology,
Wiley, 1964.)
residuos prolilo; con frecuencia, los doblamientos tam-
bién se presentan en los residuos Gli.
Lae héliees ü piledcn se!"
anfipáticas
Si bien casi siempre se localizan en Ia superficie de
las proteínas, las hélices cr también pueden encontrar-
se total o parcialmente ocultas en el interior de una pro-
teína. La hélice anfipática, un caso especial en el cuaL
los residuos hidrofóbicos e hidrofilicos se alteman cad:
3 o 4 residuos, aproximadamente (figura 6 6). se pr:-
senta en los sitios en que las hélices c{, están en r:
interfase entre un ambiente polar y otro no polar. -\sr.
las hé1ices anfipáticas se presentan en ias iipoprotein..
plasmáticas, así como en ciertas homonas polrper: -
dicas, venenos, antibióticos, glucoproteínas del '. . -,
de la inmunodeficiencia humana y. en 1a-. r:,-..
nasas reguladas por calmodulina.

68. DECI\I.\QT'I\T{ EDICIO E E5P T}[
TRADTCID. DE L\
rGEst \Qt't\T{ EDICIÓ E r(,r F.
Bioquímica
de Harper
i
ROBERT IC MIIRRAY, MD, PHD
Professor of Biochemisry
University of Toronto .
Toronto, Ontario
DARYL II GRANNER, MD
Joe C. Davis Professor of Biomedical Science
jl
Director, Vanderbilt Diabetes Center
Professor of Molecular Physiology and Biophysics
and of Medicine
Vanderbilt Uiiiversity
Nashville. Ten¡essee
Traducción segtin ia l-ía. edición en inglés por:
MSP Javier Eduardo Cómez Saborio
Facultad de edicina
Unir ersidrd dc uiradalajara
M. en C. José Ramón Murillo Zaragoza
Facultad de Medicrna
Facultad de Psicologia
UNAM
Dra. Ilian Naget Arsof Saab
Médico Ciru.jano
UNAM-tztacala
PETER A. MAYES, PHD, DSC
Emeritus Profbssor of Veterinary Biochemistry
Royal Veterinary College
University of London
Londres. Inglaterra
vrcroR w. RODWELL, PHD
Professor of Biochemistry
Purdue University
West Lafayette, Indiana
Revisor técnico
Dra. Ana María López Colomé
lnstituto de Fisiología Celular
Jefe del Deparlamento de Bioquímica
Facultad de Medicina
UNAM
Editor Responsable:
Dr. Jesús A. Cedillo
Editorial EI Manuat Moderno
Editorial El Ihanual lfloderno
lfléxico, D.F. - Santafé de Bogotá

69. I
Prefacio
Los aut.-::s
'.
," edittrrial están orgullosos de presen-
tar -" .:::.::.r.iequinta edición en inglés, decimaquinta
en :s:.i--i. de Bioquímica de Harper. Review of
, ...,-.¡;Eical Clternisrry, se publicó por primera vez
e: - v-r9 ¡
se revisó en 1944, y rápidamente obtuvo un
s:;r número de lectores. En 195i apareció la tercera
edición con Harold A, Harper, como autor de la
L-niversity of Calrfurnia School of Medicine, en San
Francisco. El Dr. Harper se mantuvo como único autor
hasta la novena edición y como coautor en las si-
guientes ocho ediciones. De los autores actuales, Peter
Mayes y Victor Rodwell han estado involucrados con
el libro desde 1a décima edición, Daryl Granner desde
la vigésima y Robert Munay desde Ia vigesimaprimera.
En esta edición nos complace la llegada de Peter
Kennelly como un coautor de los capítulos concer-
nientes a enzimas.
Creemos que BioquÍmica de Harper tiene la ma-
vor marca de publicación continua que cualquier libro
de iexto de bioquimica en el mundo, y varias veces ha
srdo publicado en más de i5 idiomas. Es de interés
he¡er notar que cuando se publicó la primera edición.
se desconocían las estructuras del DNA, de varias
moleculas de RNA y de proteínas.
El .¡bietir o general de esta edición de plata de 1a
Bioquímica de Harper, es proporcionar una cobeúu-
ra concisa r ¡on autoridad de los principios de la
bioquímica r bioloeía molecular. El texto ofrece nu-
merosos ejemplos de cómo el conocimiento de la
bioquímica es esencial para comprender el manteni-
miento de la salud. las causas y el tratamiento racional
de muchas enfermedades.
üAlVlEiÜS ET'J LA VIG ES¡MAQ¡JINT,A
É3it[Ó[.*
Los objetivos de los autores durante Ia preparación de
esta última edición fueron. prinero. proporcionar tan-
to al estudiante de medicina como al de ciencias de 1a
salud, un libro que no solo describe las baes de la bio-
química, sino también que le sea útil e interesante a1
lecton y segundo, que refleje los últimos avances en
la bioquímica imporlantes en medicina. El siguiente
resufiren ilustra los cambios principales en el libro y
señala algunas áreas del texto que se han actualizado:
' Muchas de las ilustraciones. en parlicular en las
secciones I, II y lll, se han renovado o mejorado para
facilitar la comprensión de los conceptos y fenó-
menos en el texto.
.
Cada uno de los capítuios ha sido revisado y actua-
lizado, algunos de ellos de manera extensa.
'Se amplió la infbrmación sobre la función del agua,
puentes de hidrógeno y otros enlaces, y fuerzas
que participan en la estabilización de macromo-
léculas, así como el tratamiento de los valores de
pK de los residuos en las proteínas'
'Se
actualizó Ia descripción de la secuenciación de
péptidos.
'
Se incluyen figuras nuevas para describir la apli-
cación de cristalografia de rayos X y de resonancia
magnética nuclear (RI\{N) en la determinación de
las estructuras tridimensionales de las proteínas.
' Esta edición también contiene una nueva secci/¡n
acerca de las bases de las encefalopatías espongi-
formes transmisibles o enfermedades por prion (p.
ej., enfermedad de Creutzfeld-Jacob, scrapie y la
enfemedad de ias vacas locas)
'
Se revisaron los cuatro capítulos acerca de enzittla¡.
incluyendo el aná1isis de los mecanismos de ct'l:-
trol biológico (en especial el control de la actir ide¿
enzimática mediada por fosfbrilación).
' Los diagramas metabólicos se presentali 0 ct¡1t¡r
para hacer más comprensibles los mecanismcrs que
subyacen a las enfetmedades metabólicas (c.'tll,-'
diabetes mellitus y aterosclerosis)" r' para c". .

70. t7 .
Bioquinica de Harner
(Prefacio)
estudi¿rnte aprecie mejor los conceptos metabólicos
rmp.orlantes y apoye la actual práctica y consejos nu_
tricionales.
' El material actualizado en los capítulos refbrentes
al metabolismo, incorpora nuevos aspectos acerca
de la función de la insulina en 1a regulación del
metabolismo de glucógeno: mecanismos de inhi_
bición de la biosíntesis de prostaglandinas por meclio
de la aspirina, antiinflamatorios no estéroides.
¡,
colticoesteroides anti inflamatorios
; mecanismo de
transpofte de colesterol reverso, incluyendo Ia n_
ción de las lipoproteínas pre-B de alta densidad; papel
de la proteína de transf-erencia de triacilglicerol en
la fbrmación de lipoproteínas de muy baja densi_
dad; funcionamiento de ios metabolitos de señali_
zación en Ia regulación de la expresión genética; y
las funciones de varias proteínas transportadoras
de glucosa en la absorción de los azúcares desde
el intestino.
'
Se incluye nueva in1'ormación acerca de los teló_
[1eros, telomerasa y su relación con e[ envejeci_
miento
¡, el cáncer.
' Se agrega Lln análisis sobre el papel de las secuen_
cias de tripletes repetidas en ej DNA en varias
enfermedades.
' Se actualizaron las explicaciones acerca de la
replicación y reparación del DNA.
' Se comparan las caracterÍsticas generales de la sín_
tesis de DNA y RNA.
' Se revisan los estudios del ensan.rble del complejo
de preinicio de la transcripción y de los pasos ini_
ciales involucrados en el inicio de la ésta, y los
dos modelos prevalentes del ensamble dei óom_
piejo de preinicio se expiican en cletalle.
' Se actualizan las descripciones del procesamiento
y modificación del RNA.
n
Se expiica la función de la eIF-4E en el inicio de la
síntesis de proteínas y se mencionan los mecanis_
mos por medio de los cuaies algunos virus co_opt
la síntesis de proteínas huésped-.
'También se acfualiza de manera exhaustiva la infol_
mación de la regulación de la expresión genética.
'
Se mencionan las funciones de los coreguladores
y de la acetilación/desacetilación
de histónas en la
acción de las honnonas, y se describe el concepto
de las unidades de respuesta a las homtonas.
' Se revisaron todos los capítulos referentes a ias
¡cciones de varias clases de hormonas.
Fn relación con las membranas, se incluve mate_
: ¡l nuevo acerca de la impotación nuclear de
:r.:,¡eínas y de los canales iónicos.
Se describen las recientes declaraciones refbren_
¡es ai Provecto Genoma Humano de EUA.
.
Se menciona la importancia ile la agregación de
proteínas y de otros fáctores en la génesis de cier_
tas enfermedades neurodegenerativas crónicas.
.
Se incluye una nueva historia de caso de hemocro_
matosis, y se actualiza la intbrmación sobre la
distrolla museular.
.
En varias áreas del texto se rn.orporaron los nú_
meros de la Herencia Menc¡.iana en el Hombre
On line, para referirse a enlernedades genéticas
con el fin de f'acilitar la refererr-ia a tales trastomos.
.
Se ha incluido r-rna lista de srtr¡,s \.eb en bioquímica
y biología molecular.
*raLxAf$íuA*!{r$ ffi Et. t*i B R,t:
El texto está dividido en tres ca: '*ros introductorios^
segriidos de seis secciones prin-. .les.
La Sección I trata de pror; :.ls y enzimas, que
son ia fuerza de trabajo dei orgarus::,_. Debiclo a que mu_
chas de las reacciones en ej .,3rpo hurnano son
catalizadas por enzimas. es irnp. -..::e
comprender sus
propiedades antes de pasar a oi':: iemas.
En la Sección II se explic: ; - nto varias reaccio_
nes celulares utilizan o produc::
=rergía
y trazan 1as
vías por medio de las cuales si : .etizan y degradan
los carbohidratos y lípidos. Tan-: ;n se describen las
diversas funciones de estas dos , ..ses de moléculas.
La Sección III trata de los .:- :oácidos y su des_
tino, y muestra cómo el metabo ..::r¡ de éstos también
emplea y produce energía.
La Sección IV describe las ;:::,lcturas v funciones
de los ácidos nucleicos, cubrien¡: a representación de
DNA -+ RNA -+ proteínas. Aqu- :,.ntbién se describen
los principios de Ia tecnología c; D\A recombinante,
un tema con inrplicaciones in:: -tanles
en ciencias
biomédicas ¡ en roda la biologr_
En la Sección V se mencr¡:-an las hormonas
¡,
sus funciones principales en 1¡ :.-,municación inter_
celular y en ia regulación met¡:-.ica. para
altctar a
ias células, las hormonas printe:,: deben interactuar
con las membranas plasrnáticas , r,, rlares, de esta ma_
nera, la estructura y función ce la membrana está
enfocada de manera inicial.
La Sección V[ consta de 1-1 r:mas especiales: vita_
minas hidrosolubles y liposolubles. nutrición, digestión
y absorción, glucoproteínas, matnz extracelular, múscu_
1o,. proteínas plasmáticas (inmuno slobulinas y coagula-
ción sanguínea), eritrocitos y leucocitos, metabolismo
de xenobióticos, cáncer y factores de crecimiento, las
bases bioquímicas y genéticas de las enfermedades,
varios tl'astornos neuropsiquiátricos y l0 historias de
caso bioquímicos.
Visite nuéstñ-!@iffi
wwy.mcgraw,hill-educacion.com

71. [);-., ¡r¡, ¡, , ,
,aa
E1 Apéndice contiene una lista cie las principales
pruebas bioquímicas de laboratorio y sus márgenes de
referencia usados en medicina ciinica.
AG RADEE§MEHil,¡TOS
Los autores agraclecen a David Bames por su gran in_
terés, consejo y apoyo. Estamos particularmente
agradecidos a Jim R.ansom por su magistral trabajo
editorial; su capacidad y compromiso han tenido una
función imporlante en el éxito que goza esta edición.
Por el excelente trabajo rle arte y cooperación de Maggie
Darrow y sus colegas, los autores están sumamente
agradecidos, así como por la capacidad de Harriet
Lebowitz y Jeanmarie Roche. Las sugerencias para
mejorar y 1as correccioues po1-par-te de estudiantes r
colegas en todo el mundc. han siilo cle r¡ran avucla nar.a
esta edición; se espera corltar L-rrn e11a*s para lo p,o..ir-
ma edición. VWR ilesea a_qradecer .:
peter
Kemeil¡, ptu,
eL placer de trabajar con el en ltr: c.iprr Llrr; Si a i i.
RN{K agradece a Inka Brockhausen. E. Rl¡ert Bruce
y Paul Fraser por sll generosa ayuda parr r.i, rs:; los
capítulos 5 6. 62 y ó4, respectivartenle. asi c ¡ r:- ,.. .t lra-
decer a los doctores Fred Jerick Keely y N1argai3. R.-...rd
por sus articulos oncológicos cotno r.o0ul(rl.j. _:
capítr-rlos 57
1, 59. respectivamente. Los aurores .1:r:t-
decen la arnplia aceptación
-y
apoyo que ha re;r :J,.
este lil.lro en muchos países. Algunas ediciones ¡ .,,
versión en inglés se han reimpreso en Japón. Lib"'
Taiwán. Filipinas y Corea; además, existen traduc- , -
nes a1 italiano, españoi" porlr,rgués, japonés. prrj:.,
alemán" indonesio, serl.o-croata y griego.
Abrilde 1999
RKM
DKG
PAM
I
I
"l 7

72. Contenido
v
I
;
Prefacio
Capítulo l. Bioquímica y medicina..............
Robert K. .\hrroy, MD, PhD
Capítulo 2. Biomoléculas y métodos bioquÍmicos
Robert K. ,)firrray, MD, PhD
Capítulo 3. Agua y pH
t7
llctor l[: Rody,ell, PhD
31
l3
73
SECCIÓN I
ESTRUCTURAS Y FUNCIONES
DE PROTEÍNAS Y ENZIMAS
Capítulo 4.Aminoácidos
Victor lI1. Rodyyell. PhD
Capítulo 5. Pépticlos
Victor W'. Rodw,ell. PhD
Capítulo 6. Proteínas: estructura y función
I/icbr W. Rodwell. PhD
Capítulo 7. Proteínas: mioglobina y hemoglobina
Victor W. Roú.¡,ell. PltD
Capítulo 8. Enzimas: propiedades generates .......;;;;;.;..i.,i*).,.,..1i,i S7
y Peter J. Kennellv, PhD

73. X . Bioquímica de Haryer (Contenitlt¡)
Capítulo 9. Enzimas: cinética ...".101
Victor ltrl. Rodwell, PhD
y Peter J. Kennelly, PhD
Capítulo 10. Enzimas: mecanismos de acción .........".........119
Ilicfor W. Rr¡dvell, PhI)
t Pefer J. Kennelly, l?hD
Capítulo 11. Enzirnas: regulación de la actividad... ..................;.r,i..iu:..i.á,.).,.,.,.;;;;127
)¡ Peter J. Kennellv, PhD
SECCIÓN II
BIOENERCÉTIC,I Y MEruBOLISMO
DE CARBOHIDRATOS Y LÍPIDOS
Capítulo 12. Bioencrgética: la ftncién del ATP ";;,;,..;;..;;;;;;;,;;.;;:X45
/¡i Capítulo 14. L-adena respiratoria y fosforilación oxidativa ..."......"" .". 161
Petet ,,1. lvl¡¡:es PhD. DSt'
Capítulo il5]'Carhohidrat¡rs dc importancia fisiológica......"........ ....... 175
Pefer A. l,Iat'e.¡ PhD. DSc
,-\
Capítuto 16",l.ípidos de importancia fisiológica ..........".. ......""....."....... 187
Pttlcr ti. ¡7¡,1'ss PhD. L)St
-*4 C apítulolfl) Aspectos gcnerales tlel metaboli smo
intermediario ".............
."....."......... 201
Peter A. Mat'e,s PhD. DSc
Ca
Cr
;C¡
t.
-(-
¡
t
I
,!
I
sl

74. apítulo 2l..,Gluconeogénesis y control de la glucosa
Capítulo:ZL;Vía de los fosfatos de pentosa y otras vías
del metabolismo de hexosas ................. ..............;;;;;.;...;;;;;;;;;..-_.2s5
Capítulo 23. Biosíntesis de los ácidos grasos .......;;;;;;:..;;;;.;;;;.;..;:;,267
Capítulo 24. Oxidación de Ios ácidos grasos: cetogénesis........................;;,;;;:...;;;;;;;.;,:.;;,277
Capítulo 25. Metabolismo de ácidos grasos insaturados
..
y de eicosanoides.......... .;;,;;;;..;;;;;;.;;.;..;,;,r89
capítulo 26. Metabolismos de los acilgliceroles y los-esfingolípidos ....................2gg
PeÍer A. lrlayes PhD, DSc
Capítulo 27. Transporte y almacenamiento de tos lípidos .......................;;;;;;:..;;;;,.;;;;.;,..;;1309
Capítulo 28. Síntesis, transporte y excreción del colesterol.....-......".. ...................32g
Peter A. Mayes PhD, DSc
Capítulo 29. Integración del metatrolismo y provisión
de combustibles tisu1ares................ .;;,;;;..;;;;;;.;;.;..;;,343
, SECCION III
¡'METABOLTSMO DE nROTEíNAS y
AMINOÁCIDOS
Capítulo 30. Biosíntesis de aminoácidos nutrimentalmente
no esenciales
";;;;;';;.";';;;;:,;jiii3st
Capítulo 31. Catabolismo de las proteínas y del nitrógeno
de los aminoácidos ................. .....363
Victor W. Rodwell. PhD
Capítulo 32. Catabolismo de los esqueletos de carbono
de ros aminoácidos """""'"""' """"""';;;;i
ii'i'"ii;'ijrii37s
capítulo 33. conversión de los aminoácidos a productos especializados ...............................401
Vicfor W. Rodwell, PhD
eápítulo 34. Porfirinas y pigmentos biliares ..".................413
Roberf K. Murray, MD, PhD ,/
F:
Jr
-
slIe ri.
:-mcgñ
Peter A. Mayes PhD, DSc
('otttettitlc¡ .
-\'i

75. XII . Bioquímica de Harper
Capítulo 41. Regulación de
Capítulo 42. Tecnología del
SECCIÓN IV
" ESTRACT(IRA, FUNCION Y REPLICACION
Von
MACROMOLÉCULAS INFORMATIVAS
Capítulo 35. Nucleótidos ...........
Víctc¡r W. Rodwell. PhD
Capitulo 36. Metabolismo de nucleótidos de purina
Vicfor Il. Rodv,ell, PhD
'Capítulo 37. Estructura y función de los ácidos nucleicos... ....-;;;;;";;;;';;;';;
Capítulo 38. Organización, replicación y reparación
del DNA....
Dor1,l K. Granner MD
Capítulo 39. Síntesis, procesamiento y modificación
der RNA ...........;.;;;;';";;;;;;;^;;
Capítulo 40. Síntesis de proteínas y el código genético .............;;;;:;.;..;,.;;;;;.0;;
ta expresión génica ......;.;r:;;...;;;;;;;.;:;;
Dctryl K. Gronner MD
SECCIÓN V
I
BIOQUúMICA DE LA COMUNICACIÓN
1 mTru,qCELULAR Y EXTRACELULAR
t'
Capítulo 43. Membranas: estructura, ensamble y función
Robert K. Murray, MD, PhD
y Daryl K. Granner, MD
ri
Capítuto 44. Acción de las hormonas """""""
611
Darltl K. Granner, MD
I
,g,, '
Capítulo 45. Hormonas hipofisarias e hipotalámicas ........... ...."""""629
llll
'
DatYl K' Granner' MD
'illl
iillrrrrr
Capítulo 46. Hormonas tiroideas """"""""""
611
\.,-.,t Í. c-^--.. l¡f)
(Conteni,;
-1-1-
4J-1
579

76. 1
Capítulo 17. Hormonas que regulan el metabolismo
'
del calcio """"';;;;;.";;;';;;;;';;;61'
Capítulo 48. Hormonas de la cortezasuprarrenal """"""""' """"""'
657
Danl K. Granner MD
Capítulo 49. Hormonas de la médula suprarrenat """"""""' """"""'673
Daryl K. Granner, MD
Capítulo 50. Hormonas de las gónadas """""679
DarYl K. Granner, MD
Capítulo 51. Hormonas del páncreas y del tracto
gastrointestinai............ """;';;;;.';;;';;;';';;69'
SECCIÓN W
I
TEMAS ESPECIALES
Capítulo 52. Estructura y función de las vitaminas
hidrosolubtes .............. """"""""'
719
Peter A MaYes, PhD, DSc
Capítulo 53. Estructura y función de las vitaminas ' ra<
liposolubles ................ """"""""" 'JJ
Peter A MaYes, PhD, DSc
I
I
Crpitoto 54. Nutricién................ "'747
Peter A MaYes, Ph.D, DSc
T§
€ Capítulo 55. Digestión y absorcién.............. ""759
C-apítulo 56. Glucoproteínas """"'773
Robert K, MurraY, MD, PhD
Ceúhto 57.Lamatrtzextracelular................. """""""""
795
Robert K, MurraY, Md' PhD
y FrederickW. KeeleY, PhD
"1
I
^..r^ -, ^i+^^¡arralarn
.....817
* Capítuto 5& Músculo y citoesqueleto ..........
'T
--r----- - r - -
^
Robert K, Murray, Md, PhD
*< Capítulo 59. hoúeínas plasmáticas, inmunoglobulinas
?f --r-----
t.*grl""ióo sarrgrínea............ ...---;;r*.;;;;.;;troK
y Roben K, MurraY, Md PLI)
f
--

77. . Bioqttímicu de Hurper (Cot'ttenido)
, CapÍtulo 60. Eritrocitos y leucocitos...."....... ...873
Robert K, Murray, MD, PltD
Capítulo 61. N{etabolisrno de los xenobióticos ........... .......
g93
Robert K, Murray, MD, PhD
Capítulo 62. Cáncer, genes cancerígenos y factores
de crecimiento ............ .................901
Robert K, Murray, MD, PhD
Capítulo 63. Bases bioquímicas y genéticas
de la enfermedad.......... ...............929
Robert K, Murray, MD, PhD
Capítulo 64. Bases bioquímicas de algunos trastornos
n€uropsiquiátricos .,,949
Robert K, Murray, MD, PhD
Capítulo 65. Casos clínicos y su trase bioquímica ...............;;;;.;;;,..;;;.;;,..;;::r,
.{péndice ...993
.{breviaturas que se utilizan en bioquímica.............. ....... 1001

78. Bioquímica y medicina
Roberf K. Murray, MD, PhD
rNTRoDUccrót'¡
Labioquímica es la ciencia que estudia las diversas mo-
§ulas
presentes en las células y los organismos vivos,
asi como sus coffespondientes reacciones químicas.
Cualquier cosa más allá de la comprensión superficial
de la üda ----en todas sus manifestaciones requiere del
conocimiento de la bioquímica. Los estudiantes de
medicina que adquieren un conocimiento sólido de la
bioquímica están mejor capacitados para afrontar dos
temas centrales de las ciencias de la salud: l) la com-
prensión y conservación de la salud y 2) la comprensión
y tratamiento eftcaz de la enfermedad.
La bioquímica es la química
de la vida
La bioquímica puede definirse con mayor formalidad
como la ciencia que estudia las bases químicas de la
rida (del griego, bios: "vida").
La célula constituye la unidad estructural de los
sttemas r-ivos. La consideración de este concepto con-
&e 'na definición funcional de labioquímica como
Lffi qre estudia Ios componentes químicos
üLm.¡ rirr- lsí como sus reacciones y proce-
fr[FF Lrrieaen. Según esta definición, la
EqE-' Es ¡ütr¡rs uE urr,,g¡¿ ccrurar
El propósito de la bioquímica consiste
en describir y explicar, en términos
moleculares, todos los procesos
quím¡cos de las células vivas
El objetivo principal de la bioquímica consiste en la
comprensión integral, a nivel molecular, de todos los
procesos químicos vinculados con las células vivas. Para
alcatzar este objetivo, los bioquímicos han procurado
aislar 1as diversas moléculas presentes en las células,
para determinar sus estructuras y analizar cómo fun-
cionan. Para dar un ejempio, el esfuerzo de muchos
bioquimicos por comprender la base molecular de la
contractilidad
-un
proceso vinculado sobre todo.
aunque no de manera erclusiva, con las células muscu-
lares ha reqiLerido Ia pudficación de muchas molécu1as
sencillas y complejas. seguida por estudios detallados de
su esÍr.rctura y función. Mediante estos esfuerzos se han
puesto de manifiesto algunas de las caracteristicas de
la base molecular de 1a contracción muscular.
Un ob.jetivo adicional de la bioquímica es ¡1 int:r.-
to por comprender la manera en que inicia la
"
rJ¡ E
conocimiento de este tema f-ascinante irrd,1 i¡ r-:..-- ;
su fase inicial.
La perspectiva de la bioquímica reru
como la vida misma. Dondequiera que
nen lugar procesos químicos. Los bioquÍn
tales procesos en microorganismos, pla
peces^ aves. mat-ntlert s s-t-3: r- .. --,r : i : i
dc las cierte il- l.t' n.c- -..-
.-
fur
la hr(\q.¡ln.r-.r l- .
- :
bargo, la comprensión de la bioquimica en las fu-
de vida menos complejas, a menudo tiene
directa parula bioquímica humma [email protected]
teorías contemporáneas sobre la regulación de la mi-
vidad de los genes y de las enzimas en seres humffi.
derivan de esfudios pioneros en las levaduras del po
y en las bacterias. El campo del DNArecombir*
tiene su origen en los estudios sobre las bacterias y Im
virus de éstas; la gran velocidad de muliiplicación de
ambos y la facilidad de extraer su material genético,
los hace adecuados para el análisis y las manipula-
ciones genéticos. El conocimiento ottenido a partir de
los estudios sobre los genes virales causantes de cier-
tos tipos de cáncer en animales (oncogenes virales).
ha permitido profundizar en la comprensión de la ma-
nera en que las células humanas se convierten en
cancerosas.

79. . Bioquímica de Harper
(Capítttlo l)
El conocimiento de la bioquímica
es fundannental para todas
las ciencias de la vida
La bioquímica de los ácidos nucleicos constituye el
corazón de la genética; a su vez, la aplicación de los
criterios de la genética ha resultado crucial para eluci-
dar muchas áreas de la bioquímica. La fisiología, el
estudio de la función corporal se sobrepone casi por
completo, con la bioquímica. La inmunología utiliza
numerosas técnicas bioquímicas, y muchos criterios
inmunológicos tienen un amplio uso por parte de los
bioquímicos. La famacolo gíay la farmacia requieren
de un sólido conocimiento de la bioquímica y la fisio-
logía; en particular, casi todos ios fármacos se meta-
bolizan mediante reacciones catalizadas por enzimas,
y las interacciones complejas entre aquéllos se compren-
den mejor desde la perspectiva de la bioquímica. Los
venenos actúan sobre reacciones o procesos bioquímicos;
esto constituye la materia principal de la toxicología.
Los criterios bioquímicos se utilizan cada vez más para
el estudio de los aspectos básicos de la patología (el es-
tudio de la enfermedad), como inflamación, lesión
celular y cáncer. Muchos investigadores en microbio-
logía, zoología y botánica emplean criterios bioquími-
cos de manera casi exclusiva. Toda vez que la vida, en
la forma que se conoce, depende de reacciones y pro-
cesos bioquímicos, estas interrelaciones no resultan
sorprendentes. En realidad, cada día se rompen las
viejas barreras entre las ciencias de la vida, yla bio-
química se convierte cada vez más en el lenguaje
común entre ellas.
-l na interrelación recíproca entre
cjoquímica y medicina ha estinrulado
los ava¡rces mutuos
Como se menciona al inicio de este capítulo, Ios dos
intereses principales de los investigadores de las cien-
cias de la salud
-y
en particular de los médicos-
consisten en la comprensión y conservación de la salud
y el conocimiento y tratamiento eficaz de las enferme-
dades. La bioquímica influye de manera importante sobre
ambos intereses fundamentales de la medicina. De he-
cho, la interrelación entre bioquímica y medicina
constituye una amplia vía de doble sentido. Los estu-
dios bioquímicos han aclarado muchos aspecios de la
salud y la enfermedad y, a Ia inversa, el estudio de
diversos aspectos de la salud y la enfermedad abre nue-
vas áreas de labioquímica. En la figura 1 I se muestran
algunos ejemplos de esta vía de doble sentido. por
ejemplo, se necesitó cierto conocimiento de la estruc-
tura y función de las proteínas para elucidar la pequeña
diferencia bioquímica entre la hemoglobina normal y
la de las células falciformes. Por otra parte, el análisis de
la hemoglobina de las células falciformes contribuyó
de manera significativa al conocimiento de la estruc_
tura y función de la hemoglobina norm¿il y de otras
proteínas. Se pueden citar ejemplos análogos del be_
neficio recíproco entre bioquímica y medicina para el
resto de los temas pareados que se muestran en la fi_
gura 1-1. Otro ejemplo corresponde al trabajo pionero
de Garrod. un n.rédico en Inglaterra durante los prime_
ros años de1 siglo rr. Él estudió pacientes con diversos
trastomos re larivamente infrecuentes (alcaptonuria,
albinismo. cistrnuria y pentosuria; éstos se describen
en los últimos capitulos) y estableció que estos tras-
tomos tienen ongen genético. Garrod los designó como
errores innatos del metabolismo. Sus aportes pro_
porcionaron bases impoftantes para el desarrollo del
campo de 1a genérica bioquímica humanai
Esta interrelacrón entre medicina y bioquímica
presenta implicaciones filosóhcas importantes para
la primera. A medida que el tratamiento médico selun-
damenta con firmeza en un conocimiento de la bioquí-
mica
1
L'ttras ciencias básicas relevantes (p. ej., fisiolo-
gía. niicrobiología, nutrición), la práctica de la medicina
posee una base razonada que puede adaptarse para
incluir el nuevo conocimiento. Esto contrasta con los
cultos heterodoxos de la salud, que a menudo se basan
en p'oco más que mitos y buenos pensamientos y que.
generahrente, carecen de cualquier base intelectual.
LOS PROCESOS BIOQUíIU¡COS
NORMA¡-ES CCIN¡§TITLJYEN LA BASE
DE LA SALIJP
La Or"anización Mundial de la Salud (OMS) define la
salud como un estado de "completo bienestar fisico,
men:al r social, y no sólo como la ausencia de enfenle-
dades r. padecimientos". Desde un punto de vista es-
tnctamente bioquímico, la salud puede considerarse
como 1a siruación en que todas las miles de reacciones
lnt¡acelulares y extracelulares que se llevan a cabo en
e1 cuerpo. transcuffen a un ritmo apropiado a su máxi-
ma supen ivencia en el estado fisiológico. Sin embargo,
eslo .onstituye un enfoque demasiado reduccionista y
debe enf-atrzarse que la atención de la salud requiere
un amplio conocimiento de los principios biológicos,
psrcológicos y sociales.
La investigac¡ón bioquínnica
ha modificado la nutrlción
y la medicina preventiva
Un prerrequisito importante para la conservación de
Ia salud es una ingestión dietética óptima de diversos
químicos; los principales son las vitaminas, ciertos
aminoácidos y ácidos grasos, diversos minerales y
7

80. Figura 1-1. Elemp cs :3 a . .= .,: : ::-. ,,
bioquÍmicos de a parte s-3.':' :: - =:'.* =
. -
inversa, el análisrs de las er':--=-:.:' .- :.:
célulasfalciformesesuna en'er:-¿:=: -;-- -
-
agua. Debido a clue ei objeto dc estu.i,¡,r; .-: : --
.rr-.J,r
-. l: rr,Ltlición corresponde a los dtr e:':¡
-r
JSpeCtoS .i: :!tr-rs químicos, existen estrechas in-
terrelacione: enre ambas ciencias. Inclusive. a medlda
q'l- se procura abatfu los costos crecientes de la aten-
,.rn médica. se hace mayor énfasis en los intentos
::s¡emáticos para conselvar la salud y diferir la enfer-
aedad; es decir. en 1a medicina preventiva. Por tanto,
se enfatizan cada r ez más los criterios nutricionales
para, por eiemplo. prevenir la arterioesclerosis y el
cáncer. E1 maneio apropiado de la nutrición depende
mucho dei conu.cimiento de la bioquímica.
Todas las enfermedades
tienen una base bioquímica
Todas las enttmredades son r.nanifestaciones de anor-
malidades rnoleculares o de las reacciones y los proce-
sos químicos. En el cuadro 1 I se listan 1os factores
principales que originan ent'en¡edades en animales y
seres hunranos. Todos afectan una o más reacciones
químicas o moléculas cruciales en el organismo. Casi
todas las enf-ermedades analizadas en este texto se de-
ben a las causas 5, 7 y 8.
Se dispone de abundante información sobre las apli-
caciones de labioquímica en Ia prevención, diagnóstico
y tratamiento de cnfcrmedades; en el transcurso de este
libro se citan muchos ejemplos. Aqui se dan siete ejeur-
plos suscintos para ilustrar la amplitud del tema y
estimular el interés del lector. En los capítulos iista-
n dos en el cuadro l-2 hay más intbnr,ación sobre cstos
i$
Padecimientos.
BIOQUIMICA
MEDICINA
rne a la bioquímica y la medicina. El conocimiento de los compue#
conocimiento de las enfermedades mostradas en la mitad inferioñ a h
Iarece muchas áreas de la bioquímica. Obsérvese que la anemia de
aterosclerosis y la diabetes mellitus presentan componentes genéüm.
1 l L ¡,:r r'1 r¡b.jr'ttr .11- crlilsen'ar 1a sali.rd, los seres hu-
l:r::r¡,s ie3¡n ingeril divelsas moléci-rlas orgánicas
.t¡ir:irrr'.:¡> den.rminadas r riaminas. La deflcien-
...i. ::r l¡ dieta. de una vitanrina en pafiicular.
Crrnrlit¡irit3 ias leacciones en 1as cuales particr-
pa. E:t: situ¡crtin puede nranif-estarse como una
cntt:nretjad por deticiencia^ como e1 escorbuto
o el raquitismo rdcbidos a la falta de ingestión
de r itarninas C ¡ D. respectir.amente). El esclare-
cimiento de la ñlr.rción de las vitaminas o sris
derivados con actividad biológica cn las células
animales
1,
humanas constltu e una preocupación
de bioquímicos y nr.rtriólogos desde finales del
sigio xx. Una vez establecido que una enl'ermedaci
cs consecuencia de una de ticiencia vitamínica, es
razonable su tratamiento mediante la administra-
ción de 1a vitamina adecuada.
2) El hecho de que en África muchos vcgetales ca-
rezcan de uno o más de los aminoácidos esenciales
(es decir, aminoácidos que deben suministrarse
Cuadro 1-1 . Causas principales de enfermedad.
Todas las causas listadas actúan al influir sobre
varios mecanismos bioquímicos en la célula
o el cuerpo*
Ácidos
nucleims
A
Prote ínas
Y
': :':-^-:s
LÍpidos
t
I
I
ü
Arterio-
esclerosis
cl
,t,
1. Agentes fís¡cos: trauma mecánico, temperaturas extremas, cam-
bios súbitos en la presión atmosférica, radiac¡ón, descarga eléctnca
2. Agentes químicos, inclusive fármacos: ciertos compuestos tóxicos.
fármacos terapéuticos, etc.
3- Agentes biológ¡cos: virus, bacterias, hongos, formas superiores de
parás¡tos
4. Falta de oxÍgeno: pérd¡da de sum¡n¡stro sanguíneo, depleción de la
capacidad de la sangre para acarrear oxígeno, envenenamiento de
las enzimas oxidativas
5. Trastornos genéticos: congénitos, moleculares
6. Reacciones inmunitarias: anafilaxis, enfermedad autoinmunlta''¿
7. Desequilibrios nulrimentales: deficiencias, excesos
8. Desequilibrios endocrinos: deficiencias y excesos hormonaies
Adaptado con autorización de Robbins SL, Cotram RS 'l--:'
The Pathologic Basis of D¡sease,3rd ed. Saunde.s ' ?::
Carbohidratos

81. - ..--_-----:tt
(Capítttlo l)
Los números entre paréntesis corresponden a los números de
Mendelian lnheritance in Man (Herencia mendeliana en el hombre)
(véase Referencias); cuando no se lista número alguno, el trastorno
no aparece en ese trabajo, tal vez porque no es predominantemente
genético (p. ej., raquitismo, kwashiorkor, cólera) o porque se trata de
un proceso patológico (p. ej., ateroscleros¡s) opuesto a una entidad
patológica diferenciada.
en la dieta para conselvar la salud). ayuda a cxpli-
car 1a malnutrición debilitante (kwashiorkor) que
at-ecta a los Iactantes que clependen de tales vege-
tales como fuentes en la dieta principales de pro-
teínas. El tratamiento de las cleliciencias de
aminoácidos esenciales ticne bases razonadas, siu
embargo. no siempre resulta tactible. Consistc en
proporcionar una dieta equilibrada, con cantida-
des adecuadas de todos 1os arninoácidos esenciales.
3) Los esquimales de Groenlandia conslrmen gran-
des cantidades de aceites de pescado, abundantes
en ciertos ácidos grasos poliinsaturados, y se sabe
que presentan concentraciones plasmáticas bajas
de colesterol y una baja incidencia de ateros-
clerosis. Estas observaciones han estimulado el
interés en la utilización de los ácidos grasos
poliinsaturados para disminuir las concentracio-
nes plasmáticas de colesterol.
Las enfermedades por deficiencia vitamínica y
las insuficiencias de aminoácidos esenciales cons-
tituyen ejemplos de desequilibrios nutricionales
(cuadro I 1). Otro ejemplo podría ser la afierio-
esclerosis, pcro en ésta también pafiicipan otros
lactores importantes (p. ej., genéticos).
4) La falta de tratamiento del trastomo denorrinado
fenilcetonuria puede originar retraso mental gmve
cn lactantes. Desde 1953 se conoce la base bioquí-
mica de este padecimiento, quc es de origen genéti-
co y es consecuencia de la baja actividad o ausencia
de la enzima convefiidora del aminoácido feni-
lalanina en e[ aminoácido tirosina. Esto. a su vez"
aumenta la conccntración de fenilaianina en la
sangre y daña al sistema nerioso central en desa-
rrollo. Ci-rando se determinó la naturaleza bioquí-
mica de este daño en la fenilcetonuria. la enf'er-
meclad se pudo fÍatar, razonadamente. medi¿rnte
la administración a los lactantes af'ectaclos de una
dieta baja en f-enilalanina. Una vez que se dispu-
so de pruebas bioqi-rírnicas de dctección para el
diagnóstico de 1a f-enilcetonuria en el llomelrto
del r:racimicnto, se pudo iniciar de inmediato el
tratamiento eflcaz.
5) La fibrosis quística es un padecimienlo cie origcn
genético frecuente que afecta las glándulas sr-rdol.i-
paras exocrinas y ecrinas. Se caracteriza por secre-
ciones anormalrnentc viscosas, las cuales taponan
los conductos secretores del pár.rcreas y los bron-
qr-rio[os. Además, los pacientes prL-sL-r]tan concen-
tlaciones lnás elevadas de cloruro en el sudor. La
muerle suele ocurrir a una edad tcntprana ¿t con-
secuencia de inf-eccioncs pulmonares. En 1989 se
infolmó dcl aislamiento y Ia secuencia completa
dcl gen cilusante dc esfa enf-ennedad. El gen nor-
n-ra1 codilica a una proteina transmen.rblanal
(el regr-Llador de la conductancia transmembrana
de l¿r fibrosis quística), con una longitud de I 48t)
arninoácidos, que funciona como Lln canal dc clo-
ruro. Aproximadamente en 70o,,ii de pacientes con
flbrosis quística, la anormaliclad consiste en Lina
deleción de tres b¿rses en dicho gen. 1o que ori_srnr
r:na proteína transmembranal carente del amino-
¿ic ido núl-nero 508. un residuo de f-enilalanina. En
la acrualid¿id se investiga la manera en quc esta
deicción deteriora la función de la proteina trans-
mernbranal r, resulta en e1 moco excesivamente
espeso. Este importantc trabajo habrá de facilitar
1a detección de los porladores del gcn de la fibrosis
quística \. se espera, dé lugar a un tratamiento
más razcrn¡ido de 1a enfen¡edad que el existente
hasta cl montento. Por ejemplo, podrían diseñar-
se lánracos que corrijan la anorntaliclad en 1a
protL'ín¿ transmembrana; de igual manela" podr.ia
introducirse el gen nornral en ias células puh.r.tona-
res nrediante terapéutica génica. La fenilcetonuri¿
.v la fibrosis quística son ejempios de trastomos
genéticos (cuadro I 1).
6) Elaná1isis de los mecanismos de acción de 1a tori-
na bacteriana causantc del cólera ha proporciona-
do avances importar.rtes para saber cómo se origi-
nan las manilestaciones clínicas de la enlermedad
(diarrea abundante y pórdidas de sal y agua).
7) La diabetes mellitus prevalece en muchas partes
de1 mundo. Un aspecto ftrndantental de la diabe-
tes es una anormalidad de1 metabolismo de la
glucosa, clue resulta en arimento de las conccntra-
ciones sanguíneas de ésta (hiperglucemia). Se
reconocen dos tipos principales: el tipo I (insuli-
--=:-: -4 :.:_-:s g,e¡ptos de enfermedades
:-,:: :s:+-:s : :.:- -rcos se comentan en el libro
i:.- _-.:- Deficienciadeproteínadietética
Factores genéticos, dietéticos y
ambientales
28
=;-:e:cnuria
rlrtul 261600)
Principalmente mutaciones en el
gen codiflcante de la fenila¡anina
hidroxilasa
= Drosis quÍstjca
(MrM 219700)
Mutaciones en el gen codificante
de la proteína CFTR
65
Cólera Exotoxina de Vibrio cholerae 65
Diabetes me¡l¡tus
t¡po 1 (MlM
222100)
Factores genéticos y ambientales
resultantes en deficiencia de
insu lina
51, 65
7

82. B ioqttírnica.r' ¡r¡e¿ii.
Estos r .,.: .
1lll111r-f,1 ,-l- - ..:
l1lllJlI. I> .:l.-:.
alrrtl
:l
- ,. :l-
nodependiente) y el tipo 2 (no insulinodepen-
diente). Para comprender la diabetes mellitus y
tratarla efi cazmente, el médico deb e famlliarizar-
se con el metabolismo de la glucosa y los muchos
efectos de la insulina en el organismo humano.
nhnc acflrdinc hiarr¡rírninac aola¡qn
cimes ioiciales reálizadas por Garod sobre
queño de errores innatos del metabolismo
del decenio de 1900, estimularon la inves-
las vias bioquímicas afectadas por esos
Los esfuerzos por conocer la base de la
enfermedad gelética conocida como hip ercolestero-
lemi¡ familiar, que causa arterioesclerosis intensa a
rma edad temprana, han dado lugar a un progreso im-
porrante en el conocimiento de los receptores celulares
¡i los mecanismos de captura del colesterol al interior
de las células. Los estudios en desarrollo sobre
oncogeaes en las células cancerosas, han atraído la
atención hacia los mecanismos moleculares involu-
crados en el control del crecimiento celular normal.
:-...chos ejemplos positrles ilustran la
; : ;-srudio dc la enfermedad puede abrir
:: ia función celular para la investiga-
-., básica.
t ::..,¡,-i,ruari. descripciones concisas de los meca-
r-r1S1rrrS ¡irr!lLlinricos subyacentes en ntuchas en-
len¡redadcs. Sin embargo, los capítulos 63, 6zl y 65
descnber.r de rnodo específico las bases bioquímicas
de varios padecimientos importantes. En cl Apéndice
se comentan brevemente algunas consideraciones bá-
sicas utilizadas para inferpretar los resultados de las
pruebas bioquírnicas de laboratorio y lista 1as pmebas
de uso más difundido junto con los valorcs e interva-
1o-. nsrrt.,.r correspondientes. E1 propósito general
Je estos capítulos finales y del Apéndice consiste en
-, .,-rcler
¡. estin.rular a1 lector para que convierta el co-
-
- . rr-..r'Nto de la bioquímica en una práctica clínica
'
..:
:,:-. :l .',.radro 1 3 se resumen algunas aplicacio-
nr': r-:: r .:..-r,rs cle las investigaciones bioquímicas y
las :.--.:-,. :: l¡bor'¿rtorio en relación con las enfer-
Ire dira:) ::
..,. .1ir elsas secciones del Iibro se
ple ,ieniar;i :_;:: :-_,. .itcionales de muchas de cstaS
aplicat-ir.n:.
Cuadro 1-3. Algunas aplicaciones
de las investigaciones y pruebas de laboratorio
bioquímicas respecto a las enfermedades
Aplicac¡ón Ejemplo
'1
. Evidenciar las causas y los me-
canismos básicos de los tras-
tornos
2. Sugerir tratamientos razonados
de las enfermedades basados
en el punto anter¡or
3. Ayudar en el d¡agnóstico de
padecim¡entos específ¡cos
4. Actuar como pruebas de detec-
ción para el diagnóstico opor-
tuno de algunas enfermedades
5. Ayudar en la vigilanc;a de la
evolución (p. ej., recuperación,
empeoramiento, remisión o re-
caída) de ciertos trastornos
6. Ayudar en la evaluac¡ón de las
respuestas de las enfermeda-
des a la terapéutica
Demostración de ¡a naturaleza de
los defectos genéticos en la
fibrosis quística
Utilización de una dieta escasa en
fenilalanina para tratar la fenil-
cetonuria
Empleo de Ia enzima creatinacinasa
MB (CK-MB) plasmática en el
diagnóstico de infarto del mio-
cardio
Uso de la med¡ción de Ia tiroxina o
la hormona estimulante del
tirordes (TSH) sanguÍneas en el
diagnóstico neonatal de hipoti-
roidismo congénito
Utilización de la enzima plasmática
alanina aminotransferasa (ALT)
para vigilar la evolución de la
hepatitis ;nfecc¡osa
Empleo de la medición de¡ antÍge-
no carc¡noembrionario (CEA)
sanguíneo en c¡ertos pacientes,
tratados, de cáncer del colon
La bioquírlica es la ciencia que estudia las diversas
moléculas presentes en las células y los organismos
vivos. así como sLrs reacciones quírlicas. Toda vez que
1a vida depende de las reacciones bioquírnicas, la
bioquimica sc ha convertido en el lenguajc básico de
todas las e icncias biológicas.
La bioquímica se rclaciona con la totalidad de las
fbn¡as de i,'ida. desde vims y bactcrias relativatr-rente
sencillos, hasta 1os complejos seres humanos.
La bioquímica y la medicina están íntimamente
interrelacionadas. La salud dcpende de un equilibrio
armónico de las reacciones bioquímicas que se producen
en el organismo, y la enferntedad refleja 1as anormali-
dades en las biomoléculas y las reacciones o los
procesos bioquín.ricos.
Los avances en el conocimiento bioquímico aclaran
mlrchas áreas dc la medicina. A la inversa, el estudicr
de las cnfemedadcs pone de manif-rcsto aspectos" pre-
vianrentc insospechados, de la bioquímica.
Con frecuencia, los criterios bioquímicos son
fundamentales para csclarecer las causas de ias entir.-
medades así como para el diseño de las terapéuti,:;r.
adecuadas.
La utilización juiciosa de las diversas pniebas
bioquín"ricas de laboratorio es un compollente intc{r'.i'
del diagnóstico
¡r la vigilancia de1 tratantiento.
El conocimiento sólido de la bioquímica r de r.ir.,r.
discipiinas básicas intcmelacionadas. rcsuirr -LL: -..
mental para la práctica razonada de las cielrcr:r.
cas y de la salud. I
I
.a

83. (Capítulo I )
REFERENCIAS
Garrod AE: Inborn errors of metabolism. (Croonian
_
Lectures.) Lancet 1908;2:1,j3, 142, 214.
Kornberg A: Basic research: The lifeline of medicine.
FASEB I 1992;6:3143.
KornbergA: Centenary ofthe bith ofmodem biochemistrv.
FASEB J 1997;1t:t209
McKusick YA: Mendelian Inheritance ín Man. Catalogs
of Human Genes and Genetic Disorders,l2th ed. Johns
^ .
Hopkins Univ Press. lA9g. ¡466r.t iaterJ MlMl.
Online Mendelian Inheritance in Man (OMIM): Center for
Medical Genetics, Johns Hopkins University and
National Center for Biotechnology Infomation. Natio_
nal Library of Medicine, 1997. ht{:llwww.ncbi.ninr
nih.gov/omim/
(E1 número asrgnado a las entradas en MIM y OMf lVf se cita
en capitulos selectos de este libro. La consulta de esta
e !-n:a coiección de enfermedades y de otras entradas
reler antes
-proteínas
especificas, enzimas. etc._ ha_
bri dL- ampliar en gran medida el conocimicnto y
11
s-r¡nlprenSión del lector sobre los diversos temas referi_
J.,. r- s¡ms¡¡¿dos en e1 libro. La versión en la rccl se
:c¡ualiza casi diariamentc).
Scrir er CR et al. (editors): The Metabolic ancl llolecttlctr
Btses oJ htherited Disease, Tth ed. McGrau,_Hill. I 9g5.
illiams DL, Marks y:
Scientilic Founclation.s ol-
ts i o c h e m i s t rr- in C I i n i c a I
p
r a c t ice, 2nd etl. B utterwonir_
Heiner¡ann, 1995.

84. -=t¡¡-
^
¿
Biomoléculas y métodos bioquímicos
Robert K. Murray. l\,1D. PhD
".-ilD-rCCióN
- .:; :":iru1o tiene cinco objetivos. El primero consis-
. ::. -:j.car la composición del cuerpo y las clases
principales de moléculas presentes en éste. Dichas
:: ,- ;:'' .s Jrrntbmtan 1os temas más importantes de
, . ;;. '. : constituye la unidad principal, estrucfi-
ra1 ;' - *- : : i¡l de 1a biología. Casi todas las reacciones
químl;:. : '.: ¡ienen lugar en el cuerpo acontecen den-
tro de r:> .-:lulas. Por tanto, el segundo objetivo es
proprri.rL':.ri una relación resulnida de los compo-
nentes celulares y cómo pueden aislarse; Ios detalles
d¡ s,-s , *:..-r.¡nes ibrman la mayor parte del contenido de
r-Sii ii\ir¡.
ir. te¡cer objetivo se ref,iere a la bioquímica como
;,e::¡;¡ erperimental. Resulta impofiante comprender
r¡rr'.-iir el criterio y los métodos experimentales
ut..rz:dtrs :n broquímica para permitir que ei estudio
de :st: se con ierta en un ejercicio del aprendizaje
sistemático. \Iás aún. 1a bioquímica no es una estruc-
lura innutable de conocimiento, sino un campo en
evolución constante. Los avances, igual que en otras
áreas biomédicas, dependen del enfoque experimen-
tal y de la innovación tecnológica.
El cuarto objetivo es resumir, brevemente, los lo-
gros más importantes alcanzados en la bioquímica.
La perspectiva concisa de la ciencia que se presenta
a1'uda al lector a adquirir un sentido de la dirección
"eneral
del resto del libro.
El quinto objetivo consiste en exponer el conoci-
miento limitado que se tiene en ciertas áreas; por
ei emp1o. desan'ol1o, diferenciación, función encefálica,
cáncer r muchas otras enfermedades humanas. euizá
esto siñ a como estímulo para que algunos lectores
contribur an a la investigación en dichas áreas.
EL GUERPO HUMANO SE COMPONE
DE UNOS CUANTOS ELEMENTOS
QUE SE COMBINAN PARA FORMAR
UNA GRAN VAR¡EDAD DE MOLÉCULAS
Los elementos principales son carbono,
hidrógeno, oxígeno y n¡trógeno
Se ha determinado la composición elemental del cuer-
po humano; en el cuadro 2-1 se listan los hallazgos
más importantes. Los constituyentes principales de casi
todas las biomoléculas son carbono, oxígeno, hidró-
geno y nitrógeno. El fosfato forma parte de los ácidos
nucleicos y otras moléculas; en su forma ionizadatam-
bién se distribuye, ampliamente, en el cuerpo humano.
El calcio tiene una función importante en imumera-
bles procesos biológicos, y en la actualidad constituye
el centro de gran parte de la investigación. Los ele-
mentos listados en la tercera columna del cuadro tienen
diversas funciones. Lamayorparte se encuentra casi a
diario en laprácticamédica, al atender a los pacientes
con desequilibrios electrolíticos (K*, Nat, Cl- y Mg2*),
anemia por deficiencia de hierro (Fer*) y enfermeda-
des tiroideas (I-).
Las cinco biomoléculas complejas
principales son DNA, RNA, proteínas,
polisacáridos y líp¡dos complejos
Como se muestra en el cuadro 2 2, las principales
biomoléculas complejas presentes en células y tejidos
de animales superiores (inclusive los humanos) son
DNA, RNA, proteínas, polisacáridos ylípidos. Estas
moléculas complejas se construyen a partir de biomo-
léculas simples, las cuales también se listan. Los bloques
estructurales del DNA y RNA (conocidos en con-junto

85. 8 .
Bioc¡trínticct tle Horper
(Capítulo 2)
En el cuadro 2-1 se proporcionó la composición elemen_
tal del cuerpo humano. En el cuadro 2-3 se muestra la
composición química; los componentes principales son
proteína, grasa, carbohidrato, agua y minerales. El agua
es el componente principal, si bien su cantidad varía
mucho en los diferentes tejidos. Su naturaleza polar y
capacidad para formar enlaces de hidrógeno hacen al
agua perfectamente adecuada para funcionar como el
sohente del organismo; en el capítulo 3 se presenta
una descripción detallada de sus propiedades.
En ei siglo Xx. Schleiden
¡, Schu,ann, y otros pioneros
.Lrno \¡irchow, reconocieron a la céluia como la uni_
dad básica de la actividad biológica. Sin embargo, en
los años subsecuentes a la Segunda Guerra Mundial.
tres avances impulsaron un periodo de actitidad sin
paraleio en la bioquirriica r la biología celular.: i ) La
disponibilidad creciente de1 microscopio electrónico;
2) la introducción de métodos que pemiten disgregar
las células bajo condiciones relativamente benicnas.
en las cuaies conservan su función; y 3) la clisponlbi li-
dad, cada vcz mayor. de la ultraccntrifuga reliigeracla
de alta velocidad, qr-re genera fúerzas centrífugas capa-
ces de separar los constituyentcs de células rotas. sin
sobrecalentarlos. El uso clel microscopio electrónico
pr.rso de manifiesto muchos componentes celulares pre_
vianlente desconocidos o poco observabies. cn tanto
que la disociación y mptura seguidas de la ultracentri_
fugación. permitieron el aislamiento y análisis ín y,itro
de dichos componcntes.
Cuadro 2-3. Composición química normal
de un varón con peso de 65 kg*
Porcentaje
Proteína
Grasa
Carbohidrato
Agua.
lVlinerales
*
Reproducido con autorizac¡ón de Davidson SD, passmore
R, Brock
Cuadro
del
2-1. Composición elemental aproximada
cuerpo humano (base en peso seco)*
Elemento Porcentaje Elemento Porcentaje
Carbono
Oxígeno
Hidrógeno
Nitrógeno
Calcio
Fósforo
50
20
10
4
2.5
Potasio
Azufre
Sodio
Cloro
Magnesio
Hierro
Manganeso
Yodo
1
0.8
0.4
0.4
0.1
0.01
0 001
0.00005
.
Reproducido con autorización de West ES, Todd WR: Textbook af
Biochemistry, 3rd ed. Macmjllan, 1 961
como ácidos nucleicos) son los desoxirribonucleó-
tidos y ribonucleótidos, respectivamente. Los blooii:.
estructurales de las proteínas son los aminoácidos
I
,
polisacáridos se constrrlyen a partir de carbol,rid:..,. .
simplcs; en e1 glucógeno (el polisacárido pi :-. :.,
presente en los tejidos humanos), el carbohid:.:.. .. _
glucosa. Los ácidos grasos pueden consiilerlis. . r_--
los bloqr"res estructurales de muchos 1ípi.l..,.. : 1.;.
óstos no sonpolímeros de los ácidos gr-a:,,: r
_)\..
.i
RNA. proteínas y polisacáridos se denon:t:-_-,:- bi,_,p11¡¡-
meros. porque están integrados por.Lrni.i:;:: r-:.: ,1,:i
de sus bloques cstr-ucturales (troDolljü:r . --
.:-.,.-
las mencionadas conforman básicarl¡::.; ,r
":t
-:,::r.:l
prima de la vida"; la mayor parte de este libr
ca a describir sus diversas características bio
y sus bioques estfucturaies. Eit :¡t:::-,.... . - ¡ rrr{dt}is-
mos int'criorcs prcsentan las nti:n:].:r-.:, :¡r-Li¿: co-mple-
jaS, aunque cn cicrtos casos lrrs t.,,.1.r;: e:tlucturales
pucden dif-erir cie 1os r.nostra,lc,: .:: !-i cuadro 2-2. por
ejemplo" las bactelias iiLr crrtrt.i.te:t clucóseno o trisli-
céridos, pero posecn Lrrr,r:
l..lis.lü.r;.,.iu,
j
lípi.1orI-
Cuadro 2-2. Principales biomoléculas orgánicas
complejas de células y tejidos. Los ácidos ñucleicos,
las proteínas y los polisacáridos son biopolfmeros
constru¡dos a partir de los bloques estructurales que
se muestran. Por lo general, los lípidos no son
biopolímeros y no todos tienen ácldos grasos como
17.0
13.8
1.5
ot.o
o. I
JF: Human Nutr¡i¡on and D¡etet¡cs,Sth ed. Churchill Livingstone, i923.
t
El valor del agua varía mucho entle los diversos teji-dos y puede
ser tan bajo coño 22.5oA en el hueso sin médula. Et porceÁta;e Oel
agua también tiende a disminuir conforme se incrementa la grasa
corporal.
bloques estructurales
Biomolécula Bloque estructuralFunc,ones principales
DNA DesoximbonucleótidoMaterial
RNA Ribonucleótido Molde para la síntesjs
proteínica
Proteínas Aminoácidos Numerosas; por lo general
constituyen las molécu-
Ias de Ia célula que real¡-
zan trabajo (p. ej., enzimas,
elementos contráctiles)
Polisacárido
(glucógeno)
Glucosa Almacenamiento de energía
a corto plazo, como glu-
COSA
Lip¡dos Acidos grasos Numerosas; por ejemplo,
componentes de mern-
brana y almacenamiento
a largo plazo de energía,
como triglicéridos
7

86. --
Biomoléculcts y ntétoclo.s bíoquíntíct,. . . .
EI hepatocito de rata
las característ¡cas c(
de muchas células e
lra
res
iotas
Rettaulo
endoplásm¡co
I
Sibosorna
Citoesqueleto
l
l
,
l
En: afrgtra2 1 se muestra lm diagrama de la estruc-
tura de una célula hepática (hepatocito) de rata, que es
una de las más s5tudi¿das en bioquímica, en parte de-
bido a su disponibilidad en cantidades relativamente
grandes, a su adecr¡ación para estudios de fracciona-
miento y a la dil-ersidadde sus funciones. El hepatocito
contiene los organelos principales presentes en las
células eucariotas (cuadro 2J): núcleo, mitocondrias,
retículo endoplásmico, ribosomas libres, aparato de
Golgi. lisosomas, peroxisomas, membrana plasmática
v ciefios elementos del citosqueleto.
Para fraccionar células y a¡slar
moléculas intracelulares
y organelos subcelulares
se utilizan técnicas físicas
Con objeto de estudiar a profundidad la función de
cualquier organelo, primero se requiere aislarlo en una
forma relativamente pura, libre de contaminación sig-
nifi cativa por otros olganelo s. El proóeso aco stumbra-
do para lograr. esto se denomina fraccionamiento
subcelular y suele incluir tres procedimientos: extrac-
ción, homogenetzación y centrifugación. Mucho del
trabajo pionero en esta área se realizó con hígado de
rata.
A. Extracción
Como primera etapaparu aislar un organelo específico
(o molécula) es necesario exfraerlo de las células en que
se localiza. Casi todos los organelos y muchas biomo-
léculas son lábiles y pierden su actividad biológica;
por lo que deben extraerse bajo condiciones benignas
(es decir, con soluciones acuosas, al tiempo que se evitan
los pH y las presirnes osmóticas extremos y las tem-
peraturas altas). De hecho, la mayor pafte de los pro-
cedimientos para aislar organelos se realizan entre
0 y 4'C (p. ej., en un cuarto frío o con material conser-
vado en hielo). A temperatura ambiente pueden darse
pérdidas importantes de la actividad, en parle como
consecuencia de las diversas enzimas digestivas
lproteasas, nucleasas, etc.) liberadas por la fragmenta-
ción celular. Una solución de uso común para extraer
orsanelos es la sacarosa, 0.25 mol/L (isosmótica), ajus-
tada a pH de 7.4 mediante amortiguador de ácido
clorhidrico-TRiS (tris-
lhidroximetill aminometano),
0.05 mol L. con iones de K* y Mg2- en concentra-
eltri-,':anas a las fisiológicas; esta solución se
¡bitrariamente STKM (sacarosa, TRIS,de:-.a::-
-.,
.,
Miiocondria
Membrana I Peroxisoma
plasrnática
i
Citos0l
Lisosoma
Figura 2-1 . Representac¡ón esquemática de una célula he-
pática de rata con sus organelos principales.
magnesium). No todos los solventes utilizados para la
extracción son tan benignos como el STKM; por ejent-
plo, para ertraer lípidos y ácidos nucleicos se emplear:
solventes orgánicos.
B. Homogeneización
Para cxtraer un organelo (o biomolécula) de una c.!1 -.-
1a se requiere primero de romperla bajo condicrt,:-.:.
benignas. Los órganos (p. ej., hígado, riñón. encertrl,
su contenido celular pueden fráccionarse" con\'.i..-
tementc. a través del proceso de homogeneizacion. .:.
el cual una mano de llortero operada de modo ntanu¡.
o con un motor se hace girar en e1 interior de un tl'¡s;:
de vidrio de dimensiones adecuadas. que colttiene :::__-
mentos del órgano bajo estudio y un medi.:::,
hornogeinizar adecuado, como e1 STK\I L¡ i:,:- ,
controlada de la mano de mcrtero cjerce iii::.,,
:
-,
cánicas de fricción sobre las cólu1as r' ,¡. ,,-'
I
á
s
l.i.
,'ffi
Y'
l
i
I
ltrrt.r:1.. :'.:- J. . .-. :tgles \11.r.().!c. TRIS, l¡ctlitutt,

87. l0 , BioEitnico de Harper
(Capítulo 2)
C
más
'ndro
.24'
Principales organelos intracelulares y sus funciones. Sólo se listan las funciones
'mportantes
vinculadas con cada organelo. Alguías veces, en el organelo tienen lugar muchas
otras vías, procesós o reacciones
Sepuededef¡niraunorganelocomolaentidadsubcelular¡im¡ta¿apo,.,n","
3*,ii,'3lil3?13?;j;'*:::lli*ly::1,:::|:,'^:l*r-gr,ci9e¡ole1eto t"r;";"i;;;;Jrganeros sin embarso, se consideran en estecuadro junto con los orsanelos porque también sueren
"i.l;;;"-'.-"";;ñi,"á¡oi
.
"*iirij"""',i.;"J#§:";""[;XI#t:rr::"::l::t:#:""ff:::
:J:s;J:ffi;:r::'3,3,f11'"n
to''" pura un orsanero mediante un cicloáe centrirusá;;o;¿ireilncia¡; para obrener una fraccián pura a menucio
t L":""J:X""T"* c¡toesqueléticas pueden identificarse mediante microscopia electróníca o electrofores¡s de las proteÍnas caracterist¡cas que
para liberar los constituyentes en 1a sacarosa. La sus_
pensión resultante, que contiene muchos or.san¡los
lntactos, se conoce como homogeneizado.
C. Centrifugación
E.l subfiaccionamiento del contenido de un homogc_
neizado mediante centrifugación diferencial es un¿l
técnica de gran importancia en la bioquímica. El méto_
do típico utiliza tres etapas de centrifugación en sene
a diferentes velocidades sucesivarncnfe tnayorcs (fi_
gura 2-2'); en cada etapa se obtienen un sedimento l,
un sobrenadante. Este irltimo es objeto c1e centrifuge_
ción en la etapa siguiente. Con este procedirniento se
obtienen tres sedimentos dcnominados fiacciones nu_
clear, mitocondrial y microsomal. Ninguna contiene
organelos absolutamente puros. Sin embargo, mediante
e1 rnicroscopio electrónico y las mediciones con enzi_
mas y componentes químicos'.marcadores.. adecuados
rp cj.. DNA y RNA), ha quedado bien esrablecido que
,tr. c6¡s¡i1r',r.ntes principales de cada una de estas tres
-:¡.-ciones son núcleos, mitocondrias y microsomas.
:.'>:-ati amente. Una enzima o ,, ao*porrente quí_
l-':-¡¡ nt¡rcador" es aquel que se encucntra confinado.
..i:r e]:.-1uSt emente, a un organelo particular; por
etentr,l¡,. 1. ti.st¡rasa ácida en los lisosómas y el DNA
en ei nú.-l¡¡, ,
"-u¡rJir¡
l--1 l.
por
tanto, el.u..ádo. p,,._
de servir para indicar la presencia o ausencia de cual_
quier fracción particular del organelo en el cual está
contenido. La fu¿cción microsomal (microsomas) con_
tiene sobre todo r¡na mezcla de retículo endoplásmico
liso, retículo endoplásmico rugoso (es deciq retículo en-
doplásmico con los ribosomas adheridos) y ribosomas
libres- El contenido del sobrenadante finai correspon_
de aproximadamente al de la savia celular (citosol).
t-as modificaciones de este criterio básico con el empleo
de medios de homogeneizacióndiferentes,
o protoco_
los o máodos de cenhifugación distintos
$t. ej-.,utilizar
gradientes continuos o discontinuos de sácaiosa) han
permitido aislar formas más o menos puras de todos
los organelos mostrados en la figura 2-l y listados en
el cuadro 2-4. El esquema descrito se aplica, en general,
a casi todos los órganos y las células; sin embargo, los
fraccionamientos celulares de este tipo deben válorar_
se con mediciones de marcadores enzimáticos y
químicos y con el microscopio electrónico, hasta que
el procedimiento general pueda considerarse noñna_
lizado.
,
Esindispensable etfatizarlagranimportanciade
los estudios de *accionamiento subcelular en el de-
sarollo de la bioquímica y Ia biología celular. Ha sido
uno de los componentes más imporfantes del criterio
experimental (véase después) y
-en
gran medida a
Organeloofracción*
| Uarcador
Funciones principales
Sitiodeloscromosomas
%
Sitio de Ia síntesis del RNA dirir
Ciclo del ácido cí,r,.o, ,orror,,""P
Núcleo
DNA
Mitocondria Deshidrogenasa glutámica
Ribosoma* Abundante contenido de RNA Sitio de ta síntesis de proteínas (traducción det ,nr.lA
"nl.G*J-
Los ribosomas uniCo., t"
tesis de proteÍnas dei RE
Síntesis de var¡os lípidos
Oxidación de muchos xenobióticos (citocromo p450)
Sitio de muchas niOro
degradación)
Transporte de *olé"rlu.
"lAdherencia y comunicaclón intercelulares
Distribución intrr."lrlu, O" t", pffi
Reacciones de glucosrlación
Reacciones de sulfatación
Retículo endoplásmico
(RE)
Glucosa-6-fosfatasa
Lisosoma Fosfatasa ácida
Membrana plasmáticaNaLK. ATPasa
5'-Nucleotidasa
Aparato de colgi Galactosilo transferasa
Peroxisoma Catalasa
Ácido úrico oxidasa
Degradación de cierios ácidos grasos y aminoácidos
Producción y degradación de péróxido de hidrógeno
Mi"rofitrr"nto.. rni"rotú br¡o.,lErnilGIGñIiiol
Enzimas purc r, grr"ótir§iinGiJGTitolESo-
Citoesqueleto* No tiene enzima marcadora específlcar
Citosol" Deshidrogenasa láctica
7

88. -llllllltl-
Biomoléculcts y métodos bioquíntico: ¡
600 9
x l0 nrin
§obrenadante (1)
15,ü00 I
xSmin
-"'-'-.-'-.--'''----
Sobrenadante (2)
105,000 g
x 60 min
-'-'..---.''.-_'
Fracción
mitocondrial
§obrenadanie (3)
F.acc¡ón
microsomal
F gura 2-2 !s:-ema de ia separaciÓn de las fracciones subcelulares med¡ante centrifugación diferencial. El tejido
-:-:13'e za.: Q ei higado) se somete a una primera centrifugación a baja velocidad de lá cual se obtiene la fracóión
^-:.¿t co^:3fe-ucieosycélulasíntegras) yunsobrenadante('1),quesedecantaysesometeacentrifugaciónavelocidad
^:e"nec a era co:ener la fracción mitocondrial (contiene mitocondrias, lisosomas y peroxisomas) y uniobrenadante (2).
:sie se decanie ,' se somete a centrifugación a alta velocidad para obtener la fraccién microsomal (iontiene una mezcla de
r Dosomas libres y reiÍculo endoplásmico liso y rugoso) y la solución final transparente del sobrenadánte (3). Este conespon-
de, aproxrmadarnente. al crtosol o savia celular. Mediante diversas modificaciones a este procedimiento básico, por lo general
resulta posible alslar cada organelo celular en forma relativamente pura.
Horxogeneizado
consecuencia de su apiicación- sehan elucidado las
funciones de los organelos indicados en eI ctadro 24.
La información sobre dichas funciones, resumida en
este cuadro, representa uno de los logros principales
de Ia investigación bioquímica (véase después).
EL CRITERIO EXPERIMENTAL TIENE
TRES COMPONENTES PRINCIPALES
Los componentes principales del criterio experimen-
tal utilizado en bioquímica son: l) aislamiento de
biomoléculas y organelos (véase Centrifugación, an-
tes) presentes en las células; 2) determinación de la
estructura de las biomoléculas; y 3) análisis, mediante
diversas preparaciones, de función y metabolismo (sín-
tesis y degradación) de las biomoléculas.
1) Aislamiento de biomoléculas
Como en los organelos, elucidar la función de cualquier
biomolécula requiere que primero se aísle ésta errfor-
ma pura. El cuadro 2-5 lista los métodos principales
utilizados para separar y purificar biomoléculas. En
esta parte de1 libro no se dan detalles sobre estos mé-
todos: algunos se describen brevemente en otras
secciones. Casi siempre se necesita una combinación
y el uso sucesivo de varios de dichos métodos para
purificar una biomolécula hasta la homogeneidad (li-
bre de contaminación por cualquier otra biomolécula).
Es importante apreciar que los avances en bio-
química dependen del desarrollo de nuevos métodos
de análisis, purificación y determinación estructural.
Por ejemplo, el campo de la bioquímica de los lípidos
aceleró su avance debido a la introdr-rcción de las cro-
matografías de gasJíquido y en capa fina. El análisis
de las proteínas de la membrana y de muchas otras,
resultaba demasiado dificil hasta antes del desarrollo
Cuadro 2-5. Principales métodos utilizados
para separar y purificar biomoléculas*
Fraccionamiento salino (p. ej., precipitación con sulfato de amonio)
Cromatografía
En papel
De intercambio iónico (intercamb¡o aniónico y catiónico)
De afinidad
En capa fina
Gaslíquido
Líqu¡da de alta presión
Filtrac¡ón en gel
Electroforesis
En papel
De alto voltale
En agarosa
En acetato de celulosa
En gel de almidón
En po¡iacrilam¡da
En poliacnlam¡da y dodecilsulfato sódico
Ultracentrifugación
*
Casi todos estos métodos son adecuados para analizar los comgc-
nentes presentes en extractos celulares y otros maier,a:.
bioquímicos. El uso secuencial de varias técnicas suele perr: -
=
purificación de la mayor parte de las biomoléculas. para :s ::=
=:
acerca de cada una deéstas, se refiereal lecior a lcs :-:= :::-:
métodos de investigacrón bioquímica.

89. 12 .
Bioquímica de Harpet
(Capítulo 2)
de la electroforesis en gel de poliacrilamida_dodecil_
sulfato srídico (EGPA_SDSI la introducciá, ¿"t ¿"-
tergente.SDS permitió la..solubilización,,, y lu srbs"_
cuente electroforesis de muchas proteínas q* ..u, .ari
insolubles. El desarrollo de méiodos fr.á!1""u.n_
ciamiento y clonación_del DNA t u t"nlJo,rn irrpu.to
revolucionario sobre el estudio de los ácidos nlcleicos
y la biología en general.
2) Determinación de la estructura
de las biomolécutas
Una vez que se purifica una biomolécula, es necesario
oerefinlnar su estructura. Esto permite efecfuar corre-
laciones detalladas entre la
"rt*lt"*
V n r"iá". gn
"f
cuadro 2-6 se listan los métodos prlí.ipái.J'r.uOo,
paraanalizar la estructura de las biómoléi"iár. br 1"._
tor con algún conociml'ento de quimica o.elrr;"u to,
encontrará familiares. La especif,rci¿a¿, coñoci¿u, A"
ciefias enzimas, las convieri" ." t
"ou-i""á-,
poa"_
rosas para elucidar las características estructurales de
ciertas biomoléculas. La mejoría
""
fu i"rojr"ilr, fo_
grada por los avances teórióos y t"";;i¿;i;;r, nu".
cadav.ez más de la espectrometiía de
^í*.
u ¿" fu
esfie-ctro_scopia de resonancia ma gnética níclear
(RMN) los métodos de elección pu?u 1u a.t".-_u
ción, estructural. por
ejemplo, .ri iu-u.tüfi¿u¿,
".
posible elucidar la estruiturá ¿á -".¡ur
piot"iru. u.l
como de las cadenas de carbohidratos.^ti.muáu_.r_
te complejas presenres en cjerras biomolécuñ eomo
ras grucoproternas.
mediante la espectroscopia de
RMN de alta resotución. ra hrormaáá"
-árái,"rr"_
da sobre ta estructura de las biomál¿;;ü;;; áá,i"o"
por la difracción y la cristalografíu á. .u_, X. E'f
empleo de taies técnicas resultó crucial para revelar 1a
estrucfura detallada de varias proteinas y enzimás, así
como la nabxaleza de doble hélice del bXÁ.
-
3) Análisis, mediante diversas
preparaciones,
de función
y metabolismo de las biomoléculas
Al inicio, la investigación bioquímica en seres hu_
manos y animales se realizó erel animal completo.
Ejemplos de ellos son los estudios ,obr" iu."rpirl"ion
Cuadro 2-6. principales
métodos utilizados para
determinar tas estructuras de tas bi;r"t¿;,il;;
y el destino de los compuestos ingeridos. pronto
se
evidenció que el animal completo
""s
d.muriudo.o__
plejo para obtener respuestas áefinitivas a muchas pre_
_quntas. En concordancia con esto, se desarrollaron
preparaciones in vitro más sencillas, Ias cuales obt ia_
ban muchas de las complicaciones énA"ntu¿a, .or,
"ta¡imal completo. El cuidro 2_7 resume 1o, ¿ir..ro,
tipos,de preparaciones
disponibles en 1a actualidad para
estudiar los procesos bioquímicos; casi todo; los co_
nocimientos presenlados en este Iibro se obtuvieron a
partir del uso de dichas preparaciones. Los temas en
la lista apar-ecen en orden decreciente a. .o*fl.¡iauA.
Así corno emplear el animal completo tiene sus des-
ventajas. 1os demás métodos tambien presentan
limitaciones. De la utilización de criterios ir'ritn,, pte_
den derivar resultados erróneos (artiiiciás.¡; por
ejemplo, ia homogeneización
Ae las c¿tutas ii¡eru
enzlmas que pueden digerir parcialmente las molécu-
las celulares.
rARA
ESTUDTAR LOS PROCESO§
Bioeuír\dtcos sE Apt_lcAN n¿úéÉos
ENFOQUES
Gran parte de este libro trata sobre procesos bioquí_
micos.complejos (p. ej., síntesis d. protelnr-r'. .on_
tracción muscular), entre los que se :nclLi-, -n
f u. ,iu,
mctabólicas. que se define uomo unr ..n.i d_ rcaccio_
nes catalizadas por enzimas. que sinterizan un com-
puesto más complejo a parlir de uno o ¡.iás compuestos
más senciilos o bren. se encar_qan de 1a degradaiión de
lm compllesto hasta su producto f-inal. Es posible infe_
rrr a panir de las obsen.aciones realiza¿ur'.,
"i
u*rrut
completrr. ia eristencia de un proceso bioquímico com_
¡leto ,. de ciertas r.ías rnetabólicas. por
.j._plo, tu
,:b:er a¡ión directa de otros hombres, io¿i* q'r. to.
llu..-ulos se contraen. Se sabe que la glucosa sirvé como
ruerre de energía para los se.ei huñunos y otros an1_
¡'.ales: por tanto, se puede infedr sLr aeg.aáaciOn
meraboiismo) en el cuerpo para obtener en-e.gia. Sin
embargo. para conocer por completo cómo es'que las
i. iLrlr. h rrmanas metabol izan a la glucosa _y.i
.'o,lo.i_
mrenro al respecto dista mucho de iompletaÁe_'se re_
qr.uere aná1isis a diversos niveles. La figura 2_i muestra
\.anLrs ripos de observaciones y análisiír.qr.ri,lo, pu.u
coniprender. cala]mente. los procesos bioquín_ricos como
ra oe-sradaclon rmcral de lagh-rcosa para obtener energía
(proceso conocido como glucólisisj. Et esquerna mos_
trado se aplica, en general. a todos 1o. p.o..ros úioqui_
inicos principales descritos en el libro
ip. .¡,,jUOririr,
oxidación del ácido graso); por tanto,'rei."-..rrru
urru
estrategia general para elucidar tales proéesor_r; t i.,
no slempre resulta relevarrle cada uno de los puntos
listados.
Análisis elemental
Espectroscopias
ultravioleta. visible, infrarroia v de RMN
trmp¡eo de hidról¡sis ácida o alcal¡na pa"a áegraOai á biomolécula
, ,,
bajo estudio hasta sus constituyentes
Oas¡co's
uil¡rzacton de una batería de enz¡mas.de.especiflcidad
conocida para
degradar Ia biomolécula baio estudio (p. ej., proteasas,
nucleasas,
glucosidasas
)
Espectrometría de masas
Métodos específicos de secuenciamiento (p. ej., para proteínas y áci-
dos nucleicos)
Crrstalografia de rayos X
I

90. _-
BiomolécuIcts r' ¡i l.i¡,,,;
Cuadro 2-7. Jerarquización de las preparaciones ut¡lizadas para estudiar procesos bioquímicos
Método Comentarios
Estudios en el animal completo Estos estudios pueden incluir
1
) extirpación de un órgano (p. ej., hepatectomía)
2) modif¡caciones de la dieta (p. ej., ayuno-alimentación)
3) administración de un fármaco (p. ej., fenobarbital)
4) administración de una tox¡na (p. ej., tetracloruro de carbono)
5) utilización de un animal con una enfermedad específica (p. e1., diabetes mellitus)
6) uso de técnicas complejas, como espectroscopia de RN/N y tomogralía por emisión de positrone=
A menudo, los estud¡os a este nivel son fisiológicos, pero pueden ser difíciles de ¡nterpretar deb,c: : .
interpartic¡pación de los órganos mediada por la circulación y el sistema nervioso
Organo aislaco'"' c€í,^i aO En particular resultan adecuados higado, corazón y riñón.
Este método permite estudiar un órgano l¡bre de la influencia de otros órganos o del sistema nervrosc
El empleo de la perfusión suele asegurar Ia conservación de la función del órgano al menos durante va.:s
horas
Se han utilizado especialmente los cortes de hígado
Aparta el corte del órgano de otras influencias, pero las preparaciones tienden a deter¡orarse en el trañscu.-
so de pocas horas, en parte como consecuencia del suministro inadecuado de nutrienles
1
) Aplicable sobre todo en células sanguíneas, las cuales pueden purif¡carse con relativa facilidad
2) En muchas áreas de la biologia es indispensable Lrsar células en cultivo de tejido
1
) Asegura una preparación libre de células
2) Pueden añadirse o ret¡rarse componentes específ¡cos (p. eJ., mediante diálisis) y estudiar los efectos
correspondientes
3) Puede subfraccionarse por centrifugación para obtener organelos celulares individuales
{sramienro c€ c-g:-e:s
=l.lares
Se utiliza ampliamente para estudiar las funciones de mitocondrias, retículo endoplásmico, ribosomas, etc
Subfraccioear a-:: Se emplea mucho; por ejemplo, para estudiar la función mitocondr¡al
Ars a" ¿'': ::-ji:-j---:- o¡ oe
meie:a 1:: ,
=-- -:S
Una parte vital del análisis de cualquier reacción o vía química
:e e.]ztmas y
i.='-.iros puntos importantes del cuaclro 2 1 y de
-' --:,-:¡ I I ameritancomentarios: 1) Paracompren-
J;: :. ::Lr.'iso inolecuiar y! a pesar de la posibilidad de
::.--...,-,>. -s absolutamente necesario aislar e identifi-
Ji:, :t, -r-Il]t;l L¡'.Lfi]. Cada Componente de un proceso
l-a,cLirr-Ilt.rr. Iás adeLante se presentan muchos ejem-
plos. 1t Tambien es importante poder reconstrs¡ in
lirlo e1 proceso bajo estudio, mediante el reensamble
sistemático de sus componentes individuales. Si el
proceso no funciona una vez reensamblado, una expli-
cación corresponde a que no se ha identificado algún
componente crucial y éste no se ha incorporado en el
reensamblado. 3) Los avances tecnológicos recientes
(p. ej., espectroscopia por RMN y tomografía por
emisión de positrones [TEP]) penniten detectar cier-
ta: biomoléculas en el órgano completo y vigilar los
.-:r:rbios temporales en la cantidad de tales biomo-
-¡;-.,¡s. Estos avances indican que cada vez es más
:.:.r.e :.irlizar análisis complejos de muchos proce-
s.,s 1 -.,. *r]nic os 1r7 yiyo. 4) Una vez que los resultados
c¡b t:n, i.. s r.n e Jiante diferentes criterios son constao-
tes. se tus¡iIl..r .oncluir que se ha lograclo un progreso
real en 1a cot.n¡reri.ión de1 proceso bioquímico bajo
estudio. Si se obtienen inconsistencias impofiantes al
El aislamiento de un gen clonado es fundamental para estudiar los detalles de su estructura y regulación;
también puede revelar la secuenc¡a de aminoácidos de Ia enzima o la proteína a las cuales codifica
aplicar varios criterios, deben investigarse sus causas
hasta obtener las explicaciones racionales. 5) Las prepa-
raciones y los análisis descritos pueden utilizarse
para estudiar los cambios bioquímicos en animales con
estados metabólicos modificados (p. ej., ayuno, alimen-
tación), o con enferrnedades específicas (p. ej., dia-
betes mellitus, cáncer). 6) Casi todos los métodos y
criterios señalados pueden aplicarse al estudio de cé-
lulas y tejidos humanos normales y enfermos. Sin
embargo, debe tenerse cuidado de obtener el material
necesario en estado fresco y debe ponerse particular
atención a las consideraciones éticas relativas a la ex-
perimentación en seres humanos.
Los isótopos rad¡activos y pesados
han contribuido a la explicac¡ón
de los procesos bioquímicos
La introducción de1 uso de isótopos en la bioquímica
en el decenio de 1930 tuvo un impacto drástico, por
1o que requiere mención especial. Antes de su empleo
resultaba dificil "marcar" las biomoléculas y dar se-
guimiento a sus destinos metabólicos. Los estudios
pioneros, en parlicular por Schoenheimer 1'colatr-

91. t4Bi,ttttt t¡ ¡.
';
,i: H;ii'¡tct
(Capítulo 2)
lnferir la existencia de un proceso bioquímico o de una vía
meiaból¡ca a partir de las observaciones realizadas a n¡vel
del animal completo
Analizar los mecanismos de control in vivo
Figura 2-3. Esquema de la estrategia general utilizada para
el análisis de un proceso bioquÍmico o vía metabólica. Los
criterios utilizados no necesariamente deben realizarse en
la secuencia precisa en que se listan. Sin embargo, por lo
general con su utilización se elucidan los detalles de un pro_
ceso o vía bioquímicos. Por tanto, el esquema aplica a un
nivel general para todas las vías metabólicas principales
comentadas en los capíiulos subsecuentes del texto.
radores, utilizaron ciertos isótopos estables (p. ej., D,.
Nls) y §u detección mediante espectrometría de masas
para resolver muchos problemas bioquilicos. por
ejemplo, es posible la síntesis de ciertos aminoácidos.
azúcares y ácidos grasos qlle contengan una cantidad
adecuada de isótopo estable y, en seguida, adminis-
trarlos a un animal o agregarlos a una preparación in
vitro para dar seguimiento a sus destinos metabólicos
(p. ej., vidas medias, conversión a otras biomoléculas).
Los compuestos marcados con isótopos estables ade-
c¡1dos, se utilizaron para investigar muchos aspectos
del metabolismo de proteínas, carbohidratos y tiplaos.
A partir de tales estudios, se demostró que el métabo-
lismo es un proceso muy activo y que casi todos los
compuestos en la célula están sujetos a síntesis y de_
gradación continuas, si bien a velocidades muy
diferentes. Estos hallazgos fueron resumidos por
Schoenheimer como "lanafuraleza dinámica del me-
tabolismo".
La introducción subsecuente de isótopos radiac-
tivos y de los inskumentos para su medición también
resultó muy importante. En el cuadro 2-8 se listan los
principales isótopos estables y radiactivos utilizados en
sistemas biológicos. Su empleo es fundamentalpara
el desarrollo de cadaítteadela bioquímica. En su apli-
cación se apoyan mucho las investigaciones in vivo e in
r,frro de biomoléculas complejas y sencillas. También
dependen de dicho uso, los enormes avances alcanza-
dos recientemente en el secuenciamiento de los ácidos
nucleicos y la medición, por radioinmunoanálisis,
de cantidades muy pequeñas de compuestos presentes
en los sistemas biológicos.
EN BIOQU|TU¡CN SE HAN LOGRADO
AVANCES I M PORTANTES, MUCHOS
RELEVANTES PARA LA MED¡CINA
En los párrafos siguientes y,en el cuadro 2-9 se resu-
men los avances más importantes realizados en el
campo de la bioquímica, en particular de la bioquímica
humana. Buena parte de este libro amplía los temas
gue aquí se listan.
1) Se determinó la composición química general
de las células, los tejidos y el cuerpo; se aisla-
ron los compuestos principales presentes y se
establecieron sus estructuras.
2) Se conocen las funciones de muchas biomolecu-
las sencillas, al menos a nivel general; esto se
describq en el libro. También si establecieron
Localizarlo en uno o más órganos
Localizarlo en uno o más organelos celulares
o fracciones subcelulares
Delinear la cantidad de reacó¡ones en las cuales participa
Pur¡ficar los sustratos, productos, enzimas y cofactores,
u otros componentes indlviduales de tal proceso o vía
Analizar los mecan¡smos de conlrol in vitro
Establecer los mecanismos de la reacción en la cual participa
I
lsótopos estables lsótopos radiactivos
D2
N15
o18
H3
P32
s35
Ca35
1,125
1131

92. Biomoléculas I nler.) ii
Determinación de las estructuras de muchas
bromoléculas (p. ej.. proteínas. DNA. RNA)
Elucidación. al nrencs
"a,.ai.Ce
lasfuncio-
nes Ce ñ!chas ¡:ñ5ie:ulas
A slariienic r ss:a: e: ''t"tiento de la función
ce ios p.lrc ca es :iganelos celulares
Anál,s,s c: : ¿s:-,::tra y función de enzimas
:-:: ¡e ias vías metabólicas y sus
l.:=-- -¿3¡ón de los principios más impor-
:¿-::s :s ia regulación metabólica
l:::-'¡rnación de los principios más impor-
=::es
de la bioenergética
ir:oximaciones detalladas de la estructura
,r lunción de la membrana
Elucidación de los mecanismos generales
de la acción hormonal
11. Aproximaciones detalladas de las bases
moleculares de muchas enfermedades
I a 1'1, 39
63 a 65, varios
Cuadro 2-9. Resumen
más importantes en
de los avances
bioquímica*
" Muchos avances son logros o contribuc¡ones de los científicos que
trabajan no sólo en b¡oquímica, sino en otros campos de la b¡ologÍa
(genét¡ca, biología molecular, fisiologÍa, química, medicina, etc.), pero
todos pueden incluirse en el campo de la bioquímica en la medida
que se refieran a las moléculas presentes en las células vivas.
ias funciones de las principales biomoléculas
complejas. De gran interés resulta el conoci-
miento de que eI DNA constituye el material ge-
nético y que transmite su información a un tipo
de RNA (RNA mensajero, mRNA), el cual, a su
vez, dicta la secuencia lineal de los aminoáci-
dos en las proteínas. El flujo de la información a
partir del DNA puede representarse de modo
conveniente como DNA + RNA -+ proteína. Sin
embargo, se conocen excepciones importantes
en algunas de las aseveraciones atlteriores. El
RNA es el material genético de algunos virus.
Adcmás, en ciertas circunstancias, la informa-
ción del RNA puede transcribirse ai DNA; este
proceso se conoce como transcripción inversa
y la uttliza, por ejemplo, el virus considerado
como causa del SIDA (virus-l de la inmuno-
deficiencia humana, HIV- 1 ).
3) El logro de la tecnología del DNA recombinante
constituye un pafteaguas, porque revolucionó
e1 esrudio de la estructura y función génicas y
Ilene un fuerte impacto sobre todos los campos
de 1a biolosía. inclusive la medicina.
,l)
Se arslaron 1os prLncipales organelos de células
arlimales v se establecieron sus funciones más
importantes.
5) Se demostró que casi todas las i3.:. - i:, - -,:
ocllrren en las células se catalizan l - I ;r _ - -:
muchas de éstas se puriflcaroll 3Sr.-l :r
se pllso de manifiesto las caracteristrai: -: :
rales de sus meclnismos de acciórr. .l-r:'* , . -.
todas la: enzitnas son protcinas. en l¡ .i-.-..
dad está llrmemente establecido que .13.:i
moléculas del RNA (ribozimas) tambrén t.;:'.-..
actividad biocatalítica.
6) Se delinearon las vías metabólicas involucra...
en la síntesis y degradación de las principar:.
biomoléculas sencillas y complejas. En
-eene-
ral, se encontró que la vía de la síntesis de un
compuesto difiere dc la correspondicnte a su
degradación.
7) Se esclarecieron diversos aspectos de Ia regu-
lación del metabolisrno.
8) Se reconocieron las características generales
de la manera en que las células consefl/an y uti-
lizan la energía.
9) Se conocen muchos aspectos de la estructura
r-
flinción de diversas membranas presentes en las
células: sus colrlponentes principales son pro-
teínas y lípidos.
10) Se dispone de abundante inlormación general
sobre cómo actuan las principales hormonas.
1l) Se descubricron las bases bioquímicas de mi.t-
chas enfermedades.
Si bien es importante saber que existe abundante in-
formación bioquímica, también lo es apreciar lo poco
que se conoce en muchas áreas. Quizá los dos proble-
mas principales a resolver, se refieran al establecimiento
de las bases bioquímicas del desarrollo y la diferen-
ciación del encéfalo. así como a la función de éste.
Aunque está bien establecida la naturaleza quimica de1
material genético, casi nada se sabe de los mecanis-
mos que activan o desactivan los genes eucariotas
durante ei desarrollo. La comprensión de la regula-
ción génica también constituye un área crucial para
entender cómo se dif-erencian las células y cómo se
transforman en cancerosas. El conocil¡iento de la di-
visión y el crecimiento celular
-noffnal
y maligno-
así como de su regulación es todavía muy limitado.
Virlualrnente nada se sabe de las bases bioquímice.
de los fenómenos neurales complejos, como el estado de
conciencia y la memoria. Asimismo se dispone de mur
poca información sobre los mecanismos de 1a sccle-
ción celular. Apesar de algún progreso se desconocelr
las bases moleculares de casi todas las cnlelrredadi:
genéticas, pero la disponibilidad de 1a tecnoloqi., -:-
DNA recombinante sugiere que habrá 3\.e1tCr': t. .
bles en esta área durante los años sirruieni:. , .,

93. l6 ' 8,,.;, ,i
- .; -;. ii,ii'¡t¡i'
(Capítub 2)
año l[)U] o anres se dispondrá de la secuencia clel
senoüta humano; la información generada por esta
ma_qra tarea tendrá un impacto enofine sobre ia biolo_
-eia
humana, y la medicina.
RESUMHN
Los constituyentes principales de casi todas las biomo_
teculas. son carbono. oxígeno. hidrógeno y nitrógeno.
19:más
rcs.utran de gran imporrñrcia liorág;.u y
ll.d,¡3,
calcio. fósfo¡o. potasio, sodio, cloro, ñogrr._
slo..hrerro. manganeso, yodo y ciertos elementos
adicionales. L-as principaiés moiéculas p..r"nt.. .,
celulas y tejidos son: agua, DNA, RNÁ, proteínas,
polisacáridos y lípidos.
La célula es la unidad básica de la biología. Con_
tiene diversos organelos que desarrollanti,r".ru,
tuncrones cspecializadas. y pueden aislarse medianre
fraccionamiento subceluláq para estudiaruu, irn.lo_
nes con detalle.
El progreso en bioquímica ha dependido del aisla_
miento de las biomoléculas celulares y la determinación
de sus estructuras así corno del anállsrs de su lunción
y metabolismo. Para investigar la estructura, función y
metabohsmo de las biomoléculas se han utilizado mu_
chos enf-ogues que van desde el animal completo hasta
el.gen aisla.do. Fn particular, el empleo de isótopos es_
tables v radiactivos ha tenido gran irnportancia para
e1
r ancc del coiiocimiento bioquimico.
La lepresentación
Transcripción
Traducción
DNA ------------) RNA_--____________j> proteina
resume el ntóvil de gran parte del esfuerzo contempo_
ráneo de 1a bioquímica. Sin embargo, se han lográdo
nrLr!rtü. urros avances en cl conocimiento bioquiinico.
colltL) lA determinación de la composición corporal y
el entendimiento parcialde las estructuras y funciones
de enzirras. homronas y membranas. Se han descu_
bient¡ ias bases bioquíriricas y genéticas á" *r"lru,
enternredades, y la aplicaciónreiiente de la tecnolo_
gia de1 D\A recombinante, ha acelerado enomemente
el prtruleso en esta área. A pesar de todo, queda rnu_
ch¡r pr¡r¡ conocer; Ios retos principales para'el futuro,
inclur en el mapeo del genoma hu,.,rano y la obtención
de 1a erphcación r¡olecular de los mécanismos rn_
r oluc¡ados en el desarrollo, 1a diferenciación v la
fLrnt' r,'n ence lál icas. I
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Biochemistt..t. -lth cd. Cambridge Univ press.
199_i

94. -
Agua y pH
Victor W. Rodwell PhD
' - - :: ; :,rtt.lio se centra, sobre todo, en las pro-
- : - :- :; .,_r-l:,i. inch-Lyendo los conceptos dc pFI y
- - -- . j-..-e
ios conceptos de enlaces y fuerzas
. .
-.::.
¡n1ace_q electrostáticos. interacciones
: .:.r.: .lrlalentes y de hidrógeno. cumplen
'.
r - - , .:: :lttrléculas polares presentes en las cé-
: : _ . ; ,.
:.Crt v reaccionan prinCipalmente en un
, ' : : --... )-r. El agua, nrolécula notablc, funda-
'' :'' : '
--_ -,
-,
tda. solubiliza y ntodifica las propie_
,:-,-,: _) : ::olécnlas0or11oácidosnucleicos,pro_
: ,. - - :, :'--¡iraios. al lormar enlaces dc hidrógeno
- : ----:r,-,s polares fi-rncionales de dichas biomo-
- - - :: ::.:! rnteracciones modifican 1as propiedadcs
-- -. . - :.-..,ccu1as y su configuración en solución.
-: --. : .lrncomitantes impartefl a estas biomo-
:l ,..lrrdes csenciales para el proceso de la
- - -:
--.,-'.ecuias
-inclusive
las que son relati-
: : - : ::¡s. como ciertos lípicios- también
r :
-
-, -. ::,.:rcdades del agua. La comprensión
J= . - . : .-: i::-. . ltt¡rneostásicos mediante los cua-
.:-¡ .: . - :,-ir-.:.
'
- : -,-rltSef\¡OIl Un ambientC intraCelUlar
:.-l.t-,.;:':::-:: . -:-_:,::tte debe incluir la considcración
c--l p11
-.
ü--. .i-:--:,t:,r¡ltriento en los líquiclos corpo-
:¿le¡ r ¡¡,::-.i.-rr-i-:..3litrS subcehilares. por
itltimo. la
i.s!r.i:ia.a:'. J¡ -,. ::-Li¡rrs liutcionales clc las biorno-
,.ic.¡i¡: -l )a -,., ,-:' .:a-irrsa a cliversos valores de pH,
r-: .r',.i-,ri !.rt¡ .i.,iit.--rinder sus reacciones y propie-
-,:-l:: it' -.,: ;..1;,ii.S
,,:r,
f,S \-el labOratOfiO.
¡ ¡- \' *
:,'-'.tri.'.i:
-..
i;-
F-1 a_su,, ..,:-.):-.-.i. : :1 lrincipal producto final clel mc-
tabolist-n.r aj\,ü¡.ri¡, ¡le ios alimentos. En cuanto un
nucleófi1o excelcnte, e1 agua sine conto reactante
--\.
como producto de-- en muchas reacciones metabii-
licas. El sitio activo de las enzimas está construiclo de
tal manera que incluye o excluye ei agua segiur ésta
sea, o no, ult reactante.
La homeostasia. el mantcnimicnto dc la composi-
ción del anbiente intemo quc es escncial para 1a salud.
incluye considcrar la distribución dcl aguá en e1 cuerpcr
así como el rnantenimiento de ur.r pH y concentracio-
nes de electrólitos adecuados. Dos tercios del agua
corporal total (55 a 65% del peso corporal en v¿rrones
y casi l07o menos en mi-rjeres) corresponden al líqui-
do intracelular. Del restante líquido extracelular, el
plasrna constituye aproximadarnente 259lo.
La regulación del equilibrio hídrico depende de
mecanismos hipotalámicos para controlar Ia sed, hor-
moua antidiuré¡ica, retención o excreción dc agua por
los riñones y pérdidas por evaporación debidas a la
respiración y transpiración. Los estados de depleción
hídrica y cxceso de agua corporal, que son ficcuentes.
a menudo se acompañan de depleción o exceso dc so-
dio. La depleción hídrica puede deberse a una menor
ingestión (p. ej., coma) o a1 incremento de la pérdida
(p. cj., sudoración intensa, pérdida renal en 1a diabetes
mellitus, dianea dcl lactante o por el cólera). Las cau-
sas de exceso de agua corporal incluyen aumento de
la ingestión (p. ej.. administracitln excesiva de lÍciui-
dos por t,ía intravenosa) y disminuoión dc la excrecirrn
(p. ej.. insuficiencia renal intensa). Tanto mecanisuros
osmóticos conto no osmóticos resguardan el agua r la
homeostasia osmótica del liquido extracelular. Do.
rcspuestas diferentes, 1¿r conservacicin del agua mecliair-
te 1a antidiuresis y la obtención a través de la itrgestión.
sirven para conservar la homeostasia. Un incremenl:,
tan pequcño cor¡o de 2o/o enla osmolaridad del hu. -
do extracelular puede desencadenar la sed r la lj.be:.,-
ciírn de horrnona antidiurética hipofi str.ra t iOti , t
- -.
la disminución de l0% en el volumen del 1r..,. .,
extracelular circulantc, ult nicr'ánirrltt' n'tcn.'- :-
.
17

95. dL'sencadena la liberación no osmótica de ADH v la
sed..El trastorno genético de la diabetes insípida
nefiógena, caracterizada por sed extrema. abundante
rngestión de agua e incapacidad para concentrar la
orina o responder a cambios sutiles en la osmolariclad
dei líquido extracelular, deriva de la incapacidad de
los osmoreceptores fubulares de ADH en ei riñón para
respondcr a esta hormona.
La conservación del pH del líquido extracelular.
entre 7.35 y 7.15, en lo cual el sistema amortiguador
del bicarbonato tiene participación crucial, es funda_
mental para la salud. Los trastornos del equilibrio
ácido-base se diagnostican en el laboratorio ólínico al
medir el pH de la sangre arterial y el conteniclo de
CO, de la sangre venosa. Las causas de acidosis (pH
sanguíneo < 7.35) incluyen: cetoacidosis diabétici y
acidosis Iáctica; y las causas de alcalosis (pH sangui
neo > 7.45) incluyen: vómito del contenido ácido del
estómago o terapéutica con cieftos diuréticos. El diag_
nóstico preciso y el tratamiento inmediato del dese_
quilibno hídrico y los trastornos ácido-base descan_
san, en parte, sobre los conceptos considerados en este
capítulo.
1B B i,, r; ¡, ;,,; ¡.,, tit' HutTtet'
EL AGUA ES UN SOLVENTE
BIOLÓGICO IDEAL
El agua es una molécula tetraé
ligeramente asimétrica
La estructura tridimensional de la molécula de agua
es un tetraedro irregular con el oxígeno en el centro
(figura 3 1). Los dos enlaces con el hidrógeno se diri_
gen hacia las dos esquinas del tetraedro, en tanto que
los electrones no compaftidos sobre las dos órbitas
.1pr híbridas, ocupan las dos esquinas restantes. E1 án_
gr,rlo entre los dos átomos de hidrógeno (105") es un
¡oco menor que el de un tetraedro (109.5.), lo que da
-:1gen a un tetraedro ligeramente asimétrico. La mo_
.,..-¡ de amoniaco también forma un tetraedro en el
. . . . -.s ángr-rlos de los enlaces entre los hidrógenos
- _- . :_¡ua lfigura 3_2).
, -.,.-::.:ce
asimétrica, la carga
- ,, tt ,Jr.
uilifoilne en la
, _ - tt .r. trpuesto a los
. : I':.r:IetnelCC_
. ., ¡o del
Figura 3-1, La molécula de agua tiene geometría tetraédrica
de carga pursitiva locahzacla. El término
..dipo1o,,dc_
nota ias nroléculas que, como el agua, poré.r, co.gu
electnca r electrones) distribuida de mod-o desigual én
su cstnlcrurli. E1 amoniaco también es dipolar, al igual
que muchos compuestos como alcoholes, fosfolípiáos,
aminoácidos v ácidos nucleicos.
Múltiples fue
las molécula
estabilizan
lógicas
Entre las diversas flrerzas quc mantienen unidas a 1as
moléculas, las más poderosas son los enlaces cor a_
lentes, en los cuales la energía de enlace lar.ia descle
30 hasta más de 150 kcal/mol (cuadro ,1 1). Las mo_
léculas biológicas se estabilizan aún más mediante
varios tipos adicionales de enlaces intr.amoleculares,
cuyas energías de enlace varían amplialnente desde
0.i hasta 10 kcal/mol. Estos enlaces no covalentes. si
bien relativamente débiles, son abundantes en las
biornoléculas, por tanto, contribuyen de manera impor_
tante a 1a estructura, estabilidad y función molecularcs.
I
,.
- -l--.
lz"
,-</'
\
107--
--\
H
Figura 3-2. Estructura tetraédrica del amoniaco.

96. ----.l-
Agtttt . :---.
.
de importancia biológica
Cuadro 3-1 . Energía de enlace para los átomos
Energía
(kcaUmol)
o-o
§-s
C*N
S-H
l!-ñ
LAS MOLECUI.AS DE AGUA FORMAN
PUENTES (ENI-ACES) DE HIDRóCeruO
s de hidrógeno conf¡eren
ura macromolecular
--,: :- :...:- _;.tido. igual que el hielo, tiene
-'- ::.i-,... : :- :-:a:Iolecular, que resulta de la ca-
-- -:r --
- > : :, :,. del agllapara autor:reunirse en
: ::.:* r :-. j '.
,rqLtido. La interacción electros-
.:. -: :i..r, --r .-.. j:.
=eno
de un dipolo hídriccl y el par
t; ;.:'- ;r t ,.)ntpartidos de otro dipolo hidrico
lm? rn ptrente de hidrógeno; éste.favorece la reu-
,: r - .r-..-¡ hidncos en patrones ordenados, y
r.:itrr v un aceptor de hidrógeno. Obsér-
:-:¡,i,-¡ hídrico puede servir como donador
-: - - :J ,.rr átomo de hidrógeno (figura 3 3). Los
denen una vida media de asociación-Err§rt(f,ros y uenen una vlda mgclla de asoclaclon-
ilfumiacion de aproximadamente 1 pseg. En el hielo,uu 4prv^ult4u4trlvrtLU r
[¡,Dgé.
Dtl gt ttlEIU,
rdadipolo hídrico se reúne con otros cuatro dipolos
hitkicos: en el estado líquido, la cifra es de casi 3.5.
Pr mnto. con excepción de la fiat taleza transitoria
de sus interacciones dipolares, el agua en estado 1í-
quido semeja al hielo más de 1o que se pensaba.
Los enlacesde hidrógeno son débiles respecto a
los snlaces covalentes. Para romper un puente de hi-
drógeao en el agua en estado líquido, se requiere de
4.5kcaUmol, aproximadamente; menos de 5% de las
110 kcal requeridas para romper el enlace O-H de
una molécula de agua.
Los puentes de hidrógeno estabilizan
proteínas y ácidos nucle¡cos
Entanto que, atemperatura ambiente, el metano (peso
molecular. 16) y el amoniaco (peso molecular, 17)
son gases. el agua (peso molecular, 18) es un líquido.
¿A
qué se debe esto? La respuesta radica en la capaci-
dad del agua para formar puentes de hidrógeno, lo cual
tambisn explica su viscosidad y tensión superficial
relativamente altas.
J+
51
70
81
82
:,
\o..-....r'lo: "'.,
,/l
o
H'/
o
H
I
o:_
H
Figura 3-3. Las moléculas dipolares de agua se reúnen en
solución. lzquierda: Reunión de dos moléculas dipolares
de agua. La línea punteada representa un puente de hidró-
geno. Obsérvese que una molécula de agua determinada,
puede actuar como donador o aceptor de hidrógeno, o como
ambos simultáneamente. Derecha: Reunión de una mo-
lécula central de agua con cuatro moléculas de agua
adicionales, mediante puentes de hidrógeno. Esta estructu-
ra es típica del hielo y, en menor extensión, del agua en
estado líquido.
El carácter dipolar del agua y su capacidad para
formar puentes de hidrógeno, también explican su ca-
pacidad para disolver muchas moléculas orgánicas. Los
compuestos que fonnan puentes de hidrógeno con el
agua (p. ej., compuestos
-OH
o SH, aminas, ésteres.
aldehídos y cetonas) rápidamente fbrman solvatos; por
tanto. se incrementa su solubilidad en el agua. Las
macromoléculas. cor¡o las proteínas, estabilizadas
mediantc puentes intermoleculares de hidrógeno, pue-
den intercambiar puentes superficiales de hidrógeno
por puentes de hidrógeno con el agua y aumentar la
solubilidad. Por tanto, las proteínas solubles están
recubieftas por una capa de agua.
El carácter dipolar del agua influye mucho sobre
sus interacciones con las biomoléculas. En el ambienre
acuoso dc las céli,rlas vivas. ocunen muchas interac-
ciones de carga entre el agua y los grupos polares de
las biomoléculas. El DNA se pliega de modo que s..
exponen el azicar polar y los grupos fosf-ato a las ntt -
léculas de agua. De igual manera, los residuos polar;.
de las proteínas se localizan principalmente en 1a su-
perhcie del biopolímero, donde parlicipan en eXre rS;:
interacciones con las molécuias de agua. La figula -r
-:
ilustra la fonnación de los puentes de hidrógeno er-:::
el agua y los grupos funcionales reprcsentativos c¡ .'.
biomoléculas. Los dipolos alcohol, igual que los r-..: -
cos, pueden servir como donadores o acepra,:;. --
hidrógeno para lormar puentes de hidrógen., .. -
agua, entre sí, o con otras biomoléculas. En J, t :.
los átomos de oxígeno de las cetonaS tr --,: ;: -'-
sólo sirven como aceptores de hidrósen.-
Tipo de
enlace
o
o
i
H
I
96
99
'108
110
147
147
164
\

97. (()apírulo
3)
H
H
I
-C¡ -o+i_{
.cH, _ cH,
R
.R'
)c:+o H*x-
,/-\
D' \
''R
Figura 3-4. Los grupos polares adicionales. participan en la
tormación de puentes de hidrógeno. S" ;;":;;t;r'pr"r-
tes de hidrógeno formados entle un ,t"oÁ;it;t u;r]J, entre
dos moléculas de etanol, y entre el oxígeno del carbonilo de
.yl^?"-?lid"
y er hidróseno oer n,tros;;É";" JüI, *ol,j" ,o
yacente.
cluyen las fuerzas de van der Waals y las interacciones
hidrófobas. Este último tér-ino ,...1i..1 u iu uu,orr"r_
nión de.los compuestos no polares en un ambiente
acuoso, la cual no se origina por la atraccián mutua ni
por io que algunas,r.ce, i. denomina, i".to""tu."nt.,
como "enlaces hidrófobos.. . La fuerzaq.re ;Áputsu ia
autorreunión proviene de la tendenciu a.l uguu para
formar puenres de hidrógeno .or, .ttu ,ri-.ril y Oe la
ruptura de estos puentes por Ia presencia de ,roléculas
no polares. La conducción enirópica O" tá o.guniru_
ción de las motéculas no poiares ..q;;;;
lue éstas
presenten una superficie mínima al água. En conse_
cuencia. las i¡oléculas no polares _o
1as porciones de
moiéculas con rnenos polaridad_ qu"aln
;t"pultu_
das" en el interior de las gotas d. iip,d; o de las
proteínas.
Fue;'zas de u=n ,i*r LFv.aais
Las ñrerzas de r.an der \hals tienen su origen en las
Í:u t-3u, r riri'. tntre dipolos aróm ico: o ,ol..uiur., i.ri_
sltorios. Esros se generan por los .r*Uio, .,¡iao, .n
1a distnbución de 1a carga, que caracterizana todos
los átomos neutros. Individualntente
¿¿Ulf .s lt..o aU*_
dantes" las interacciones
de van cle. wuul. ;;;;ibuven
de manera importante a la est¡uctur"
"i;l;;;;i;;;i;
a la estabilidad de las macromoléculas. Dos f-actores
detenninan que las ñrerzas de van der \aals tperen
sólo en un estrecho intervalo de distanciai int..utó_
lnica.: I I la trrerza de arracción disrninufe
"n
i¿,_ino,
de la sertapotencia de la distancia."t.álor áipofor, y
I l conll¡rrne los átomos o las nroléculu,,. uprá*lrun
entre sÍ. el rechazo interatómico rápidamente sobre_
pasa la fuerza de atracción (figura:_S1. La sáfaraciOn
promedio entre los átomos o las moléóulas esiabiliza_
das por las fuerzas de van der Wautr, .quirru1" u iu ,l.rrnu
de los respectivos raclios de van der Waalr. puüll.
ato_
mos de-interes biológico, tales radios
"u¡un
Járá" f A
hasta 2 A. aproximadrmeltte (cuadro j _21.
Las
inreracciones de van der Waals máximr,,..ráür.I.,
entre los átomos separados por una distancia equiva_
lente a la suma de sus radios de van der fvuuir. eri, iu,
ltezas de van der Waals, si bien mricho
-a, ¿"¡il.s
que los puentes de hidrógeno. acrllan en distanJias si_
lnilares: aproximadarnenre I a _l
A.
fu{ri ltiples fu¡erzas estabiliza n
& ¡a§ rmaürümo¡écutas
El DNA ilustra Ia contribución cie múltiples fuerzas a
la estabilidad de una macromolécula. Lfs pu*i", ¿.
hidrógeno estabilizan al par de bases de Woir-án_C.i.t
y a la ¡eunión del esqueleto de fostbto cargado, con el
agua. El esqueleto polianiónico, forma in-teraóciones
electrostáticas con los cationes, y la estrecha rllaciOn,
o concurencia, de las bases en el interior de la doble
FUERUAS hJC ÜOVALENTE§
ADICIOh¡AI-ES ESTABILIáÑ
LA§ BIOMOLÉCL,'[-AS
I nteracciones eleetrostát[cas
Cuando se presentan en las proteínas, las interacciones
electrostáticas entre los grupos de carga op.*ri, pu"_
den denominarse puentes o eniaces salinos. Las
11,:.1::i:ll"r.carga_carga
de atracción y rechazo pue_
oen contnburr a la estructura macromolecular. Las
interacciones electrostáticas, cuya frÁ.r"
""iJ"", "r
solvente y se debilita con el'agua, ,o, .¡.u"., u ¿rr_
111:,",
mayores que ios enta"ces de friJrág"r" r".
rnteracciones carga_carga también particifian en el
enlace de las moléculas cargadas .on ru. frtf,ár, po.
ejemplo, a los sitios activoi de las enzimal. lu furru
de la interacción entre iones o dipolos es invñamente
proporcional
a la constante dieléctrica aet _eJiu qu.
les rodea. La constante dieléctrica áei
"g"".,
¿f'zS.S,
bastante m?y._of que la correspondiente a solventes
como etanol (24.3), dietiléter
14.:.¡ o hexano
t t 91. por
lr,,lo..:]
agua disminuye la fuerza de arracción r.rp.._
:" ::-,]1
uredro de. constante dieléctrica menor, como
._rf ier19r no_polar de una proteína o .,nu ti"opu
: :.--a. \sí. e1 aumento de la energía de interacción
:- : .r .rror de una proteína, reflejaia m.roi"Átun_
: I : :_ "r._-it de 1as regiones inacóesibles ut ug"u.
- ":':
: : : ^_.s
hídréfobas
; débiles, adicionales, que
de los biopolímeros in-
7

98. 1ltttt'. -..
Cuadro 3-2. Radios atómicos de los átomos
Atomo
Radio de van der
Waals (A)
H
C
N
o
P
S
1.2
2.0
'1.5
1.4
1.9
1.8
: :: :3 a distancia entre las partículas sobre
.-: -::racciones.
El radio de van der Waals
-.: reTCana a la cual las.partículas se pue-
=' =^'.-. s; La línea azul señala la energía de
--= :z-a dos partículas con radios de van der
: -:
=s:a línea representa la resultante de las
-- .'.'... cn y repulsión. En tanto que ambas fuer-
-
--=-3-:an conforme las partículas se aproximan
I -'.- a stancia suficientemente cercana predomi-
'B
lelEza de repulsión. El mínimo en la curva de energía
rÉ & irteracción (asterisco) corresponde a la distancia
tr¡b estable entre las dos partículas.
hélice del DNA, tiene como consecuencia la estabili-
72ción mediante las fuerzas de van der Waals y las
interacciones no covalentes.
Las moléculas no polares
mod¡fican la estructura del agua
Los grupos no polares, como los presentes en los hi-
drocarburos, carecen de la capacidad para forrnar
puentes de hidrógeno, por tanto, son insolubles en
agua. Sin embargo, tales grupos pueden afectar la es-
tructura del agua. Cuando se adicionan a ésta, las
moléculas apolares forman gotitas esféricas con un
minimo de superficie expuesta al agua, fenómeno que
se ilustra con la tendencia del aceite de oliva para for-
marurur gmn masa flotante, única, en el agua fría. Esta
nrizar la superficie apolar expuesfa al
agua" constrtuye un proceso impulsado por la entropía
del sistema. I-a presencia de moléculas apolares dis-
minuye el número de posibles orientaciones (grados
de libcrtad) de las n-roléculas de agua adyacentes. por
1o que se acompaña de un aumcnto de la entropía. La
minimización de la superficie apoiar cxpuesta, pernii-
te el máximo grado de libertad (es decir, maximiza el
desorden) de las n-roléculas c1c agua vecinas y. por
tanto. minimiza este incremcnto de Ia entropía. En e1
agua, los hidrocarburos fbrman estrllctut'as rígidas
(clatratos). De igual mancra. en el ambiente acuoso
de las células vivas, las porciones no polares de los
biopolimeros tiendcn a residir en el interior de la es-
tructura del biopolímero. para minimizar los contactos
con el agua.
N NUCLEÓFILO
Muchas reacciones metabólicas involucran el ataque,
por moléculas o iones abundantcs en electrones cono-
cidos como nuclcófi1os ("buscanúcleos") a los centros
positios denominaclos electrófllos ("buscaelectro-
nes"). Por ejemplo, la ruptura y formación de enlaces
covalentes involucra a nucleófi1os abundantes en elec-
trones. Los nucleófi1os pue<len presentar carga eléctrica
neutra o negativa fonnal. Los nucleófilos intracelula-
res corlunes incluyen: orígenos del agua, oxígenos de
los fosfatos oryánicos e inotgánicos, azufre dc los tioles
(tioalcoholes) y nitrógenos de las aminas. Todas la-s
reacciones que biosintetizan o degradan proteínas.
ácidos nr.rclcicos y lípidos. involucran el ataque piri
nucleófilos. La liberación de unidades glucosilo a palti:
de las reservas del polisacárido glucógeno, sirve com¡,
reserva de energía en el tejido muscular y en el hígad..
para conservar las concentraciones de la glucosa s:rn-
guínea. La liberación de 1as unidades glucosilo a
l¡er:r-
del glucógeno, ilrvolucra el ataque nucleófilo. cataiiz.r.
por enzima. rcalizado por cl orlofosfhto inorgánic., ,- .
agua. El ataque nucleófilo. catalizado por enzinta. ::,,-
lizado por un oxígeno del orlofosfato inolsáuic ¡ . ¡ : . .
los enlaces i,4-glucosídicos del gluctigeur.. ,rr: -
glucosa 1-fost'ato. De manera similar'. 1a nl.nii, .'.
enlaces 1,6-glucosídicos inr.olucla e1 at.i.1r-r., : ... .
rcalizado por los átomos de oriqr-nr. ,i:L :¡ -.-, -'
ntar glucosa. Estas leaccionr's ilustr',tt'. .... r.:,: .
- ,'
hidrolíticas r.' fosforolíticas. r'es:¡¡; . , .
EL AGUA ES
EXCELENTE
de interés biológico
Fuerza de atracción
\/'\
\/
.- -]]
-'
/'I
-/\
Fuerza de repill§én
Fuerza neta
*

99. K)apítulo 3)
.
Bioquímicct de Harper
7
2)
Muchas reacciones metabó1icas son reacciones
de transferencia de grupos, en las cuales un grupo G
se transhere desde un donador D hasta un aceptor A,
para lormar un grupo aceptor complejo A-G:
D_G+A--A_G+D
La hidrólisis y fbsforólisis del glucógeno, representan
reacciones de transferencia de grupos en las cuales los
grupos glucosilo se transfieren al agua o al ortofosfato.
La constante de equilibrio para la hidrólisis de los en-
laces covalentes favorece mucho los productos de
escisión. Por tanto, la hidrólisis es una reacción rnuy
favorecida. Dados el carácter nucleófilo del agua y su
gran concentración en las células,
¿,a
qué se debe la
relativa estabilidad de los biopolímeros como proteí-
nas y DNA'?Y.
¿,cómo es posible que la síntesis de estos
biopolfileros ocurra en un ambiente aparentemente
acuoso? Para empezar, en ausencia de catálisis enzi-
mática, inclusive las reacciones muy iavorecidas en el
aspecto termodinámico, no necesariamente se desan-o-
llan con rapidez. En el centro de estas preguntas están
ias propiedades de las enzimas, los catalizadores bio-
lógicos que aceleran la velocidad de reacciones espe-
cíficas al proporcionar estados altemos de transición
que abaten las bareras energéticas de las reaccioncs.
En las células vivas, el control preciso y dif'erencral de
Ia actividad enzimática y el secuestro de 1as enzirnas
en organelos específicos determinan las condiciones
fisiológicas bajo las cuales se degrada un cierto bio-
polímero.
La biosíntesis de las macromoléculas también
involucra reacciones de transferencia de grupo. La sín-
tesis de enlaces covalentes. termodinámicamente
dcsfavorable, se acopla con las reacciones termo-
dinámicamente favorecidas, de modo que el cambict
slobal de ia energía liberada, favorece la síntesis dei
bropolímero. Los polímeros recién sintetizados no se
hidrohzan de inmediato, en parte debido a que los si-
,:¡s ¡ctir os de las enzimas biosintetizadoras secuestran
1os sustratos en un ambiente sin agua.
Las moléculas de agua presentan
una ligera tendencia a disocia¡"se,
Ia cual resulta fisiológicamente
irnportante
La capacidad del agua para ionizarse, aunque ligera,
tiene importancia crucial para la vida en la tierra. Toda
vez que el agua puede actuar como ácido o base, su
ionización puede representarse como una transferen-
cia rntem'rolecular de protones, para fbrmar un ion
hidronio tH.O ) v trn ion hidroxilo (OH-):
El protón tlansferido en realidad se une con un grupo
de moléculas de agua y eriste en solución no sólo como
H.O sino como aigo semejante a HrO.* o H,O.*. Si
bien para efectos prácticos, este protón aparentemen-
te "libre" casi siempre se escribe como
,,H ,,,
no debe
olvidarse que de hecho está muy hidratado.
En tanto que 1os iones se recombinan constante-
merlte
llara tbmtar moléculas de agua, y vicevcrsa, ncr
es posibl.' definir el momento en qlre un hidrógeno
o un r.rigeno indir idr-ral se presenta como ion o como
pane dc La ntolécula dc agult. En un instante se pre-
sentil aLrnto ion. un iit.tlltte ntá: t¡ude. cor-no
ltarte de
ttna llt!r]ecula. PL): :ir:'t,-n-1. lLr es ncce:J1.1o tontar en
conside:¡cir.n l¡,s rcnes o 1as ntoleculas individr-rales.
Dadc,
¡,..-' ..r :T;1rirr de agua contiene 3 .46 -
10I molécu-
las es :¡s.:r: d¡scribir estadísticamente la ionización
de1 :'SLr-,. R¡su1ta suficiente conocer la probabilidad
dc qLr: un hrdrógeno se presente como ion o como
pal.i: iL-'irna molécula de agua.
E:t¡blecer que la probabilidad de que r_rn hidró-
geno e\ista como ior.r es de 0.01, significa que un átomo
de hidrógeno tiene una posibilidad en 100 de presen-
tarse como ion y 99 posibilidades en 100 de presentarse
en una molécula de agua. La probabilidad real de que
un átomo de hidrógeno. en e1 a-9ua pura. cxista como
ion hidrógeno es de aprorinradamenre 0 00000000 1 8.
o de 1.8 -
10
e.
En cousccuencra. la pr.h¡billdad de
que fbrme parle dc una ntLrl.!-l113. casi ct rresptrnde a 1a
unidad. Dicho de orra 1r&nL'ra. por cada ion cie hrdr.ó-
geno v ion htdrorilo en ei agua pula. existen 1.8 mil
nrilloncs. o l.E -
10e moléculas de agua. Sin embargo,
los iones hidrógeno y los iones hidroxilo contribuyen
de manera importante a las propiedades del agua.
En la fórmula para la disociación del agua,
tH,l toHl
i(=
t'pr
los términos entre corchetes representan las concen-
traciones molares dc los iones hidrógeno. los iones
hidroxilo y las moléculas sin disociar de agua*.
1,
1a K
corresponde a la constante de disociación. Para calcu-
1ar la constante dc disociación del a-uua. recuérdese
que I mol de aguapesa 18 g. Portanro. un litro (L)
(l 000 g) de agua contiene I 000 + lt - -r,í.-56 mo1.
Así, el agua pura resulta 55.56 molar. Toda r cz que la
probabilidad de que un hidrógeno en el agua pura exista
como ion H- es de i.8 -
10
1).
la concentración molar
de iones Ht (o de iones OH-) en el agua pura se calcu-
la al multiplicar la probabilidad" 1.8 -
10
e,
por la
concentración molar del agua. 55.56 mol/L. El resul-
tado cs I .0 -
l0
-
mol L.
*
En scntido estricto. los tóminos cntre corchctes re¡trcscntan Ia
activid¿rd molar ntás que la concentración molar.
H2O+H2O= H3O.+OH-

100. !gir,i .
---
Enseguida puede calcularse la K del agua:
,_ IH.l [OH-] [r0r][10-1
lHroI [55.56]
= 0.018 € 10
14 - 1.8 -
1016 mol/L
La disociación ncl afecta de manera significativa la gran
concentración de agua ntolecular (55.56 mol/L). Por
tanto" es cc¡nr cniente consrderar a ésta como básica-
lrente constalrte. E sl3 cOltstante puede incorporarse a
la constente de it.,--.'l¡ctór-r. K, para obtener una nue-
rr cil'r>t.lnri. ,r, . l;rorlinada el producto iónico del
¡:::r.r i . - :. -..: - t,-r:t se muestra la interrelación entre
-"- ..
t--
'¡-l
toHl
r'=' " '
=1.9-10
16mol/L
lH'Ol
1- =
(,A
[H,O] = tH_l tOH I
=
(1 .8 - 10¡6 mot/L) (55.56 mot/L)
= 1.00 *'10r4 (mot/L),
- . - . .. - ,iJ las unidades de medida de K son mo-
.
..
l¡s c1e K,, son molesr por litror. Como su
- j :.-: --:1. el producto iónico, K*,, equivale nu-
-': -:
-.-
:, :l producla de las concentraciones
- :-:.-:-_,L]H:
K" = [H.] [OH-]
1.
-: -
..
.-:--ri¡le a (10
7),
y resulta igual a l0
]a
-
r. .:r:'.:arenlras inleriores a 25 "C resulta
r : -
-. .
..
-, rnás de 25 'C, mayor dc
.l
0
ra.
Por
: i--: - -
;:-;r3¡¿¡¡1radel CuerpohumanO(37"C),
: -
'
- : -. :- - :-. .ie H cn el agua pura resulta ligera-
- .' i -:
-,.¡
,.) molr'L. Dentro de las limitaciones
rquir a1; ¡ 1(l
:'
(moli|-)'z para todas las soluciones
lcu,r!.r! :'.: ....,. e 1as quecontienenácidosobases.
-:
: ).. ::- .-' -::lLiza esta constante para calcular 1oS
, ., -:. :H ¡¡ las soluciones ácidas y básicas.
!r pH ES
=L
LCGARITftfiü h.!ÉGAT"¡Vü
DE LA CONCEI!;RAÜIÓN
DEL iO}.] HiDRÓGET\JO
El tém.rino pH ñre lnrrtrducido en 1909 por Sórensen,
qlrien 10 definió como el logaritmo negativo de la
concentración del ion hidrógeno.
pfl
=
_tog
[H-]
:.:., J.'flltición si bien no muy estricta-- es ade-
. -. jr: rlr.t .asi todos los propósitos bioquímicos. Para
;"-¡,.::.'1 pH de una solución:
l. Sr' ;,:rcLil: la concentración dcl ion hidrógeno,
tHl
2. Se calcula el logaritmo de base 10 de [H ].
3. E1 pH es el valor negativo del que se obtens¡ ::
la operación número dos.
Por ejemplo. para e1 agua pura a 25 "C,
pH
= -log[H-] = -log 10r = -(-/) = /.0
Los valores bajos del pH correspondcn a las concen-
traciones mayores dc1 H*, y los valores altos del pH. a
las concentraciones menores del H*.
Los ácidos son donadores de protones y las ba-
scs aceptores de protones. Sin embargo, se hace una
diferenciación entre ácidos fuertes (p. ej., HCl.
HrSO,r), los cuales sc disocian por completo en aniones
y cationes, inclusive en las soluciones muy ácidas (pH
bajo), y los ácidos débiles, que se disocian sólo par-
cialmente en las soluciones ácidas. Se hace una dife-
renciación similar entre ias bases fuertes (p. ej., KOH,
NaOH) y las bases débiles (p. ej., Ca[OH]2). Só1o las
bases fuerles se disocian en un pH a1to. Muchos com-
puestos bioquímicos son ácidos débiles. Las excep-
ciones incluyen los intermediarios fosforilados que
poseen el grupo losfórico l,rimario, fi.rerlemente ácido.
Los ejemplos siguientes ilustran la manera de
calcular cl pH de soluciones ácidas y básicas.
Ejemplo:
¿Cuál
es el pH de una solución con una
concentración del ion hidrógeno de 3.2 - l0
a
mo1/L?
,':_,]íi['ih,,:;,,,*,
= -0.5
+ 4.0
= 3:5
Ejemplo:
¿,Cuál
es el pH de una solución con una con-
centración del ion hidróxido de 4.0 -
10r mol/L?
Para resolver este problema, se define una canti-
dad pOH, equivalente al log [OH-], la cual puede
derivarse de 1a definición de K,,:
por tanto:
K* = [H-] [OH1 = 19','
log [H.]
+ log [OH-] = log l0-1a
o
pH+pOH=14
Para resolver ei problema mediante este procedimien;
IOH-I =4.0*10+
pOH
= -log [OH ]
= -log
(4.0 - 10-)
= -log
(4.0) - log 1r¡-
= -0.60
+ 4.0
= 3.4
pH = la -
pOH
= 1¿ - 3 !-
= ub:H: l¡g :JIil;a.r.r a:
j
Ahora:
4..
1.
,/

101. 21 , BioqLirnica de Hctr¡;er (Capíttrlo 3)
Ejemplo:
¿,Cuáles son los valores de pH de: a) KOH a
2.0 * 10
2
molil- y b) KOH a 2.0 * 10
6
mol/L? El
OH- se origir.ra a partir de dos fuentes: KOH y agua.
Dado que el pI{ se determina por el [H-] totat y el
pOH por el [OH-] total, deben considerarsc ambas
fuentcs. En el primer caso, la contribución dcl agua al
IOH-] total es insignificantc. En el segr-rndo caso no
es posible decir lo nrismo:
Unavez tomada una decisión sobre la importancia de
la contribución del agua, el pH puede calcularse de la
manera descrita anteriormente.
En los ejemplos anteriores se supuso que la base
fuerte del KOH se disocia por completo en la solución,
y que la concentración molar de los iones Olf equila-
le, por tanto, a la concentración molar del KOH. Esta
suposición resulta válida para las soluciones relativa-
mente diluidas de bases o ácidos fuertes, pero no así
para las soluciones de bases o ácidos débiles. Toda
vez que estos electrólitos débiles se disocian sólo un
a1
pocó en la solución, se debe calcular la concentración
del H* (o la de IOHI) producida por una molaridad
dada del ácido (o de la base) mediante la constante
de disociación, antes de calcularel [J.] total (o el [Olf]
total), y posteriormente calcular el pH.
Los grupos funcionales
que son ácidos débiles tienen gran
importancia fisiológ ica
Muchos compuestos bioquímicos poseen grupos fi.rncio-
nales que son ácidos o bases débiles. Uno o más de éstos
--rupos carboxilo, grupos amino o el fosfato derivado
de la disociación de los ésieres de fosfato- se presen-
atatodas las proteínas y los ácidos nucleicos, en casi
h¡r* hs coenzimas y en la mayor parte de los meta-
5 imermedios. Por tanto, el comportamiento de
frL¡ón {equilibrio protónico) de los grupos fun-
Srpsmácidos ybases débiles, es fundamental
-¡*
h iffiuencia del pH intracelular sobre
G¡añihdbioquímica
de estos compues-
-t: l-rlos comprrestos
- :t ,.,.:. t¡ntbién
'
Jlll)
gada de éste. De manera similar, se puede referir a una
base (p. ej., A- o RNHr) y al ácido conjugado de ésta
(p. ej., IIAo RNH3*) (del latín coniungere: "reunir").
Los ácidos débiles representativos (izquierda), sus
bases conjugadas (centro) y los valores de pK (dere-
cha) incluyen los siguientes:
R-CHr-COOH R-CHr-COO pK=4-5
R-CH2-NH3* R-CH2- NH, pK= 9-10
HrCq HCOg pK= 6.4
H2PO¡ HPO4r pK = 7 2
La potencia relativa de los ácidos y bases débiles, se
expresa de marera cumtitativa como su constante de
di¡r,ci¡cir,n-..-, ;r.::r':¡ >u rendencia a ionizar-
.
'-.-:,.
:-. >. :t'...3::ftln 1as erpresiones para la
'
, j:
-
:..,r.;r.-1ou (A-) de clos ácidos débiles re-iA ) de clos ácidos débiles re-
.1"rrSr R COOHyR NH3'..
R-COOH= R-COO-+H.
,- _ IR
-
COOI IH-I
lR
-
cooH]
R- NH.+s R- NH2 + H.
.- iR
-
NH,l tH-I
A=-
lR
-
NH3l
Como ios valores numéricos de K para los ácidos dé-
biles son exponentes negati o\. cu11 rene erpresar K
como pK, donde
pK
=
_log K
Obsérvese que 1a pK se correlaciona con la K,'como el
pH 1o hace con 1a concentración del H-. El cuadro 3 3
lista valores ilustrativos de K y pK par:a un ácido mono-
carboxílico, mo dicarboxílico y uno tricarboxílico. Ob-
séwese también que los grupos ácidos fuertes presen-
tan valores menores de la pK.
En el concepto de nn ácido débil. queda implícito
que su conjugado es una base fi;erte. Del mismo nT odo,
ei conjugado de una base fuerle es un ácido débil. En
bioquímica, las potencias relativas de ias bases se ex-
presan entérminos de lapKde sus ácidos conjugados.
Por ejemplo, para una disr:ciación del tipo
R-NH3-oR-NH,
Cuadro 3-3. Constantes de disociación y valores
de pK de ácidos carboxílicos representativos
I\,4olaridad de KOH
[OH ]de KOH
[OH ] del agua
IOH-l total
2.0-106
2.A*106
1 .0 -
10-7
2.1 -
1Aa
2.0 * 10-2
2.0 * 10-2
1.0-107
2.00001 -'10
,
(Primero)4.58- 10+
(Segundo) 3.89 - 10{
(Primero) 8.40 -
'10r
(Segundo) 1.80 * 10-5
(Tercero)4.00-10i
7

102. .: :¡, si rct'lere al pH al cual la concentración del áci-
:-. R-\H. , es igual a la de la base, R NHr. La
-:rirzación de un sólo parámetro, pK" para expresar
r.rs potencias relativas de los ácidos y 1as bases, reco-
noce 1a participación dual de muchos ácidos y bases
débi1es en bioquímica. Por ejemplo, e1 grr-rpo R de un
aminoácido deterr¡inado en el sitio activo de una en-
zima. puede fi.rncionar como donador de protones (es
decir. acúa como ácido) durante una etapa del ciclo
catalitict-,. r durante la etapa subsecuente puede enia-
zar LLn ¡iLrlon (es decir, actúa como base).
, ::nrr de 1as ecuaciones anteriores, que correla-
¡:,rr": { con [H ],
y dc las concentraciones de un ácido
:- - :..¡¡rado junto con su base conjugada, obsérvese
: -: ; -r¡ndO
¡, ciiando
lR-cool=[R-CooH]
[R-NHr] =[R-NH3-]
entonces
K= [H.]
Expresado enpalabras: cuando las variantes asociada
(protonada) y disociada (base conjugada) se presen-
tan en concentraciones iguales, la concentración
prevalente del ion hidrógeno lH.] es numéricamente
igual a la constante de disociación, K. Si se toman los
logaritmos en ambos lados de la ecuación anterior y
se multiplican por-1, la expresión queda como sigue:
K= [H_]
-log K= -log [H.]
Toda vez que el logaritmo negativo (-1og) de K se
define como pK, y el logaritmo negativo (-1og) de [H.]
define al pH, es posible escribir la ecuación como
pK= pH
es decir, la pK de un grupo ácido corresponde al
pH al cual las variantes protonada y no protonada
se presentan con iguales concentraciones. La pK de
.ln ácido puede determinarse de modo experimental
mediante la adición de 0.5 equivalente del álcali por
:ada equivalente del ácido. El pH resultante será iguai
: 1a pÁ de1 ácido.
La ecuación de Henderson-Hasselbalch
describe el comportamiento de los
ácidos débiles y amortiguadores
Como r-a se demostró para el agua, como ácido débil,
e1 pH de una solución que contiene un ácido débil se
corelaciona con la constante de disociación de dicho
ácido. La interrelación puede establecerse &ú
convencional en la ecuación de Hendemon{rct
la cual se desar:rolla más adelante-
Un ácido débil, HA, se ioniza como sigue:
HA=H. + A-
La constante de equilibrio para esta disociación es:
.- tH.l tAl
^
=
trol
Ambos términos se multiplican entre sí:
tH.ltAl=KIHAI
Ambos términos se dividen entre [A-]:
tH.l= K
[HA]
IAl
Se obtiene el logaritmo de cada término:
log [H.] = log I(
[HA]
tA-l
= Iog K + tog JH4L
tAl
Se multiplica todo por 1:
-log [H.] = -log
K -l,g
[HA]
tA-I
Se sustituyen el
-1og [H.]
y
-log K por el pH y la pK,
respectivamente, para obtener:
PH = PK-legf4l
tA-I
En seguida, el último término se inviede para elimi-
nar el signo negativo:
PH = PK
+ ¡on
[A-l
IHA]
La ecuación de Henderson-Hasselbalch es una expre-
sión de gran valor predictivo en los equilibrios prote
nicos. Por ejemplo,
1) Cuando se ha neutralizado exactamente la mitad
de un ácido, iA-l
:
tHAl. Bajo estas condiciones.
oH = pK* ¡og I4l=
pK+ toga= pK+ o
IHAI
-
1
Por tanto, con una neutralízación de 50Yo, pH :
pK-
2) Cuando la proporción
[A]/[HA]
:
100:1,
pH = pK + log [A-]
IHA]
pH = pK+ log 100/1 =
pK+ 2
3) Cuando la proporción iA l/tIIAl
:
1:10.
pK + log 'll10 = pK + (-''

103. 7
2ó .
Bioquítnicct de Harper (Capítulo 3)
\i t-r aluar 1a ecuación con varias proporciones de
\-l iH-\l entre los límites de l0r y 10
3
y graflcar
1¡s \.alores calculados del pH, el resultado obtenido
dr'scribe la cura de titulación de un ácido débil (figu-
ra,i 6).
Las soluciones de ácidos déb!ües
y sl¡s saües arnortiguan e! p!-'{
Las soluciones de ácidos débiles y sus bases conjuga-
das (o de bases débiles y sus ácidos conjugados) tienen
capacidad de amortiguar la tendencia de una solu-
ción. a resistir de manera más eficaz que un volumen
igual de agua, un cambio en el pH después de la adi-
ción de un ácido o una base fuertes.
Muchos metabolitos intermedios son ácidos dé-
biles, por ejempio, los azúcares fosforilados de la glu-
cólisis. Ya que los cambios sutiles en el pH de un áci-
do débil en la vecindad de su pK modifican de modo
signihcativo las proporciones relativas de sus varian-
tes ionizada y no ionizada, las reacciones intracelulares
se amorliguan para minimizar los cambios en el pH.
El amofiiguamiento también se requiere, ya que el me-
tabolismo produce la liberación y captación de
protones. En realidad, un producto final del metabo-
lismo oxidativo es el bióxido de carbono, el anhídrido
del ácido carbónico que, de no amortiguarse, acidifica
intensamente los líquiclos intraceluiares. Los mecanis-
mos homeostásicos que conservan el pH intracelular
incluyen Ios amortiguadores fisiológicos, sobre todo el
fosfato, bicarbonato y proteínas. Todos aceptan o li-
beran protones, por tanto, amortiguan o resisten 1os
cambios en el pH. Cuando se realizan experimentos con
1.0
extractos de telidos o enzimas puriticadas. el pH se
conscrva constante rnediante 1a adición de an.rortigua-
dores. Los ácidos dóbiles utilizados comúnmente como
amoftiguadores incluyen: ácido acético (pK,4.7). MES
(ácido
[2-.\-mortblino]etanosulfónico ; pK. 6. 1 ),
fosf-a-
to derivado del ortofosfato inorgánico (pr(,7.2), PIPES
(piperacina-,\. -bis[ácido 2-etanosulfónico]; pK, 6.8),
HEPES 1\--hidroxietilpiperacina-ly''-ácido 2-eta-
nosulfónrco: pK, 6.8), TRIS (ttis[hidroximetil]
aminon-ietan.r: pr(, 8.3) y glucilglicina (pK, 8.2). La
elccción del amortiguador incluye la consideración de
su p,K relatir a a1 pH en el cual se desea el amortisua-
miento. La ,-antrdad requerida puede calcularse a paltir'
de la citl'a dc protoncs probablemente consumida o
liberada r dcl pH dcseado, respecto de lapKdel ácido
amortigurdrrr, Recuérdese que los ácidos débiles amor-
tiguan d; r:anera más ehcaz con valores de pH iguales
O CCICiilltlS ,l SU pK.
E1 :,r::t rtiguamiento se ilustra mejor con la titula-
ción dc Lrn ácido o una base débi1es. mediante un
medicit: Je pH. Opcionalmente, se puede calcular la
desliaci¡,:: .'1el pH que acompaña la adición de un ácido
o una L.¡sc. a ura solución amortiguada. En el ejemplo,
la soiu¡r¡rL an.rorliguada (un ácido débil, pK: 5.0, y
su base .rrnl ugada) se encuentra, al inicio, en 1 de 4 va-
lores de ¡H Se calcula la desviación del pH resultante
de la adicrón de 0.1 mEq de KOH a i mEq de cada
solución:
pH.""
lA 1"..
tHAl,,".
(tA-l/lHAl
5.00 5.37
0.50 0 70
0.50 0.30
1.00 2.33
5.60 5.86
0.80 0.88
0.20 0.12
4.00 7.33
IA-]''*,
tHAl'*
(tAl/tHAl).,
log ([A-]/tHAl).-.
PH'*
La ac c ón de 0.'1 mEq de KOH produce
0 60 0.80 0.90 0.98
0 40 0.20 0.10 0.02
1 50 4 00 9.00 49.0
l 176 0.602 0.95 1.69
5 18 5.60 5.9s 6.69
B-:0
ApH 0.18 095
Obsén.ese quc el cambio del pH por milieqLrrr r-
lente de OH- adicionado varía muclro segiu.t el pH, Con
valores de pH celcanos a 1a pK la soitrción resiste los
cambios en el pH con mayor eficienci¿r. 1
se dice que
ejerce un efecto amortiguador. Las soluciones de áci-
dos débrles v sus bascs conjugadas amoftiguan con
mayor ef iciencia cn el intervalo del pH equivalente a
la pK + 2.0 Luridades de pH. Esto significa que para
amoftiguar rina solución con pH X, debe utilizarse un
ácido o una base débiles cuyas pK estén a no más de
2.0 unidades de pH del pH X.
La figura
-1-7 ilustra la carga neta sobre una mo-
lécula del ácido como una función del pH. Una carga
tiaccional de 0.5. no significa que una rnolécula in-
dividual posea una carga fraccional, sino que la
probabilidad estadística de que una molécula deter-
minada posea una unidad de carga negativaes de 0.5.
1.69
pK pK
+2 +3
pK
0
.-, cLña de titulación calcu-
-:
^ Cerson-H asselbalch.

104. Agttu
.t ;,,..
.
-
-
23¿5678
OH
Figura 3-7. Curva de iitulación de un ácido del tipo HA. El
!.-'.r'ic grueso en el centro de la curva indica la pK 5.0
La consideración de la carga neta en las macromolécu-
las como una función del pH, proporciona la base para
muchas técnicas de separación, inclusive la separación
electroforética de aminoácidos, proteínas plasmáti cas
y hemoglobinas anofinales.
l*a acidez depende de la estructuna
rnolecular
Los ácidos acético y butírico clorados ilustran la in-
fluencia de la estructura molecular sobre la pK (cua-
dro 3-4). Compárese los valores de la pK de los ácidos
acético monoclorado y butírico con la pK de los áci-
dos no sustituidos. El átomo de cloro, fuertemente
electronegativo, atrae electrones, facilita la liberación
de un protón y disminuye la pK. Como se muestra para
e1 ácido acético monoclorado, diclorado y triclorado, el
efecto se forlalece por los átomos adicionales de cloro.
Además. la pK de los ácidos clorobutíricos muestran
que e1 efecto electronegativo disminuye con la distan-
cia entre el cloro y el gr-upo en disociación.
Muchos ácidos de interés biológico son poli-
próticos, es decir, poseen más de un grllpo disociable.
Cuadro 3-4. Valores de la pK de los ácidos acético
Acido pK
Cada grupo disociable de un ácido poliprótico. ti.':r:
una pK característica. Estas pK son interdependier.itcs
La presencia de carga negativa cn las inmediaciones.
impide la liberación de un protón a partir del gr-upcr
de ácido carboxílico adyacente y aumenta la pK. Este
eÍbcto se comprueba por los valores de la pK de 1os
grupos disociables de los ácidos fbsfórico y cítrico
(cuadro 3-5). El efecto dc la carga adyacente dismi-
nuye con la distancia, como puede observarse al com-
parar la pK: de 5.6 del ácido succínico con la de 5.4
del ácido glutárico.
i.-*fs ,.'l:!tl"{-,}s s1*.r ii* r§ d+*e;:¡j*:*
d* i¡: f,rfiL'i*:Ici-{.",rii **i rr:r:rt:+
La pK de un grupo funcional detem.rinado está rnuy
influida por el ambiente que le rodea. Un medio deter-
minado puede aumentar o dismintrir la pK, según sea
cl ácido no disociado o su base conjugada, la variante
con carga. El efecto de la composición del medio sobre
la pK de un ácido carboxílico y una amina protonada
puede ilustrarse mediante el efecto de un cambio en la
constante dieléctrica. Al agregar etanol al agua, au-
menta la pK del ácido carboxílico, en tanto que
disminuye Ia correspondiente a la amina. Para un áci-
do poliprótico, las varianies con mayor carga, se verán
favorecidas por un medio con una constante dieléctrice
alta.
¿A
qué se debe esto? El etanol disminuye la ca-
pacidad del agua para lonxar solvato con las variantes
cargadas. Para un ácido carboxílico, tal variante es el
anión carboxilato; para una amina, es el grtpo amonio.
con carga. Por tanto, la disminución en la constante
Cuadro 3-5. Potencia relativa de ácidos selectos
de importancia biológica. Los valores tabulados
son los valores de la pK (logaritmo negativo
de la constante de disociación) de ácidos
monopróticos, dipróticos y tripróticos selectos
Acidos monopróticos
Fórmico
Láctico
Acético
lon amonio
Acidos dipróticos
?K,
PK,
9K,
9Kz
9Kt
PK,
Acidos tripróticos
0K,
pK,
PK:
pK.
PK:
QK,
06 §
c
§
P
0.4 Ü
:
0.8
,: CE
pK
pK
pK
pK
3.75
3.86
4.76
9.25
Carbónico
Succínico
Glutárico
o.J/
10.25
4.21
30+
'.f: ia.lo.cacético
¡ - ^-^:-:r.ñ
Butírico
o-ClorobLrti¡ca
B-Clorobut{rico
y-CIorobutírico
4.75
1.48
0.70
4.81
2.86
4.05
4 _51
y butírico clorados
Fosfórico

105. 28 .
Biocluímica de Harper
(Capítulo
3)
dreléctrica del medio, reduce la pK de un ácido cuya
base conjugada se presenta con carga, pero disminuye
la pKde un ácido cuyo ácido conjugado constituye la
variante con carga. Por esta razón,lapK d,e los grupos
en disociación, en e1 interior de las proteínus, ,on ,rry
afectadas por el ambiente local. por ejemplo, la pre-
sencia o ausencia de molécuias de asua.
El agua, que existe en estado sólido y líquido en fbr-
ma de grupos moleculares enlazados por el hiclrógeno.
forma puentes de hidrógeuo consigo misura y con otros
donadores o aceptores de protones. La tensión super-
l'rcial del agua, sll viscosidad v estado líquido a tempe-
ratura ambiente, asi como su poder solvente, del.ir ar.l
de su capacidad para formar puentes de hidrócen-.
Los compuestos que contienen O, N o S. fon-nan s.,--
vatos con el agua debido a su capacidad para sen ir ...lt,l
aceptores o donadores de hidrógeno para los
f i.i:tir-:
de hidrógeno con el agua. Las proteínas y orr3s ltl.:. -
moléculas estabilizadas por los puentes de hiditrtcr.,.
intercambian puentes de hidrógeno supc-rtrci:les p.r:
puentes de hidrógeno con el agua. Ésta m.rdil-r;a l¡s
propiedades de las biomoléculas. como prLrrelnas \
ácidos nucleicosl que poseen grupos funcionales po-
lares y no polares. Las ftlerzas entrópicas dictan quelas
macromoléculas en soluciones acuosas se pliegan de
tal manera que slts porciones polares entren en contacto
con la interfase acuosa, en tanto que sus porciones no
polares se "sepultan" en el interior de la biomolécula.
Los enlaces electrostáticos o salinos, las interac_
ciones hidrófobas y las fuerzas de van derWaals, tam-
bién son fundamentales para conservar la estrucfura
molecular, inclusive la estructura de las proteínas.
El agua se disocia para formar iones hidróxido y
protones extensamente hidratados, representados de
modo convencional como protones
..desnudos,,
(H*).
El pH, el logaritmo negativo de [H*], expresa la aci-
dezrelativa- Un pH bajo, denota una solución áciday
un pH alto, una solución básica.
Los bioquímicos consideran a los ácidos carboxí-
licos (p. ej= R-{OO}I) y tas aminas (p. ej., R-NH3*)
como ácidos, y denominan a sus correspondientes
ac€ptores de protones @-{OO- y R-NHr), las bases
conjugadas de dichos ácidos. Estos ácidos débiles son
esenciales para el metabolismo; su acidez se expresa de
mú cuantitativo porlapK,el logarifino negativo de la
constante de disociación del ácido. Los ácidos relati-
\-amsnte fuertes presentan una pK baja y los ácidos
relativamente débiles una pK alta. La presencia en la
misma molecula de grupos que atraen electrones, y elec-
t¡odonadores vecinos, puede modificar mucho los valo-
res de la pK. El efecto de la constante dieléctrica del
medio sobre los valores de la pK, tiene implicaciones
para la pr( de los grupos disociables del interior, rela-
tivamente no polar, de las proteínas.
Los amortiguadores resisten un cambio en el pH
mediante la producción o el consumo de protones.
La málxirna capacidad amortiguadora tiene lugar entre
t I unidad de pH a cada lado de la pK. Los amortigua-
dores fisiológicos importantes incluyen bicarbonato,
ortofosfato y proteínas. I
REFERENCIAS
Segel IM: Biochemical Calculations. Wiley, 1968. Wiggins PM: Role of water in some biological processes.
Microbiol Rev 1990:54:¿132.
I

106. Sección I
Estructuras y funciones
de proteínas y enzimas
Capítulo -1. -\minoácidos........
31
Capítulo 5. Péptidos 43
Capitulo 6. Proteínas: estructura y función .............. 55
Capítulo 7. Proteínas: mioglobina y hemogtobina 73
Capítulo 8. Enzimas: propiedades generales ............ 87
Capítulo 9. Enzimas: cinética ...............101
Capítulo 10. Enzimas: mecanismos de acción ......... 119
Capítulo 11. Enzimas: regulación de actividades ............... ......L27
29

107. Aminoácidos
¡NTRoDUccrórl¡
Entre las múltiples funciones que desarrollan los
aminoácidos en las células vivas, está la de servir como
1as unidades o monómeros a partir de los cuales se cons-
truyen las cadenas polipeptídicas de proteínas. Casi
todas las proteínas contienen, en diversas proporcio-
nes, los mismos 20 l-cr-aminoácidos. Muchas proteínas
específicas contienen, además, L-cr-aminoácidos deri-
vados de algunos de los 20 básicos mediante procesos
que ocuffen después de la formación dei esqueleto po-
lipeptídico. Estos aminoácidos "inusuales" cumplen con
funciones muv específicas para la proteína en cuestión,
por tanto. incrementan 1a diversidad biológica. Las
clases de aminoácidos. el orden en el cual se reúnen
entre sí. r,'sus intenelaciones espaciales establecen las
estructuras tridimensionales y las propiedades bioló-
_s1cas
de 1as proteínas sencilias. También son los deter-
minantes principales de 1a estructura y función de las
prLrteinas compleias que contienen, además de los arni-
noácidos. el g:upo hem. carbohidratos, lípidos, ácidos
:-..'i¡i;..s. erc. Esre capítulo considera las estructuras,
::c,¡,e,ledes t'isicas. reacciones químicas, la estereo-
q:-umile r e1 equilibrio iónico de los L-cr-aminoácidos
presentes en 1as proteínas. Asimisrno, se incluyen los
metodos cromatográficos para separar y analizar las
mezclas de arninoácidos y otros colxpuestos de irn-
portancia biológica.
IMPORTANCIA BIOMÉDICA
l. Jieta humana debe contener cantidades adecuadas
J.3 .:ez t-s-aminoácidos esenciales. Ni los seres hu-
:-::.-s. :i a1gún otro animal superioq pueden sintetizar
3Sic's .l-JZ an]inoácidos en cantidades adecuadas para
rneaiil-: e1 ,'recimiento del lactante o conservar la
salud en ei adultr-r. En 1as proteínas, los aminoácidos
realizan mu!-h¿s fu nci ones estructural es. hormonales
y catalíticas esenciales para la vida. Por tanto, no es
sorprendente que los defectos genéticos en el metabo-
lismo de los aminoácidos puedantraducirse enpadeci-
mientos graves. Sin tratamiento, algunas enfermedades
genéticas comparativamente poco frecuentes del cata-
bolismo de los aminoácidos (p. ej., fenilcetonuria y
enfermedad de la orina en.jarabe de arce) causan retra-
so mental y muerte prematura. Otros trastol'nos genéti-
cos pueden deberse a un deterioro de la capacidad para
transpofiar aminoácidos específicos al interior de las
células. Ya que estos defectos del transporle típica-
.mente
causan la excreción urinaria de mayores canti-
dades de uno o más aminoácidos, con frecuencia se
denominan aminoacidurias.
Además de su función en ias proteínas, los L-ami-
noácidos y sus derivados participan en funciones
intracelulares tan diversas como la transmisión ner-
viosa, regulación de1 crecimiento celular y biosíntesis
de porfirinas, purinas, pirimidinas y urea. La fosfori-
lación y desfosforilación de los aminoácidos serina,
treonina y tirosina son importantes en las vías de
transdr,rcción de la señal, mediante las cuales las célu-
las se comunican con, y responden a, su ambiente. Los
t-cx-aminoácidos en los péptidos de bajo peso molecu-
1ar, tienen funciones adicionales como hormonas y
tanto los D-aminoácidos como L-o-aminoácidos se pre-
sentan en los antibióticos polipeptídicos elaborados
por los microorganismos.
PROPIEDADES DE LOS AMINOAC|DCS
El código genético espec¡fica
20 ¡--cx-aminoácidos
Aunque en la naturaleza existen más de 300 aminoacr-
dos diferentes, un subconjunto de sólo 20 constinr-. r
las unidades monoméricas a partir de las cuales Su' Crrr-:-
truyen los esqueletos polipeptídicos de 1as pr.t-'. -
31

108. (Capítulo 1)
Si
'b..:
- - - :-:-
:--:..:.;,, :.o redundante de ffeS letras
poc:t: ;-.::r.tJj: ]]t:j ¿e l0 aminoáCidoS, la redun_
ian"'t. ¿;- : :c. .:
_:¡reiico unir.ersal, limita los codones
dt::,-,:t:.:: :: .rrnoácidos a los 20 t_cf_aminoácidos
-:s:=::. .- :- ;Lr:d¡o .1-l. En consecuencia, todas las
::. :--:,¿-i . lrntienen diversas proporciones de estos 20
. -c¿-aminoácidos.
Los aminoácidos adicionales
se presentan en proteínes específ§ce§
Mientras que casi todas las proteínas contienen dir.er_
sas proporciones de los mismos 20 r-cr-aminoácidos
(cuadro 4-1), algunas contienen aminoácidoi adicio_
nales. Además de la selenocisteína, que se orisina por
la modificación de la serina adheriáa a la mo1écu1a
del RNA de transferencia (capítulo 30), estos aminoá_
cidos adicionales tienen ,, o.igen en la modificación
química de un aminoácido qué ha sido incorporado
previamente a un péptido o una proteína. Las modifi_
caciones "postraduccionales,, dé 1os 20 aminoácidos
proteínicos comunes, incluyen 1a clerii.ación del grupo
amino N-ten¡inal o del grupo carborilo C_temi-nai y
de las cadenas iate¡ales dé loi aminoácidos unidos por
enlaces peptídicos. Los ejentpios tncluven la conver_
.i9i
9:
las peptidito prolina r ti.ina en _t_iidroxiprolina
y.5-hidroxiiisina.
la de1 peptidiio glurarnaro en y_carbo_
xiglutamato, así como 1á metilacrén. formilación, aceti_
iación, prenilacrón y fosforilación de los grupos funcio_
nales. Las modifi caciones postraduccioniles imposibles
de detectar mediante las téónicas estándar de seJuencia-
miento, incluyen la conversión de ciertos aminoácidos
en D-isómeros a parlir de los r_isómeros. Estas modi_
ficaciones amplían la diversidad biológica de las
proteínas, al alterar su solubilidad, estabiláad, locali-
zación subcelular así como su interacción con otras
proteínas para su parlicipación en las redes de señala_
mlento que utilizan la fosforilación (capítulo 1l).
Los l*cr-arnínoácídos
sélo se presentan en las proteínas
Los aminoácidos contienen gnrpos funcionales amino
y de ácido carboxílico. En un á_aminoácido, ambos gru_
pos están adheridos al mismo átomo de carbonolñ_
gura 4-l). Cuando un átomo de carbono posee cuatro
sustituyentes diferentes se denotnina catüono quiral.
Con.excepción de la glicina. en la cual el R ei ,n ¿ro_
1o,oe
ltdr.oqeno_(figura 4-1), los cuatro grupos unidos
al atomo del carbono o del aminoácido-son dil.eren_
tes. Esta orientación tetraédrica de los cuatro grupos
diferentes sobre el átomo de carbono o.orfr"." tu
actividad óptica (la capacidad de desviar et ptano Ae
la luz polarizada.) a los aminoácidos. Si bien cierlos
aminoácidos de las proteínas son dextrorrotutorio, y
otros levorotatorios a pH 7.0, todos tienen la misma
configuración absoluta del r-gliceraldehído, por
tanto, son t-ü-aminoácidos.
Los mamíferos poseen ciertos
D-aminoácidos libnes
Aunque 1as reservas de aminoácidos libres existentes
en los mamíleros constan casi exclusir-arnente de isó_
metos L, recientemente se demostró la presencia de dos
¡-aminoácidos libres. Éstos son la o_selr¡a. presente en
.i ence,l¿lo anterior. y el »-aspartato. pre\enre en el ence_
.l.lLr la peflterra. A pesar de que hay l_aminoácidos
ir'¡i¡s r ¡-aminoácidos enlazádos a péptidos en los
:-:rrdtrs de 1os no mamíferos (capítult i), en las pro_
:31:.t: s. han detectado sólo los isómeros I de los ami_
:¡,:¡'i¡,s. La razón de esto se desconoce.
euizá esta
se::¡:--. .¿:d res¡llte de algún suceso fortuito que ocu_
-.i1, :* -r .: cio de la evolución de la vida en la tierra.
Los ami¡cácidcs pL¡eden tener carga
neta pos t va, negativa c d§ ce§"o
Los aminoacidos ptrse¡n a, menos dos grupos de áci_
dos débiies ionizables: unrr _COOH
iuno
_NHr-.
En solución hav dos r arianre: ,j.- estó. slupos. una
cargada y una sin carsa. en equrlibno proiórri.o,
R_COOH=R_coo_+H-
R-NH3.=R_NHr+¡.
Los miembros protonados, o ácidos, en este equilibrio
sonR-{OOH y R-NHi. El R-{OO- y R_ñH,* son
las. bases conjugadas (aceptores de prttones) de los
391aos
correspondientes. Si bien RIcOOFí y r<_
NH3* son ácidos débiles, el R-COOH es bastante más
fuerte que el R-NH3". Al pH del plasma sanguíneo o
del espacio intracelular
¡l .+ y I .i, respectivimente),
los grupos carboxilo existen, óasi por ctmpleto, corno
iones cartroxilato, R-COO-. A óstos.,ulo.., áe pU,
casi todos los grupos amino son, sobre todo. de la va_
riante protonada, R-NH.*. Las variantes iónicas de
los. aminoácidos prevalentes en la sangre y en casi
todos los tejidos, deben representarse como se mues_
tra en la ñgura {2A. Las variantes moleculares que,
como éstas, contienen un número igual de grupos
ionizables con carga opuesta
-y
en .onr""rr"ri.iu ,o
poseen carga neta- se denominan zwitteriones. La
estructura B (figura 4-2) no puede presentarse a
cualquier pH. En un pH suficientemente bajo para
protonar al grupo carboxilo, también puede proionarse
9l
grupo amino, más débilmente ácido. Con un pH de
dos unidades por debajo de su pK,, un ácido esá casi
99% protonado. Con el aumento gradual del pH, el
protón proveniente del ácido carboxílico se pierde
bastante antes que el proveniente del R_NH,,. En
un pH io bastante alto para que predomine 1a base
E
.(

109. -_-ll-
Aminoácidos
Cuadro 4-1. r--cr-Aminoácidos presentes en las proteínas
{r:-3'E
Símbolo Fórmula estructural
PK, PKz
pK.
3a¡ cadeaas laterales alifáticas
I
o"'o'
r
I ¡r, ii:
H-CH-COO-
I
NH¡.
cH3-cH-coo-
I
NH¡'
H.C
"
-cH-cH-coo-
a"i
I
"
NH..
.cH-cH,-cH*coo-
I
NH,-
CH,
CH-CH-COO-
/t
I
uñ¡
NH,_
-e: lll
H,C.
H.C
lle fll
cr-COOH
2.4
2.4
2.2
¿.ó
)a
o-NH..
9.8
9.9
9.7
o1
9.8
Grupo R
3or cadenas laterales con gr
S+- -a
I
ser IsJ
I
-=."21'*'''l
--::-¿ I ,,rr,
I
rupos h¡droxílicos (OH)
cH,*cH*coo-
tl
oH NH..
cH3*cH-cH-coo-
tl
oH NH3-
Véase adelante
2.1
9.2
ol
cerca de
'13
cerca de 13
Con cadenas laterales con á1
I s:e ¡a Cis [C] I
',re: tn n¿ Met [M] I
lomos de azufre
cH,-cH-coo-
¡t
SH NH.-
cH,*cH2-cH-coo-
ll
S
-
CH3 NHi
'1.9
¿. I
10.8
9.3
Con cadenas laterales con grupos ácidos o sus amidas
-ooc-cH2-cH-coo-
I
NH..
HrN-C-CH,-CH*COO-
lll
o NH3.
-ooc
-
cH,
-
cH, -- cH * coo-
I
NH.-
HrN
-
C
-
CH,
-
CH,
-
CH
-
COO-
ill
o NH3.
Glui2r.á
2.4
2.1
2.1
))
9.9
8.8
9.5
9.1
3.9
4.1

110. J4. Bioquíntictt de Hor7ter
Cuadro 4-l . l-s-Aminoác¡dos presentes en las proteínas
(Capítulo 4)
(continuación)
Nombre Símbolo Fórmula estructural
9K. PKz PK,
Con cadenas la
Arginina
Lisina
Histidina
Lterales con
I Aro IRI
Lis [K]
His
[H]
¡rupos básicos
] l- N-cH.-cH,-cH
-cF-coo-
ll
I C:NH,- \¡'
lr
I NH,
I
cH - cH,- CH_-C-
-:--COO-
I
NH,, \L
.
l:-- -:i-aCO
H§)
a-COOH
1.8
2.2
1.8
o¿-NH3-
9.0
9.2
o2
Grupo R
1) R
10.8
6.0
Con anillos arot
Hishdina
I
I
Fenilalanina
I
Tirosina
'riptófano
Táticos
His [H]
Fen
[F]
T¡rlYl
Trp [W]
T-//^
-_-.-urJ-uuu
\_ l
l
NH,-
HO-
-
3::
-
CH
-
COO-
l
NHr-
;
\--^\..-/ NH,.
2.2
2.4
9.2
9.1
9.4
10.1
lminoácidos
Prolina Pro [P]
i-
\i-l \_-j-
F:
2.0 10.6
conjugada sin carga del grupo amino, e1 gruirrr
carboxilo se presenta como ion carboxilato (R
COO). Sin embargo, la representación B se utilizl
en muchas ecuaciones que no involucran el equilibritr
protónico.
La acidez relativa de los ácidos débiles se expresa
por su constante de disociación ácida, K", o mediante
su pK", el logaritrr-ro negativo de la constante de diso-
ciación:
pK^=
-log
K"
El cuadro 4 I lista, a la décima de unidad de pH más
cercana. 1os r,alores de la pK de cada grupo ácido pre-
sente en los 20 aminoácidos de las proteínas. Por
con eniencla. en 10 sucesivo se omitirá el subíndice a
c'n la K \, en la pK,, pero queda irnplícito.
En la figura 13 se iiustran las variantes protonadas
de1 erupo imidazol de la histidina y el grupo guanidi-
no de la arginina. Ambas existen como híbridos de re-
sonancia \'. por tanto, pueden representarse como se
mLrestra a la derecha, con la carga positiva distribuida
entre ambos nitrógenos (histidina) o entre los tres nitró-
genos
larginina).
La carga neta (la suma algebraica de todos los
grupos presel]tes con carga positiva y negativa) de un
H
I
R
-
C"- NH,
I
COOH
l*'
R.- Y
o
,'oH
Figura 4-1 . Dos representaciones de un c¡-aminoácido.
\-_

111. Amin.oácidos . :
NH3. NH,
lt
I
toloH
?'- Y ?' )l
oo
AB
Figura 4-2. Esi"-.:-'e :',camente correcta de un ami-
-:;:
Cc e^ -
':-:: :: .- 'siológico (A). La estructura sin
:,';a (B) -: : -=l: =,
:: ' ccn pH alguno, pero puede utili-
:.'s: ::-: -^. -.'.:- a.ca al comentarla química de los
a-'-1- --:
aminoár-irlo- depende del pH o concentración protóni-
ca- del rr'¡dio qr¡e le rodea. La capacidad para modificar
lac4renhc¡minoácidos o sus derivados mediante la
udphclin del pH facilita la separación fisica de
rÉ¡rÉlfo6. peptidos y proteínas.
A ¡t¡ ptl isoeléctrico (pl),
ur am¡noácido no posee carga neta
L¡la rm aminoácido alifático, como la alanina, la va-
rimte isoeléctrica es la presentada enla figuta 4-4.81
Slisoeléctrico,
es el punto medio entre los valores de
lapKen cada lado de la variante isoeléctrica. En un
aminoácido con sólo dos grupos de dlsociación, no es
posible la ambigüedad, como se muestra adelante en
el uilculo del pI de la alanina. Como la pK1 G {OOCI
:
2.35 y pK, G-NH,)
:
9 .69 , el pH isoeléctrico (pI)
de la alanina es:
oK, + oK, 2.35 + 9.69
F'=-=-=6.ü2
22
El c.ilculo de1 pI de un compuesto con más de dos
grupos disociables conlleva mayor posibilidad de error.
Por ejemplo, si se consideralafrglura 4-5,
¿cuál seria
el pI del ácido aspártico? Para responder a esta pre-
gunta se escriben todas las estructuras iónicas posibles
de un compuesto en el orden en el cual acontecen. cLrn
inicio en la variante fueftemente ácida y final en 1a
solución básica (p. ej., igual que el ácido aspártico en
la figura 4 5). En seguida se identifica la representa-
ción isoiónica o zwitteriónica, 1as variantes que no
poseen carga neta (como en la figura 4-58). El pI es
el pH en el punto medio entre los valores de 1a pK a
cada lado de las variantes isoiónicas. En este ejemplo:
.
pK1 + pK2
Pl=-
2
2.09 + 3.96
=
-
=3.02
2
Este enfbque funciona igualmente bien con los ami-
noácidos con grupos adicionales disociables, por ejem-
plo, lisina o histidina. Después de escribir las fonr-rulas
de todas las variantes cargadas posibles de los amino-
ácidos básicos lisina y arginina obsérvese que:
,¡ =-!f,zt-f,'
2
Para 1a lisina, el pl es de 9.7;para la arginina, de 10.8.
El estudiante debe determinar el pl de la histidina.
La determinación de ios valores de la pK a cada
lado clei zwitterión mediante la inspección de las es-
tructuras cargadas, no se limita a 1os aminoácidos. Este
criterio puede aplicarse a los cálculos de la carga en
una molécula con cualquier cantidad de grupos
disociables. La capacidad para realizar cálculos de este
tipo es de valor en el laboratorio clínico, para predecir
la movilidad de los compuestos en los campos eléctri-
cos, y seleccionar los amofiiguadores adecuados para
la separación. Por ejemplo, un arnofiiguador a pH 7.0
separará dos moiéculas con valores de pl de 6
1,'
E.
respectivamente, porque la molécula con pI :
6 ten-
drá una carga neta negativa mayor a pH 7.0 que la
molécula con pl :
8. Consideraciones similares se
aplican al anáiisis de 1as separaciones sobre soporte)
iónicos como los polímeros con carga positiva o neg:-
tiva (p. ej., celulosa DEAE o Resina Dowex l).
n
t
11- N_a
(,/
N--,J
n
I
,)\
(/' N-H
^
I
-
§rN:i
H
n'l
.z\o I
(/ N-H
I
'*-J
I
-
*']-
R
I
NH
§ l.e
Q-:.lt'ttl
NH.
ln
ll
lT-
I fi-**,
leNu,
H
I
NH
-<..+.lO
^-^tu
v-f\l'1
I
NH¡
R
I
@h]H
-<....> ll
o-NH2
I
NH:
Figuna 4-3. Híb,ridos de resonancia de las variantes protonadas de los grupos

112. 36 . Bioquímica de Harpet (Capítuto 4)
..,,,-\,,,,o
]l
o
Figura 4-4. Estructura isoeléctrica o "zwitteriónica" de la
alar.ra Si b en presenta carga, el zwitterión no posee carga
neta: por tanto. no migra en un campo eléctrico de corriente
direcra.
Los valores de la pKvaríam
con el amhíer]te
Los valores de 1a pK listados en el cuadro ;l I cr¡r;. -
ponden a los aminoácidos libres en solución ac,.:,r:-:
Como tales, proporcionan sólo una guía apr.r:ir:-.-:--
de los valores de la pK de los aminoácidos :::..- .,
en las proteinas.
¿A
qué se debe esru.' Fl .:' -.- . -.
cualquier grupo disociable afecta su pK. Para rm p
ácido-basc conjugado. ur.r solr e:r:: :r -,: '- : -:
variantecargadatp.ei. R r,,
solvente rnenos pollr'. l:r , ..: -
'
COOH o R-NHr). Por I
aumenta la pKde un gnp
la c1e un gfLr:¡a .::rr.-
dClS athiiaat-,:-:. i-:: t :' :-;,-. - .r j,
ie. -\>i. .¡ :,;, :;,.: -a,.:

-1
1,r J. ..t1.: ,.. ...- - t.:
citin rlentl., i; ¡::,: ::-.:-:: l;.;::r- r:l:
-.-_-
r¡r'irii.rr-c.¡Lr,.Jln t"! .¡ -.i:..J---.
- .: : - ... .. -.
cll ocasi()nc). ul .r. ..lIJrJ-'. --
-1 .. t - ...... - -
lista los interr rlos rr¡ic,'. J; l,'. . .i
¡!¡
er
para los grupos ionizables de 1os antiit..¡.:c.s ;
proteínas. Sin embargo^ con ticcuenci¿l Si J1lc-.;: r:
'
valores divergentes, hasta en 3 unidades tic :F-. -.
estos valores típicos de la pK en los :ltlr,. .1j:,-.. i
de las enzimas. En un ejemplo extrenlo
-el
d.-L ¡c.: -
aspártico sepultado de ia tiorredoxina con una
¡rA :
-
Cuadro 4-2. lntervalos típicos de los valores
de la pK de los grupos ionizables en las proteínas
Grupos en disociación Intervalo de la pK
a-Carbcr o
No &-CO3i. :e Asp o GIu
lrn iaza :a ¿
-'lis
SHc¿:,r
Oi'l :: - -
a1-4-
_:
¡-1-----:-s
3.5 a 4.0
4.4 a 4.8
6.5a7.4
8.5 a 9.0
9.5 a 10.5
8.0 a 9.0
9.8 a 10.4
-12.0
E
o'r
T ü-O
(
PK¡=982 \'i-'¡,¡rti
ru
-o-{
0
le 9-
¡la desviación supera las seis unidades
ntos de solubilidad y de fusión
aminoácidos reflejan su caráctel
ir,¡ arlrnoácidos hay múltiples gnL-
::¡,s ¡ulil'roácidos fonlan fácilmente
: _ : i:
'.
3n consecuencia resultan solu-
. j
-
.:: : --t:'¡S CLrntO aglla y etanOl, perO
, -. :. : :-'-'.;-,-tieS ilO pOlafCS COmO
DOS PUEDEN
SEGIJN LAS
DE SUS GRUPOS R
r¡ác*bs & las proteínas pueden dividirse en
fugrqrcs" según seapolar o no polar el gru-
id,o aI átomo de carbono cx (cuadro 4*3).
riaturas deuna letra (cuadro 4-l) se utllizan
esenffilas secuencias largas de aminoácidos
r so§lrcncia completa de los aminoácidos en
_ _+\_
: lr:=s
NH,¡'
A
fn ácido fu§,1e
(por debalo de pH 1);
caroa néta
=
*1
.
!**,
r§(
o
B
Alrededor de pH 3
carga nela = 0
i1*'
I
PK:=3t0
(ir-cccH:
o
tso*
(
'_PK;=209
(*COOH)
D
En álcali fuerle
{por arr'ba de pH 1 1 )i
aároa ñetá
=
*2
. P .
"¡o*
Figura 4-5. Equilibrio protónico del ácido aspár1icc
r
L-

113. H id!'ófobos
O.-acro zl-3. Clasificación de los r-cr-aminoácidos
de las proteínas con base en su hidrofilia
i:endenc¡a a reunirse con el agua) o hidrofobia
:e'dencia a evitar el agua para buscar un ambiente
menos Polar) relativas
flinciones úrnicas en la catálisis enzin.rátrca. ir.'¡': ' - -:
la pK <le su protón imidazol, permite que ñttl''
':-'' '
pH 7.0 como catalizador básico o ácido.
E,l grupo alcohol primario de la serlna ). !'l *c:":''
tioalcohol (--SH) prirnario de la cisteina. son ntici¡¡ -
filos cxcelentes y pueden participar colno tales en 1:
catálisis enzimática. Si bien el grupo alcohol secunda-
rio de la treonina tarnbién es un buen nucleóf'1lo. no se
sabe que tenga esta función en la catálisis. Adernás' e1
-Oft
¿e 1a serina, tirosina y treonina también par-ticrpr
cn la regulación de la actividad de ciefias elrzimas cuva
actividid catalítica depende dcl estado de fosforilaciórr
de residuos aminoacilo hidroxitrados especif'rcos'
Los arninoácidos no absorben la luz visible (es
decir. son incoloros) y. coll cxcepción de los anlino-
ácidos aror.náticos triptófano. tirosina, fenilalaninl e
histidina, no absorben la ltlz ultravioleta dc longitr-rd
de oncia superior a 240 nm. Varios aminoácidos, en
particular ei triptólano, absor-ben la luz ultravioleta de
iongitud de onda altn (250 a 290 nm) (figura 4 6)' Pot
tanó. si bien es relativamente poco frecuente en casi to-
das las proteinas. e1 triptófano tienc una contribución
in, porlánte a la capacidad de la mayor parle dc las pro-
teíiras para absorüer la luz en la región cle los 280 run'
)S
Las técnicas cromatográficas que se discutirán, se
aplican para separ¿)r diversos materiales' por tanto. no
eitán ciicunscritas a los aminoácidos y sus derivados'
Aunque la cromatografia en papei y la cromatografia
autornatizada por intercambio iónico han sido supera-
das, en gran medida. por técnicas analíticas cromato-
Hidrófilos
:- rJ aspártico
r: l. giutámico
: -: irna
: s:,aragina
Gircina
Clutamina
Histidina
Lisina
Serina
Treonina
,,;
jcios.
en estado librc o combinado (peto
. ,. - .:.tt.i>), son importantes en los procesos
, : Por eierlplo, 1a ornitina, la citrulina y el
-
- :,...rllilto participan en la fbrmación de la rirea,
. :
',.
r'rt la fonnación de las hormonas tiroideas, y
-
: :-.r.üraleza existen más de 20 n-aminoáciclos. En-
-'
: -i:-,s se inclu¡ren la n-alanina y elo-glutamato de cierlas
- -: :-ic'S celr-rlares bacterianas y diversos D-alninoácidos
-:- l--. ¡ntibióticos.
PROPIEDADES DE LOS AMINOACIDOS
INDIVIDUALES
[a glicina, e1 aminoácido más pequeño, puede acomo-
dr¡se eo regiones de la estructura tridimensional de
h proteínas, inaccesibles a otros aminoácidos. En con-
secuencia, la glicina a menudo se presenta en las regio-
nes eri que los péptidos tienen dobleces fuertes.
Loi grupos R alifáticos de alanina, valina, leucina
e isoleucina, así como los grupos R aromáticos de feni-
lalanina, tirosina y triptófano, son hidrófobos. Debido
a que la formación de solvatos da lugar al ordenamiento
de las moléculas de agua alrededor de dichos grupos,
estos aminoácidos típicamente se presentan sobre todo
en el interior de las proteínas citosólicas'
Los grupos R con carga de los aminoácidos bási-
cos y ácidos, estabilizan conformaciones pfoteínicas
especificas a través de la formación de interacciones
iónica; o enlaces salinos. Por ejemplo, la ruptura y
rrEr? tbrmac:ón de enlaces salinos que acompañan a
le osigsnación y desoxigenación de la hemoglobina
(ceÉmlo n- Ademris, los aminoácidos con grupos R
cm caga positiva o negativa, funcionan en los siste-
¡rx de -rclcr-o de carga" que transmiten 1as cargas a
E{trÉs de dimcias considerables durante la catálisis
enzimtrcaydtrasporte de electrones en las mitocon-
&ias qr¡e e*ln rcspirando. Por último, la histidina tiene
Triplófano
\-/ --.riros*a
ffi
24A 260 m
Lonsitud de oñda {nm}
2
§
q5
c
¡oqe
a-_
6
0p
!ñ
ii _>
ñ
.ó
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§
Ol
a
o
¿)
0
Figura 4-6. Espectros de la absorciÓn
triptófano, tirosina y fenilalanina.

114. (Capítulo
4.,t
Bioquímícu cle Harper
7
J8.
grálicas más novedosas r. mejores, los principios in-
volucrados tienen carácter general y dichas técnicas
aún tienen aplicaciones en la investigación médica.
e nomatogreiía
En todas las sepalaciones cromatográficas, Ias mo-
1éculas se repafien entre una lase estacionaria v una
mór'r1. La separación depende de las tendencias rela-
tir as de las rnoléculas en una mezcla, para asociar-se
corl nta or fuerza a una u otra flase.
e rei'natografíe en papei
Para la cromatografía en papel, se aplica una gora de
una solución con aminoácidos a una distancia aprLr-
nTada de 5 cm del extrcmo de una tira de papel tilrri,
Ésta se coloca en un contenedor cerado, dentro dc1 cu,,
su extremo entra en contacto con un solvente. e1 ttpiu¡
es agua saturada de alcohol de bajo peso mLrL-culer.
con un ácido o una base. Después de la mrgr-acrón de1
solvente a lo largo del papel, la tira se seca. se tratf,
con ninhidrina en acetona, y se calienta un poco. Estr.
revela 1as posiciones de los aminoácidos como man,
chas de color violeta (flgura 4 7).
La polaridad relativa establece la r¡ovilidad crtr-
matográfica. Los aminoácidos con grandes grupos R
no polares (Leu, lle, Fen, Trp. Val, Met. Tir) migran
más lejos que aquéllos con grupos R no polares rlas
cortos (Pro, Ala) o con grupos R polares (Tre, Glu,
Ser, Arg, Asp, His, Lis, Cis) (figura 4-7). para
una
serie no polar (Gli, Ala, Val, Leu) el aumento,de la lon-
gitud del grupo R no polar, lo que aumenta la no pola-
ridad, resulta en aumento de la movilidad.
La proporción entre la distancia a la cual viaja un
aminoácido y Ia distancia a la cual viaja el frente del
soh'etrte es el valor R1 (movilidad relativa respecto al
ftente del solvente). Los valores R¡para un aminoácido
determinado, varían según las condiciones experimen-
tales- por ejemplo, el solvente utllizado. Es preferible
cromatografiar estándares de amhoácidos simultánea-
flreote con los especímenes desconocidos, de manera
que la morilidad pueda expresarse con relación a la
del esnánda(p. ej., como R*1u envez de R¡),lacualvaría
rrrrxls de un experimento a otro que los valores R¡.
Cromatografía en capa fina
Ha1- dos tipros diferentes de cromatografia en capa fina
tCCFt CCFdepartición(CCFP) y CCF de adsorción
{CCFA|" Fn Ia CCFP la resolución involucra laparti-
cim de los coryonentes de una mezcla entre las fases
liqui& mórr1
1- esacionaria de diferente polaridad, a
medida que la ñse mórü pasa sobre la estacionaria.
I-a separrcin derira de la sohüilidad diferencial de los
compon€trrs ea las ñses estacionaria
_v móvil.
CCFP riorrnal
En la CCFP normal, la fase estacionaria es el compo-
nente más polar- El solvente contiene componentes
polares v déb:lmente no polares, de manera típica el
agua un alcohol de 4 o 5 carbonos y un ácido o una
base débiles, como ácido acético o amoniaco. Con-
forme este solvente se mueve sobre el soporte, cambia
zu composición debido a que los componentes más
polares se unen a los grupos
-OH
polares de la celu-
losa- Portanto, el frente de avance del solvente se hace
cadavez menos polar. En consecuencia, los compo-
nentes menos polares de una mezcla se mueven bastante
más que 1os componentes más polares de igual tama-
ño. Por ejemplo, el glutamato y la lisina se retardan, en
tanto que la leucina y la valina migran con el solvente.
Consideraciones similares se aplican a la cromatografia
en papel.
CCFP de "fase invertida"
En la CCFP de "fase invertida", las polaridades de las
fases y las movilidades de los componentes de lamez-
cla se invieften respecto a la CCFP normal. La fase
móvil proporciona la fase polar. La fase estacionaria,
de manera típica celulosa recubierta con un líquido no
polar, como aceite de silicona, es la fase menos polar.
Drrecoón
I
de la miora-l
cóndel" I
solvenie i
= ;--z !-' ::-:'oación de los aminoácidos de las proteí-
-.= I
=.- -:: :- : ,-:matografía descendente en papel, en
'-a--.=- _ :_ ,, :_:.:: agua. losaminoácidosserevelancon
...:-..
Lis
Asp
uil
Tre
Trp
Fen
Leu
a?
I
iT
ü*
ü
*
.&,
*
-

115. 4 ¡1)t;
:
-
, ,- [ i\. -.,. ..:..'s l¡ 1a separación son completa-
:. : : i :-'::: .i- ' ,, ::¡r¡LrLción involucra la adsorción
-:
: - t-'-' t' - t'. :: :¡ ,-ttla l¡ezcla A gel de silicio que
.: ,: ,' . .-.:r.:: t-.tt.lr todael aguaenlazada. Lafase
. - : -'
--.rtilcos.
desplaza los compuestos
- - - -.3 siiicio. Los componentes cnlazados
. -'i::';
: -:, .a CCFP nonxal, los componentes
-'i, -
-rr' .-orl el solvente c11 tanto que se retarda
l.1i Ja lrrs col-nllonentes menos polares.
CGF de adsorció
,/--?o
(10
\-N A
l' 'o- -f
ol
H
reü
Figura 4-9. El 6-aminoquinolil-N-hidroxisuccinimidil-carba-
mato (AQC).
<lerivados de los aminoácidos que son fluorescentes o
absorben luz UV. La sensibilidad de este criterio pre-
columna pennite attalízar cantidades picomolares de
material
-por
io general, 1 a2'¡"g de proteína pr-rrifi-
cada o 0.2 pg de un péptido corto (figura 4 10).
Electroforesis de alto voltaje (EAV)
Las separaciones de aminoácidos, polipéptidos y otros
anfoiitos (moléculas cuya carga neta depende del pH
del medio) en un campo de corriente directa, tienen
nruchas aplicaciones en bioquímica.Pata los amino-
ácidos, se utilizan con mayor frecuencia las hojas de
papel o las capas finas de celulosa en polvo como so-
por1e. Para los polipéptidos grandes o las proteínas, se
emplea gel de poliacrilamida con enlaces cruzados.
Para los oligómeros de nucleótidos se usan sopodes
de agarosa y poliacrilamida.
Las separaciones dependen de la intensidad de1
campo de corriente directa, 1a carga neta del anfolito y
del peso molecular del conlpuesto por separar. En las
moléculas con carga idéntica, las que poseen menor
peso molecular rnigran más lejos. Sin embargo, la car-
ga neta es el factor más importante para determinar la
ieparación. Las aplicaciones incluyen aminoácidos.
polipéptidos de bajo peso molecular, nucleótidos y fos-
foazúcares. Las muestras se colocan sobre el sopofie
y éste en seguida se humedece con un amortiguador a
un pH adecuado y se conecta con los depósitos de
amortiguador mediante tiras de papel. Al aplicar la
corriente, ias moléculas con carga neta negativa en
el pH seleccionado migran hacia el ánodo y las que
poseen carga neta positiva 1o hacen hacia el cátodo. Para
visualizar 1a separación, el electroforograma se trata
con ninlidrina (aminoácidos, péptidos) o con bromutt'
cie etidio, y se obsen a bajo luz ultravioleta (nucleótidtrs
oligómeros). La selección del pH se basa en los r alo-
res de ta pK de 1os grupos disociables de las molécules
de la mezcla.
LO§ GRt.JFO§ FUNC¡OT.üALES
METERNil iNAN LA§ REACCI CN ES
QLJíMICAS DE LCIS AI\,tIT{EÁCiDOS
Las reacciones químicas de los an-rinoácii¡ . .'.
-
"
- -
terminadas por los grupos funcionales cr':r : i.
-
-
.-;:z¿ se desplazan primero, y se iogra la
Crornatograf ía I íqu ida
úe alta resolución (CLAR)
[:s separaciones cromatográficas en columna típicas,
milizan columnas de vidrio llenas de un soporte com-
primible, condiciones que impiden el uso de grandes
presiones. Esto impone un límite superior en la velo-
cidad de1 flujo del solvente y, por tanto, sobre la rapidez
del análisis. La cromatografia líquida de alta resolu-
ción (alta presión) (CLAR) constituye'un refinamiento
basado en los mismos principios que la cromatografla
en columnas regular. Las columnas de acero inoxidable
se llenan con partículas más pequeñas y más unifor-
mes de un intercambiador de iones no comprimible, el
cedazo molecular, o el soporle de interacción hidrofó-
bica- Las presiones de operación de 5 000 a 10 000 psi
disminuyen el tiempo requerido parala resolución,
de r arias horas a varios minutos. Esto reduce la difu-
sión lateral, una función de1 tiempo de permanencia
en la columna, y da una resolución muy mejorada. Se
dispone de dos opciones analíticas. Se puede hacer
que los aminoácidos reaccionen con un reactivo que
facilita la detección y cuantificación, antes o después
de la CLAR. La detección poscolumna suele utilizar
ninhidrina (figura 4-8), que forma un color violeta
con los aminoácidos. Sin embargo, este ffiterio de de-
tección poscolumna se sustituye, cadavez más, por la
reacción de la mezcla de aminoácidos antes de la CLAR
con un reactivo como el 6-aminoquinolil-l/-hidroxisuc-
r-inimidilcarbamato (AQC) (f,gura 4 9), que forma
o
II
4Y\, o¡
III X
\-'\^u
ot-l
U
il
o
Fgura 44. La ninhidrina

116. Y.r/
40 .
Bioquímica d,e Harper
(L'apítulo
4)
c
o
a
o
o
a
c
o
o
f
o
ct
Figura4-10'LaCLARdefaseinversadelosderivadosAQCc::s:minoácidos..(Reproducidaconautorzacróndecohen
SA, Michaud Dp: Svnthesis of a luoüsieni;*"r¿;.g reage-: --:m
nequ¡¡.frt_N_hydroxysuccinimidyl
carbamate, and its
applicationtotheanálvsisornvorotviátáa-Á¡""á.iá.'iirñ¡sñ-p'i.-:-r",iür]o'l,lárr,"sraphy.AnarB¡o;he;
rc%;211:27e.)
'¡::l.ro deben activarse Ios grupos carboxilo.
er.rími_
i-rrrr'[te. esto puede involucrar 1a conr.elsión previa
¡.:r ,il cloruro ácido. En el aspecto biológico, Ia acti_
!1::]:-l:: "-.mino
y o-ácido carboxítico y Ios grupos
runcronales presentes en los grupos R. Cadá erxio tim_
cional puede participar en tod-as sus reac.ion"iqiri.r,
características. En los grupos de ácido carbixílico,
estas reacciones incluyen laiorizacióty formación de
es.reres. amrdas y anhídridos ácidos. Las reacciones
adicionales incluyen la ionizacíón,acilaciOn
v ejerifi_
cación de los grupos amino. la oxidación y ufá"ifu"iOn
de los grupos
-SH,
la esterificaclOn
Oá ioi g.upo,
-OH,
etc.
!t BEACC|óN MAs |MPoRTANTE
PF
Los AMtNoÁctDos ES [Á'
-
FoRMACIÓN DEL ENLACE pÉ.prioIco
o
.H"N
- ll
_,.^\
Y )OH+¡¡¡¡
rl
Atanina \.^ -o-
rll
o
Valina
>
H.O
En principio, la formación clel eniace peptíclico involu_
,H:N
- :
era laellninacióndc I mol deagua.nn..r'grufá"_a,niro
'-y^N,
!i l: ilr,l,qucido
y et grupo «-carboxiii ¿á un scsr.n_ l_ ñ
dtr arn uroácido ( figura 4 I I ). Sin cmbargo. esra reac_ )-
y "
ción no proccde como se.r"iib". t"d";;;;;;lJ.nrr- ó
;1ffii"::Hl]iiJ':":i,"#::;,H::ffi::llglt*l
iJ:;[:
-,1
Aminoácidos unidos por un enrace peprícico
00?8
ir
tlBttJI[;A fA::lil1i IE r#:]]3[il

117. ..¡:¡ l¡ arrndensacirrll rnlcial curAfPparaI Id ! lrl ll1lllf,.rl 1Lr
- '.r
,.r-. -,;¡rltlrt.¡ ell.litlt¡;lal1r'
RESI'MEN
Enlas proteinas solo sepresentan los l-o-aminoácidos
si bien en la nafi[aleza existen los o-aminoácidos y
los aminoácidos no c. Todos los aminoácidos poseen
al menos dos grrryos funcionales débilmente ácidos,
R--NH¡yR-{OOH, los cuales, enlos aminoácidos
de las goreinre' residen en el átomo del carbono «,.
Adeúls' ésfio6 y otros grupos funcionales débilmente
áci&§ (--OIL
-SH,
guanidino, imidazol) determi-
m F la carga neta de un aminoácido varíe con el
É1núffio,los
aminoácidos son anfolitos cuya car-
!r É a rm pH determinado depende de los valores
de la pK de sus grupos funcionales. Ei pI es e i pH -,
cnal un aminoácido no posce carga neta: por tallto. :',-
se mue\¡e cn un calnpo eléctrico de corriente direct¡
Además dc detenninar las interrelaciones entrc i.,
carga y 1as clases de rcaccioncs quÍmicas en quc perri-
cipa un aminoácido (de las cuales la más importante
es la formación dcl enlacc peptidico), los grupos R I
sus funcionalidades concomitat.rtcs. deteminan las fun-
ciones bioquímicas únicas para cada aminoácido. Las
funcionalidades de los grupos R también dan una base
para la clasiflcación de los art.rinoácidos en básicos.
ácidos, aror.náticos. alifáticos o sulturados. Después
de la separación de las mezclas dc aminoácidos rlc-
diante partición o cromatograf ia de intercambio iónico.
dichos aminoácidos pueden detectarse y cuar.rtificarse
mediante la reacción con ninhidrina. I
r,=FERENCIAS
Cohen SA, Michaud DP: Synthesis of a fluorescent
derivatizing reagent, 6-aminoquinolyl-N -hydroxysucci-
nimidyl carbamate, and its application to thc analysis
of hydrolysate arnino acids via high-performance liquid
chromatography. Anal Biochem 1993 ;21
1 :21 9.
Langsetmo K et al.: The conserved, buried aspafiate in
oxidized E s cherich ia c oli thioredoxin has a pK of 7. 5.
Biochemistry 1 99 1 ;30:7603.
Ozols J: Arnino acid analysis. Methods
I 82:5E7.
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182:317.
Wilson NA et al.: Aspartic acid 26 in reduced Esc herit:hict
col/ thioredoxin has a p,( grcatel than 9. Biochcmistr¡
1995:3,1:893 1 .
Enzymol 1990;
Enzvmol 1990;

118. Pépt¡dos
. ::c,l\/. Rodwell. PhD
\TRoDUCcrÓn¡
La polimerización de los L-cx-aminoácidos rnediante
enlaces peptídicos, constituye el marco estructural para
las proteínas. En este capítulo se describen las caracte-
risticas de los enlaces peptídicos, las propiedades de 1os
péptidos, los métodos para determinar la estructura
primaria de péptidos y proteínas, y los métodos para
1a síntesis de péptidos.
M FC iETAi§ e ; /q H I CIfr/X Fi ts i CA
Los péptidos son de gran interés biomédico, sobre todo
en endocrinología. Muchas hormonas impoftantes son
péptidos, y pueden emplearse para corregir los estados
de deficiencia correspondientes (p. ej.. la administra-
ción de insulina a pacientes con diabetes rnellitus).
-\lsunos péptidos actúan sobre el sistema nervioso,
Jtrlro n€urotransmisores o neuromoduladores. Las
rurl !- iLr c i stinas y nodularinas peptídicas, elaboradas por
.. ;-;.:trbacterias. son moftales en grandes cantidades,
. r-: clntidades pequeñas, promueven la formación de
.*:rrÍiS hepáticos. Ciertos antibióticos son péptidos
ip ei . r alinonricrna y gramicidina A), así como algunos
:ntirumorales (p. e.1.. bleomicina). El dipéptido aspartame
sin e como edulcorante en muchas bebidas. La síntesis
,1,.rimica rápida y la tecnología del DNA recombinante,
i:n iacilitado 1a labricación de cantidades imporlantes
l:-
-,rrrfiro1r3S
peptídicas, muchas de las cuales existen
:: :. cuerpo en concentraciones relativamente mi-
,.., --,,..'.ror tanto, son dificiles de aislaren cantidades
.-',.:::3! c¡ra la terapéutica. La misma tecnología
: ::r:-- .. .. :--. ::rz.r¡ otros péptidos, también disponibles
;:. -' ..-...;-z: >tilo en cantidades pequeñas (p ej ,
¡-e:---,s :¡:: ¡,¡5 ,, proteinas virales), para utilizarlos
en aa'LIt.l:.
LOS I.U.AMINOÁCIDOS UNIDOS
POR ENLACES PEPTÍOICOS
FORMAN PEPTIDOS
La figura 5-l muestra un tripéptido constituido por
alanina, cisteína y valina. Obsérvese que un tripéptido
es aquel que tiene tres residuos, no tres enlaces peptí-
dicos. Por convención, las estructuras de los péptidos
se escriben con el residuo amino terrninal (el residuo
con un grupo o-amino libre) a la izquierda y con el
residuo carboxilo terminal (el residuo con un grupo
cr-carboxilo libre) a la derecha. Este péptido presenta
sólo un grupo cx-amino libre, y sólo un grupo cx-carbo-
xilo libré. Sin embargo, en algunos péptidos, el grupo
carboxilo o amino terminal puede derivarse (p. ej., una
aminaly'-formilo o una amida del grupo carboxilo), y
de esta matTera, no queda libre.
Las estructuras de los péptidos
se representan con facilidad
Por convención, los péptidos se representan con la ter-
minal amino alaizquierday la terminal carboxilo a la
derecha de la página. Para ilustrar las estructuras de
los péptidos, dibuje primero la cadena principal o es-
queleto, y después agregue los grupos R adecuados.
-".T
-rr=-
g -l
4u--.5*tr-''.o
¿ir=ftb
-
st-t
trffi*;x;-
Figura 5-1. Fórmula estructural de un tripépiido- Los áro-
mos de los enlaces peptídicos se presentan sombreadcs
con azul.
43

119. 7
44
ri
(Copítulo 5)
Escliba un zigzag fbrmado con la secuencia repctida
de la cadena principal ("esqueleto,,) de átomos:'o_ni_
tr'ógeno. u-carbono. carbono carbonilo.
Con.rplete las ten¡inales amino
¡, carborilo. 3s1.._,.
urr hidrógeno a cada «-carbono y a cada nitr.rl.r
--
péptido, y añada orÍgeno al carbono carbonilr¡
9H
ll H
"H.N-
^-C...
_-C, a ,rÑ .
Coo-
-C N C' C
H-Hil u/
o
Agregue ios grupos R adecuaclos (sonrL,r.'.,¡
átomo de u,-carbono.
*H3N\c.-C
-*-b--r-\
? ffi,¡
-c-
H
parecer la actividad biológica, con efectos concomi_
tantes menores (p. ej., la intolerancia al alcohol en mu_
chos asiáticos), o consecuencias importantes (p. ej., la
enfermedad de células falciformes). Muchos'errores
innaros del metabolismo involucran sólo un cambio
de- esrl üpo. Los poderosos métodos nuevos para deter_
minar fu sstustur¿ proteínica y del DNA han áumentado
m*-ho la comprensión de las bases bioquímicas de
muches enfermedades metabólicas heredádas.
I-as abreviaturas de una o tres letras para los amino_
áridos (cuadro 4-1) se utilizan parf representar las
esrucaras primarias (figura 5-2). Las abreviaturas de
ms leras unidas por líneas rectas, representan una es-
primaria conocida y sin ambigüedades. Con
las abreviafuras de una letra se omiten estas líneas.
Cuando no se tiene certezarespecto al orden preciso
fu ¡ma porción del polipéptido, los residuos dudosos
=
encierran en paréntesis, y se separan mediante sig_
¡os de coma (figura 5-3).
::
t':'::'
,..¡s animales, vegetaies y bacterianas contie-
:r'.os polipéptidos de bajo peso molecular (3 a
:uos aminoacilo) con gran actividad fisioló-
:unos, entre los cuales se incluye la mayor parle
,las polipeptídicas de lcrs mamjfbros. contienen
; ,:.-3s
lleptídicos fomados cntr-e los grupos Cx_amino
- -, : -,rilo de los L-cx-aminoácidos de las proteínas.
.,:ro. también puedenpresentarse aminoácidos
)epuoos pueden contenef
cácidos poco usuales
Gt u-Ata_Lis_cli_Tir-Ata
EAKGYA
Figura 5-2. Representaciones de una y tres letras de un
hexapéptido.
NCCaNC
,\.,/\/
\/
C.,NCCU
H_--\
9H,
-ooc
U
H
v:
3-
BIE
t
i r.r
l" -
.
.1::-. : ,:.
1:::. . ':
'll:-L:ilr-r
.1r- :';. .
al;:l:'
aLrlr-,-,-l
ir.il-.:..
l-,t..-
,:
tlatll:r -l
E ¡¿[ r{.ñ.I¡rl(f,l
adicimales, o derivados de loi aminoácidos proteíni_
s
_amin§ácid6 cos. Otros .orrti"n",
"niuc"s
peptiAicos inusuales. por
níltr :*-if* ... -r -r--¿^¿i1_-
l
]l
-. -
l,
- :
.r
. ;:: c-l elutatión. el glutamato amino tetminal
rze con la cisteína mediante un enlace peptídico
tfig¡¡ra 5-4).
:- -ine,
,- nt) u-.
a !r:
lt;:;
:.:.¡itlos elaborados por hongos, bacterias y
:-.-:l.rores. contienen aminoácidos ql,a ro rc
;:: ,¡s proteínas. Los polipéptidos cíclicos
-il-
. .. :
_ t-L,--- -
-,. ;
. - l: -:
_- ....::in¿' ¡; .r :;1 .
il--., in¡rL..'-. .
'-
.-..-'L
:1i' Lr.-,.:.:''
. ..- J. l, .;rl.re..:-:...
.
af -(
Iógica
Una mutación del DNA que modifique los codones,
puede originarla inserción de grupos aminoacilo inadecua_
dos en un polipéptido o una proteína. Si bien a menudo
carecen de efecto biológico importante, inclusive las
sustituciones únicas pueden a veces disminuir o desa_
¡r-' '--
\<

120. : ---,s-(Aia, Gli, Ti0-His-Ala
=:-'e 5-3. Jn heptapéptido con una región de estructura
-'- =-.
^c erta (entre paréntes¡s).
.ri¡cidina ]'
grarnicidina S. antibióticos rnicóticos ci.rya
rlrrsilitesis es indeper.rdiente de los niRNA, contienen
t-Iinil¡1enin¡ r e1 horlólogo de 1a lisina, omitina (ca-
:uLL1., I i r. Ltr> lréptldos bacterianos nisina, subtilina
'. l'rr.i:':ilrnl antibióticos fonlados a partir de pre-
,-.::::3> ir'r:f,mblados en los ribosomas tienen el
,.:-
-,
-,..d.¡ rnusual lantionina. Los o-aminoácidos
'-',':.,:ri¡
se presentan en péptidos cortos elaborados
'-'- : ,..Lgur.ros animales pero, al parecer, no cn los seres
,.:::¡nos. Los ejemplos son la D-tirosina y la D-alanina
:: ltrs heptapéptidos opiáceos dermorfina y deltorfina,
¡resentes en la piel de ranas arborícolas sudan.ierica-
nas. Obsérvese que las técnicas de secuenciamiento
cluc se discuten más adelante. no distinguen cntre los
isómeros L- y D- de ios aminoácidos.
El glutatión (figura 5-4), en el cual e1 glutamato
amino terminal sc enlaza con la cisteína a través de un
enlace peptidilo no-cx, se rcqr-rierc para vauas enzimas.
El glutatión y la enzima glutatión reductasa participan
en la lormación de los enlaces disulfuro correctos de
mucha,. proteínas y homonas polipeptídicas, y tam-
bién parlicipan en el metabolisr¡o de los xenobióticos
(capirulo 6l).
La hormona liberadora de tirotropina (TRH)
(figura 5 5) ilustra una variante adicional. El glutarnato
amino terminal forma anilio para constituir un ácido pi-
roglutámico, y el prolilcarboxilo de la terminal carborilo
se amida.
Un polipóptido de los mamíferos puede contener
más de un polipéptido fisiológicarnente activo. En el inte-
rior de la estructura prin.raria de la B-lipotropina
una
iiomona hipofisaria quc cstimuia la liberación de áci-
dos grasos a par-tir del tejido adiposo-- se presentan
secuencias de arninoácirlos comunes a varias otr¿rs
CH,
I
coo
_'-''-
_: _-
Figura 5-4. El glutairon i'r.giutam l-cisteinil-glicina). Obsér-
vese el enlace peptÍd co no-c/ qi-re une la Glu con la Cis.
OH
ll I ll /-)
HN-C-N*CH_C-N I
/\1\,
o4) cH
L"
AI
ffr)
NH
Figura 5-5. La piroglutamil-histidil-prolinamida (TRH).
hormonas polipeptídicas con actividades fisiológicas
diferentes (figura 5 6). El polipéptido mayor es un
precursor de los polipéptidos más pequeños.
Los péptidos son polielectrolitos
El enlace peptídico (amida) carece de carga a cual-
quier pH de interés fisiológico. Por esto, la formaoión
de los péptidos a parlir de los aminoácidos a pH de
7.4, se acompaña de la pérdida neta de una carga po-
sitiva y una negativa por cada enlace peptídico que se
forma. Sin embargo, los péptidos son moléculas carga-
das a pH fisiológico, debido a la presencia de los gru-
pos terminales carboxilo y amino y de los grupos R
ácidos o básicos.
El pH y la pK determinan la carga neta
de los péptidos
Igual que para los aminoácidos, la carga neta de un
péptido depende de los valores del pH y de 1a pK de
sus grupos disociables. En los péptidos, estos gru-
pos son los «-amino y cr-carboxilo en las terminales
amino y carboxilo de los aminoácidos, y los grupos
funcionales ionizables en las cadenas laterales de los
aminoácidos ácidos y básicos. El cuadro 5 1 lista los va-
lores aproximados de la pK de los grupos disociables
de los péptidos desnaturalizados carentes de estruc-
tura organizada. Sin embargo, estos valores de la pK
pueden diferir de manera significativa en 1os péptidos
nativos, ya que el ambiente de un grupo disociable
puede afectar grandemente su pK. Los ejemplos er-
tremos incluyen las desviaciones en la pK, de vana-.
unidades de pH, en los residuos del sitio activo de crer-
tas enzimas. Obsérvense además, 1as diferencias a panlr
de los valores de la pKpara los grupos disociabies de
los aminoácidos libres (cuadro 4-1).
El enlace peptídico posee carácter
parc¡al de doble enlace
Si bien los péptidos se csclibcn con so1,' ,. r
en realidad. tiene un carácter parcirrl r: --
SH
l
OCH,H
iltt
.1"-*a"*-"-t-
t'tll
CH,HO

121. 46 . Bioquímica de Harper
(Capítulo 5)
§ L T Ge s L R f¡tsns p HA G A N D G rG p N A L s H s L \
: : : ( < o1e;c;o,,F
R.;
= - -;
B-§ndorÍná
y§ndorfina
u-§ndor.fina
Mstistiina
encefalisá
l1S.qg
S-0 Estructura primaria de la
B-lipotropina. Los .:.
- _.
(p-MSH). Los residuos 61 a 91 contienén la estructura :. -.:
(figura 5-7). No existe libertad para rotar alredec¡:
del enlace que conecta los átomós C y N. por
tant¡.
los cuatro átolnos mostrados en la figurá 5-7 están en ¡.
tnlsmo plano, es decir, son coplanares. Esta sen]ir.-
gidez tiene consecuencias importantes par.e Io: orde_
narnientos dc la estructura proteínica niás compleio.
que e1 nivel primario. En contraste, se presenta án,lpi,,
libertad de rotación alrededor de los enlaces restanres
del esqr-releto polipeptíclico. En la figura 5
g,
que re_
::rresponden a la hormona estimulante del melanocito
:-jorfjnas que se indican.
:rr: !'srrls conceptos, los enlaces con rotación libre
r-. -':s:ran rodeados por flechas, y los átomos copla_
:-: :.r:Ibfeados.
res
{ae
Aunque pam un polipéptido son posibles muchas con_
formaciones (acomodos espacialés), en solución tiende
a prdominar una escasa variedad de éstas. Las confor_
maciones favorecidas reflejan factores como: bloqueo
estérico- interacciones colómbicas, enlazamiento del
hidrógeao e interacciones hidrófobas. Tanto los péptidos
Og-
lll
C.C
,/ / ¿__> ,/-: +
NN
tt
H¡1
Figura 5-7, La esüabilización, por resonancia, del enlace
peptídico, confiere un carácter parcial de enlace doble, y por
esto, la rigidez, del enlace C-N.
Cuadro 5-1 . Valores aproximados de la pK
de los grupos disociables de los péptidbs
Carboxilo no-ü del aspartato o glutamato
Grupo «-amino (no en la prol¡na)
Tiol de la cisteína
Grupo o-amino (de la prolina)
Hidroxilo fenólico de la tirosina
{

122. r':
TI
tg¡ra5{- Dimensiones de una cadena polipeptídica com-
*hner¡bextendida. Los cuatro átomos del enlace peptídico
(mbrazul) son coplanares. Los átomos no sombreados son
dddc-carbono, o-hidrógeno y el grupo cr-R del aminoácido
partiolar. La rotación libre puede presentarse alrededor de
los enlaces que conectan el o-carbono con el o-nitrógeno y
las funciones s-carbonilo (flechas azules). Por tanto, la ca-
dena polipeptídica extendida es una estructura semirrÍg¡da
con dos tercios de los átomos del esqueleto retenidos en
una interrelación planar fija entre sí. La distancia entre los
áfomos de los o¿-carbonos adyacentes es de 0.36 nm (3.6 A).
También se muestran las distancias interatómicas y los án-
gulos de enlace, que no son equivalentes. (Redibujada y
reproducida con autorización de Pauling L, Corey LP, Branson
HR: The structure of proteins: Two hydrogen-bonded helical
configurations of the polypeptide chain. proc Natl Acad Sci
USA 1951;37:205.)
como las proteínas (capítulo 6) requieren conforma-
ciones específicas para su actividad fisiológica. La con-
formación de un péptido nativo está determinada por
su secuencia de aminoácidos, y refleja el efecto neto
de todas las interacciones no covalentes entre los resi-
duos de la cadena. Las conformaciones más frecuentes
incluyen las helicoides o dextrógiras compactas y las
esuucturas
B
extendidas, de hojas plegadas paralelas
1-
antiparalelas (capítulo 6). El plegamiento de la ca-
dena peptídicafalvez se lleva a cabo al tiempo de su
sÍntesis en los ribosomas (capítulo 40).
SECUENCIAMIENTO DE
I.AS PROTEÍ UES: DETERM I NACIÓN
DE I.A ESTRUCTURA PRIMARIA
La comparación de la secuencia
de los péptidos revela residuos
cn¡ciales y relaciones filogenéticas
I-a mmparación de la estructura primaria de una pro-
teína determinada, proveniente de organismos con
vinculos distaotes, revela que un número pequeño de
residuos de aminoácidos pernanece invariable entré
las especies. Estos residuos conservados, que suelen
curnplir funciones fundamentales, dan tndrcrc,>
'.
.: ..
sobre la fbrma en que una proteína puede ser r: .' -
parte del citoesqueieto. co111o acarreador de el¡... -
nes o como catalizador.
E1 grado de variación de los residuos no co11Se11 ;* - r
de una proteína determinada entre las especies prrr1.¡ --
ciona indicios sobre Ia divergencia de las misnras ;,.-
rante la evolución. Las relacione s evolutivas ce rci,lli¡:
se correlacionan con un alto grado de similitud de i,,
secuencia; las relacioncs r.r,ás distantes se correlacionat:
con mayores dif-erencias en 1a secuencia. Esta relacit¡r-,
se documentó por prirrera vez para el polipéptido tbL-
mado por los rcsiduos I0.1- I I I del citocromo c que es
un acarrcador de electrones, y resulta válida para r-rn
número cada vez mayor dc protcínas.
La comparación de secuencias puede inl'erirse de
las secuencias de1 DNA contcniclas en las bases de da-
tos a las cuales se tiene acceso en ltúernet. Por ejernplo.
véase el sitio del |iaÍir¡ttul Center Jbr
Bi.otec'hnolog
Information en http://wrvw3.ncbi.nim. nih.gor,. Los
avances recientes en el secuenciamiento de genomas
completos, en particular de genor.nas procariotas, han
gcncrado vastas bases cle datos de las secuencias del
DNA. Por ejemplo, véase hltp:i'lrvrvw. tigr.org/tdb,
mdb/r¡db.html. La Lrtilidad de estas bases de datos se
mejora rnediante programas de compr-rtación que com-
paran el DNA recientemente secuenciado, con las
sccr¡cncias cxistcntcs cn las bascs de datos dc todo el
mundo, y ef'ectúan las asignacior.res provisior.rales de
las proteínas codil'lcadas inferidas.
purif¡can antes
La información del secuenciamiento de los péptidos
sería imposible de interpretar, a menos que la homo-
geneidad del péptido, valorada mediante EGPA-SDS,
excediera de 95Yo. Por tanto, los péptidos deben puli-
ficarse primero, mediante técnicas convencionales de
purificación de proteínas (capítulo 8). Para valorar 1a
eficiencia de un protocolo de purificación debe deter-
minarse la pureza de 1a muestra después de cada opera-
ción. Si el péptido de interés tiene alguna propiedad
que io distinga
-p.
ej., actividad catalítica, espectrrr
de absorción distintivo, capacidad para interactuar
con un anticuerpo específico dicha propiedad per-
mitirá su identificación. Los geles, nativo y de polr-
acrilanida SDS, poseen gran poder de resolucrtn.
son rápidos y fáciles, aplicables al análisis de mú1t4r1:.
muestras y dan una medida visual de la ef,rcienc,a c¡
esquema de purificación.
For lo genera¡ se d@terffiina úi'im-orc
la eornposición de emir:úáo;oos
La composición de amrnoácrdos de uir:::. -
-- - -
determinarse antes de iniclar el secLra:a : : .-
Los péptidos se
del análisis
.
l-*.-
_

123. 48
id"Scar ry=bles
equivocaciones y verifi car después
la mfirrmación sobne el secuenciamiento. primero
se
rompen, porhidrólisis, los enlaces peptídicos que unen
o,N
los residuos de aminoácidos. Oespúes, los aminoácidos
liberados se separan e identifican mádiante ¿iAR
"cromatografia de intercambio iónico.
(Capítulo 5)
HR
il
-N-CH-COOH
F"
No,
nmana
ediante la técnica
e Edman
.
Ningúnprocedimientohidrolizaporcompleto
los
péptidos sin que haya alguna pérdida. pl
m&odo de
elecclon consrste en la hidrólisis de muestras replica_
das en HCl 6N a 110
oC,
en tubos de vidrio,"firá",
"fvacío, durante 24,.48.72 y 96 t orur. ert" p-..ai_
mrento destruye todos los Trp y las Cis, y en piesencia
de rones metálicos, se pierde algo de Vét v ¿e Tir. La
¡ecune.rggig1
de la Ser y la Tre el incompléta. Los en_
Iaces Val-Val. Ile-Ile, Val_Ile e Ile_ül son mu\-
resistentes a la hidrólisis, en tanto que Ia Gln
-v
la A"-n
se desamidan a Glu y Asp.
¿De qué manera se resuelven estas dificultades?
Antes de la hidrólisis, la Cis se oxida a ácido cisteico-
un derivado ácido-estable. El Trp se mide despues de
la hidrolisis básica, un proceso que destnn= u t lr..
arg y Cis. Los datos sobre Ser v Tre se éstrmolan aI
ln R
^{ll
o,N{
)-N-cH-cooH
\:./
Fqura 5-€. Reacción de un aminoácido con el 1_fluoro_2,4_
Éikobenceno (reactivo de Sanger). El reactivo se Jesigna
:n
hTrq det bioquímico Frederiók Sanger, láuiáo con er
Preni¡ rtuóet en 19S8, quien Io utirizdpááüe-teiÁinar
ra
esnturia primaria de Ia insulina.
LA estructura p
se determina m
automat¡zada d
Sanger fue el pr¡mero en secuenciar
un pol¡pépt¡do
-, - , :¡ rr\iaiilittes v los
_ r -.-.. .r:l;.Ltlliu.otfigtu.a5 i0).
- :.- l.i>ls.
Más de cuatro decenios han transcruriclc¡ des,l: :,-rr .<,
^ - Fá
farger ¿.t.r-i* io
"ri*.*ru
primada. comntet¡. ,j¡ ::;:
-^
"
-ptioos grance§ §e es*;nd€n
lchonnonapotipepridicai,,,rlirl.rilnl.;;;:i;;
.'
e-::s l3 sec-enciann!ento
!!nsi.t
io en. separar.pri mero las dos cadenr:
¡ol i¡ -,¡r. -
dtcas, A y ts de la insulina. y convefiitlas.'-.áj.,r,- L:> :.-,.:',!'lltLrsparael secuenciamientoautomático
escrsión énzimática específróa, ." pép;iá;. ;;.;.:
'- - -.; , ,i..res ) operan con mayor elicacia sobre los
$Ytlgtque-co-ntienenregionesdesecuenciatra.tupri, ; --l . 'coll rina longitr-rd áe 20 a 60 residuos.
Mediante. f -iluoro-2,4-dinitrobenceno
1ng.r.á !-9 ). f..'
. ''
:¡.-':b1e ia escisiól específica y completa en
liberó.e.identificó, uno por uno, tos re"siAuos áe
l,rs :.-'.,i .Lrmpal'ativamente poco tiecuentesl los
aminuicido" desde el extremo amino lenninul J. lá.
-:. - - '
.l.licnrcs
satislacen.rr.,..q,,iri,o
péptidos. ,A1 comparar las secuencias de los pépticlos
traslapados pudo deducir una estructura irimaria A. Bromuro de cianógeno (cNBr)
ineqlrívoca para 1as cadenas A y B. Los :¡.rdur¡s de cisteína se modifican primero con ácido
Dos técnicas posteriores revolucionaron la deter- r od¡¡cerrir¡. Después, cl cNBr escinde el lado cooHminación de Ia estruct,ra primaria de los polipéptidos ¡.1; i--;'i"io ,r., que la Met es comparati'amerre
(proteínas)' La primera consistió en la introdricción poco iiecuente en los polipéptidos, esto suele generarpor Edman en 1967, de.u, procedimiento para la re- ii.g;r;;a;eptídicos
en el inter¡alo de los tamaños
moción y la identificación sécuenciales y automáticos deseados.
de los residuos de aminoácidos del extremo uniiro, uri
como de los derivados de feniltiohidantoína. La segun_ B. Tripsina
da fue la introducción independiente, por sanger ypor Esta enzima escinde sobre el lado cooH de la Lis y laMaram y Gilber-t, cie las iécnicas paia el ,"i.r"róio Ád i;;Ji.on pri_..o los resicluos de Lis con anhí_miento rápido del DNA. En la actualtdad, la estiategia ¿.iio .,tr*inico
lreacción reversible) para cambiarópti.a utiliza ambos criterios de modo simult¿neo.
su carga de posrtrva a negativa, la tripsina sólo escinde
7
-ul
/
\

124. PeptLrt,, ,
--
..:
-/,
JNI
so"- 'i
)
c
FO HS X
tNH
,/
o*\
= ; - - 5-' C, *a escisión oxidativa mediante ácido perfórmico
- - -1'-. ie as cadenas polipeptídicas adyacentes uni-
:: : : - :r aces disulfuro (sombreados), o la escisión
':
- , -' -'z mediante
B-mercaptoetanol
(derecha), forman dos
,::: :,s que incorporan residuos de ácido cisteico o de
'e s pectiva menle.
, ::-
j-, g. La delivación de los rcsiduos de Arg es
: - . ,.1.1. debido a la abundancia relativa de los resi-
-.. ) r J Lls. sin embargo, tiene utilidad en la escisión
- . - J: ,.r:rti de los fragn.rentos producidos por cl CNBI.
C o-Yodobenceno
:.r ::!-iltde los residuos Trp-X. comparativamente
- . ;:¡cuentcs. No requierc la protección previa de
. :.'tll¡S reSlduOS.
D l'lidroxilamina
- : .i- :-l: ios enlaces Asn-Gli, comparativarlente
, r.,,.-']lt3s. si bien, por 1o general. no en magni-
'.
.: -, -.-..:-.r.l.-¡blcs.
E, Proteasa V8
-: :1:-ateiiSil \'l Cle Sfrry;ft_t,lococcus oltreus CSCittde los
r-':,t]iirri Lreptídlcos Glu-X. de prcferencia donde X es
:-r:-¡,iirb,.¡. Los enlaces Glu-l-is resisten la cscisión.
,
-, :',':r¡cirin es úti1 para la degradación subsecuente
- - r-:--ilrintos obtenidos rnediante CNBr.
-- - s'ólisis con ácidos débiles
mmiam¡ento requ¡ere
múlüplcs digestiones
ones del polipéptido original, nor-
endo sn Met, Trp, Arg y Asn-Gli,
combinadas con las subdigestiones adecuadas de los
fragmentos resultantes, suelen permitir la determina-
ción de la estructura primaria completa del polipéptido.
Con excepción de dificultades inusuales e'l la puri-
ficación de los fragmentos, ésta puede lograrse con
pocos micromoles del polipéptido.
LOS PEPTIDOS MEZCLADOS
DEBEN SEPARARSE ANTES DEL
SECUENCIAMIENTO
La purificación de los fragmentos se logra, sobre todo,
mediante filtración en gel en ácidos acético o fórmi-
co, mediante cromatografia líquida de alta resolu-
ción (CLAR) de fase inversa por cromatografia de
intercambio iónico sobre fosfocelulosa o sulfofenilo-
Sephadex en soluciones de ácido fosfórico.
Los péptidos pueden separarse
por cromatografía o electrofores¡s
A. Cromatografía de intercambio iónico
y electroforesis de alto voltaje (EAV)
Estas técnicas (capítulo 4), que separan con base en la
carga, se aplican a los polipéptidos de bajo peso mo-
lecular y a los aminoácidos. El valor de la pK para el
grupo ácido cx-carboxílico de la terminal carboxilo de
un polipéptido, es mayor que el del grupo cr-carboxi-
1o en el aminoácido correspondiente (es decir, e1
COOH peptídico es un ácido más débil). A la inversa,
el grupo cr-amino de la terminal amino es un ácido más
fuerte (posee una pK menor) que el aminoácido de1
cual se deriva.
B. Filtración en gel
El secuenciamiento automatizado utlliza cantidades
pequeñas de polipéptidos grandes (30 a 100 residuos).
Sin embargo, muchos polipéptidos desnaturalizados
de alto peso molecular, pueden ser insolubles debido
a la exposición, durante la desnaturalización, de los
residuos hidrófobos anteriormente ocultos. Si bien la
insolubilidad puede superarse con urea, alcoholes. áci-
dos orgánicos o bases, estas sustancias restringen el
uso subsecuente de las técnicas de intercambio iónico
para purificar el péptido. No obstante, la filtración eB
gel de los péptidos hidrófobos grandes, puede reali-
zarse en ácidos fórmico o acético entre I y 4 molar, Esta
técnica separa moléculas de diferentes tamaños con
base en la exclusión o inclusión de éstas en los
F¡orLrs
de un cedazo molecular como Sephadex.
C. CLAR de fase inversa
Una técnica poderosa para puriiicar péptido: úc!-¡tL
lares de alto peso molecular es la cromatograña trl-
da de alta resolución sobre un soporte no E§*e-¡ tr
,n
"1
H
Y
",,
V
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HN
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nralir¡nr: ..- : ,
1*

125. (Capítulo
-51
elucirrt ::::i.:-¡it; s¡
-.::-.;¡
::,,.::¡ rCL-{R. i; ::¡.
l11\;¡- ,. I .:.::r'-::.-i . .:.:,.1;.tr'il en ¿Cl Se Llilrll*l
juntas pr:e ¡Linr-r..ri ,as mezcias cornplejás de péptirios
resulta:¡es de 1a drgestrón parcial de las proteínas.
D. EAV sobre filtros moleculares
Para tacilitar la separación, se puede emplear 1a fi1tra-
ción molecular junto con la separación por la cargir
Aunque se usan almidón y agarosa! el soporte nt.r.
frecuente es un polímero de acrilamida con enlar-3:
cruzados (CHr:CH CONHr). Para la electroforesis
en gel de poliacrilamida (EGPA), las soluciones j:
proteínas se colocan en tubos o placas de polir,:--.*-
rnida arnortiguada. con 2 a l0oo de enlace: . r.ir,z; j
mediante la inclusión de metileno bisacrilantid¡ : .
(CH.:CH-CONH:)2 CH2, o un reacrilo ::n-.:-.- :.
entrecruzamiento. A continuación, se aplica .-iir ;r .:
directa. La visualización se realiza mediant¡ i : ..
con azul de Coonrassie o con Ag . Una lanant; : -:.- _
es la EGPAbajo condiciones de desnaruraliz:: , : _ _-
proteínas se hierven, y después Se Sort-rir- -: . .: .: -
foresis en presencia del desnaturalizanie d.-:=: ..,- __.
sódico (SDS). La molécula dc calgit :-:.:. : ,.-.--
(CH2)
r 1-SO,2, recubre los péptidos
.'e,.r,,,,..
..,: :,..¡ . .
aproximada de un SDS por c.rda dtr: ir.t;.3: t3l . -
dicos. Esto "ahoga"
lu carga n¡rir ¡ Je J-i ¡r,.i. n., ..
.
conviefie en ñtertemente negatila. Por tanto. las .;-
paraciones subsecuentes se basan. pnncrpaln-rente. eit
e1 tamaño molecular. La EGP-\-SDS se usa alnplir-
mente para determinar 1os pesos moleculares de 1r¡s
péptidos. por la con.rparación de 1as rnor ilidades con
1as de estándares de pesL) lnolecular conocido.
En e! secuerriam¡enic se +inpiea
!a reaeción ee Edman
El secuenciamiento automatizado utiiiza el reactivo
de Edman, el fenilo isotiocianato. A diferencia de la
técnica de Sanger, el criterio de Edman deja intacto el
péptido modificado, después del retiro del residuo N-
terminal. Esta característica revolucionó e1 secuencia-
miento de las proteínas. La secuencia de la reacción
(figura 5-11
) libera el aminoácido de la teminal amino
como un derivado feniltiohidantoinico e1 cual, a conti-
nuación, se identifica mediante CLAR.
posteriormente,
se deriva y retira el siguiente aminoácido en la secuen-
cia, y el proceso se repite. En una operación continua
se determina una secuencia de 30 a 40 (o en ocasiones
de 60 a 80) residuos aminoacilo. Las reacciones de
Edman proceden ya sea en una película delgada sobre
la pared de una cámara de reacción en una cubeta de
centrifugación, o bien sobre una matriz sólida, a la cual
se acopla, de manera covalente. la terminal carboxilo
del péptido. El secuenciamiento en fase gaseosa, una
técnica de fase sólida, utiliza reactivos gaseosos y faci-
lita la remoción de los productos gaseosos. Los métodos
de secuenciamiento en fase sólida se aplican a canti-
9"*ryn-
..]].-Nl
/
\.-
"\"/\*
HIA
Fenilisot¡ocianato (reactivo de Edman)
y un péptido
I
I
I
Y
Z\
lls
til
\.-/n
"l
9nI
. .N- -\
'N/ \¿ -
-R
H{a
Un ácido feniltiohidantoico
H+, nitro,
metano
>H O
Y
l'rlS
I 11 -r-\_./ -N- -NH
ll
,-A
u-
'R
o
) -NH,
'N-
'-
*l
Una fenittiohidantoína y un péptjdo
con un residuo menos
Figura 5-1 1, Reacción de Edman. El fenilisotiocianato for-
ma ácido feniit¡ohidantoico al reaccionar con el residuo amino
terminal ie un péptido. El tratamiento bon ácido en un sol-
vente no hidroxílico Iibera una feniltiohidantoína, que se
identifrca en seguida mediante su movilidad cromatográfica,
y un pép:ido acoñado en un residuo. A continuacjón se repi-
te el proceso.
dades mu¡ pequeñas del péptido algunas veces tan
escasas como 1
!t_s.
Eeben secuenciarse varios péptidos
que se sobreponef]
Tener la secuencia de todos los péptidos obtenidos de
un polipéptido mediante CNBr no proporciona su
S
il
_o
N'
t
j
{
ü
E
7
L-

126. .
"
- -' - - : -i
i Jonlpleta, ya que se desconoce el
-
r ¡ r -: - . - t.,trn de dichos péptidos en la proteína.
-.- r :- :. :::. ¡rl-pararse con técnicas (p. ej., digestión
-
-
- - - -::.:>ina) que escinden la proteína en sitios
- ;r:r.:: i .rrs residuos Met. péptidos adicionales cu-
,: .::r::-:tllas atrillo Y carboxilo Se traslapen con las
- -.::,.rr',licltres de 1os péptidos obtenidos mediante
-
"
3:.
'.
i¡slu.-s d:.¡e:t .ecuenciarse clichos póptidos.
- . r ;:.,r .
-
. a,:'::-.,a:.':. t¡r,rede dedUCirse una estrllctura
-r' .::.,: t,--. .
- :-:.':!,i1acomparacióndelassecuen-
- ,i r:r - ,,:: .' ::,-,,-3so análogo al ensamble de un
' ---.:- : .:,. r-'.-,,,.Jesien'adevaivén(figura5-12).
- ,- . :itlaces disulfuro. los péptidos pro-
-:--: >i scparan mediante cromatogra-
, - - - i' :r. ,,-i1e S. o electrofbrcsis y cromatografia
,-- -:rir:r. La visualización con ninhidrina
-:r rirrs adicionales en la proveniente de la
- -, ::.-:l¡. f'on el conocirnicnto de la estructura
-- - -:
:s¡Lr: péptidos es posible inf-erir las posi-
. -. -: -. ¡nlaces disulfuro.
- -; -;:-.-ir:ai&il]irií].t*c ti*i ¡:épti,:r:
, :: -,
.,,':. €5i'r tt*clnis**
,- =,= (:.-'
-
. :
=:_-.'.
1:;,:l
> r -: ., sencillez y 1a velocidad del secuenciamicnto
,..
-l-
r capítulo 42) revolucionaron la manera co11to
.-
-: .:::rjn¡ut las estructulas de los péptidos, 1os se-
. - - - .:r::.utos de los péptidos y del DNA son técnicas
- : :
-:,-'niarias.
en lugar de mutuamentc exchiyen-
- . t.r . r,lt cict'tas r entajas.
-
::rt!r quc la estructura primaria de las proteí-
. -, rr: .r¡.lucilse mediante el secuenciamiento de
.
-: .. -:'-:¡ L:rs codifican, el secuenciamiento directo
-- : 1 i-tit..,t pelrlanece como fundamcntal pa.ra cl
.- j i : ::i:,..Jtr-1ro1. El secuenciall1iento del DNA no
- -;r; i;..:::r Il posición de los enlaces disuifuro, o la
ri;:¡rr..,: r1e nlLnterosas modificaciones postraduc-
- : ,,..-: ¡dicionalcs. Se dispone de los codones dc los
'- : ::e. r de las lnolóculas adecuadas del IRNA sólo
Péptido XPéptido Y
Porción de péptido
Y de la terminal
amino
del péptido Zseuliliza para deducir
Cos X y Y en la proteína original en
en el sentido Y S X.
para los 20 aminoácidos más frecuenres. F,-: ,.- :
secuenciamiento del DNA no puede re elri -: rr::: - -
cia de prolilo, hidroxilisilo, o de un huéspec r:i :
-
isoprenilado, losforilado o esterificado. rr ii -.. :
residuos aminoacilo modificados despues de r. ..,-
ducción, que desempeñan funciones esenciai:s ;-
proteínas específicas. Así, la técnica de Edman e':. ;.
fundamental para la determinación estructural d¡ n -. -
tidos y proteÍnas.
Si bien el secuenciamiento de los péptidos no pr.-
senta estas desventajas, muchos péptidos son ob,lctc
de uno o más eventos de procesamiento proteoiitict
postraduccional. Por tanto, el secuenciamiento del DN-i
es una ayuda importante para la detección de los pre-
péptidos y prepropéptidos lábiles, impofiantes tr, 1a
catálisis (capítLrlo l0) o en el marcado de péptidos para
su ubicación en organelos si¡bcelulares específicos.
ta cspeatnornetría de masas se puede
xtülirar flere ei seeucRo¡árnier'¡to
de §q¡s p*ptidos
El bombardeo atómico rápido (BAR) acoplado con la
espectrometría de masas (EM) en dos espectrómetros
de masas entrelazados, proporciona una vía opcional
para cl secuenciamiento de los péptidos con longitud
aproximada hasta de 25 rcsiduos. El BAR de un pép-
tido, disuelto en glicerol, mediante átomos de xenón o
argón, forma un ion peptídico con carga positiva. E1
primer espectrómetro de masas limpia el ion peptídico
de los iones contaminantes, y lo transfiere a una celdi-
lla en la que colisiona con átomos de helio. Debido a
la energía absorbida, el ion peptídico se fragmenta
desde ambos extremos y fbrma múltiples iones de ta-
maño decreciente. En el segr.mdo especffómetro de masas
se determinan, a continuación, las masas molecularcs
de estos lragrnentos iórricos.
La comparación de los iones de masas sucesir a-
mente crccientes pemite identiñcar todos los fi'agmer.r-
tos arninoacilo, y la secuencia del péptido completo. Lil
EM-BAR operada por computadora es rnuy rápida.
no requiere de péptidos muy purificados, identilica 1os
residuos con modificaciones postraduccionales
1..
a dl-
ferencia de la técnica de Edman, puede secuenciar 1. .
péptidos con terminales amino bloqueadas (p. c1.. ar:-
tiiadas). Comparada con el secuenciamiento alanz¡J,--
de Edrnan, el defecto principal de la EN4-B-\R :.¡ -
ca en su alto costo; sti principal ventaja es 1a sL,rn ...-
locidad.
Criterio actual para el secuenc¡a
de una proteína
La clonación de un gen requiere oligonucle
téticos de 19 monómeros, o mrís grandeg qu
Péptido Z
-|-
e, a-::- ' -l

127. 52)..
(Capítulo 5)
!i.'!.rr- -.:> :::::_--J.1> Jr- f,ntiitoáCidos en la prOteína
¿: -:,,; ;. -.,:-:-tr¡, -il r. E1 diseño de estos oligonuc[eó-
i.ct: ri-:--iri r;]litnl]ación parcial de 1a secnencia de
, ¡,. -.ir t:.¡,:c r,los. 1a cual puede obtenerse a parlir cle can-
¡r¡¡ies notablernente pequeñas de proteina. Los
:e.uenciadores de proteínas y los espectrómetros de
nrasas pueden secuenciar tan poco collto ut1 picomoi
i I 0
rr
mol) de proteína. Para un péptido de PM de 50 000.
1 pnrol es sólo 50 ng (50 -
10
e
g). Estas pequeñas
cantidades requieren un cuidado extremo cn su mane-
.jo, ya que se adhieren a casi todas las superficies,
inclusive al Teflon. Los volúmenes deben reducirse ai
mínimo. y evitar. en lo posible" las transt-erencias. La
purificación utiliza columnas cromatográficas con I mL
o ftrenos de material ernpacado. No se recomienda la
diálisis para intercambiar amortiguadores, porque las
membranas c1e la diá1isis enlazan las proteínas. Un pro-
tocolo reprcsentativo de puriñcaci(tn utiliza la carga. la
hidrofobicidad y el filtrado molecular, para trcs separa-
ciones sucesivas que evitan la concentración o la diáiisis.
La muestra se aplica a una columna de intcrcambio
iónico. Después dc la elución. se agrcga sal a 1as fi-aecio-
nes activas para perrnitir que la proteína sc adhiera a ur.r
soporte de interacción hidrófobo elr una scgunda co-
lumna. Las fraccioncs activas provenientes de esta colutn-
na" son objeto de cromatografia de exclusión por tanta-
ño. LIna vez quc se dispone de cantidades nanomoiarcs
de 1a proteína pulificada, se utilizan 1os procedimien-
tos ya esbozados para determinar la estr-ncil-u"a printaria
mecliante una combinación de tecnologías de DNA y
proteÍnicas. La composición de at¡inoácidos de una pro-
teína. guía la selección de r-rn método para escindirla
cn péptidos de 20 a 25 resicluos aminoacilo. Ci-rando
se desconoce la composición de aininoircidos, un
nanornol dc la proteina se cscinde en los residuos Iisilo
o glutamilo (cuadro 5-2). A continuación se separatl
los péptidos resultantes mediante CLAR de f-asc in-
versa. Los péptidos obtenidos se detectan con base en
la capacidad del enlace peptídico para absorber la luz
r-rltravioleta en el intervalo de 220 a 230 nm. Después.
el rraterial de todos los picos simétricos se somcte a
secuenciamiento pclr el método dc Edman. Los picos
con péptidos útnicos proporcionan información ade-
cuada para el diseño de las sondas de oligonuclcótidos
destinadas a 1a selección de las clonas dc cDNA. a
partir de una biblioteca de cDNA. A continuación, sc
procede a1 secuenciar¡iento del cDNA selcccionado
(capítulo 42).
Con frecuencia. las proteínas eucariotas son ob-
jeto de procesamiento proteolítico o modiflcaciones
postraducci ón (p. ej., gl ucosilación, metilación, fbsfori-
lación)" todo 1o cual no se revela con el secuencia-
nriento del DNA. Para detectar estos cambios, cerca
de 1 nn.roi cle 1a proteína se escindc en péptidos de -5 a
50 rcsidur¡,s. La escisión cntre los residuos dc cisteína
identif-rca 1os peptidos riniclos por enlaces disulfLro.
Cuadro 5-2. Especificidad de métodos
de escisión enzimáiica selectos
Despr,rés de la separación de los péptidos resultantes
mcdiante CLAR. se analizan las fi-acciones de 1os picos
a trar,'és cle EM-BAR. La crxnparación de los pesos
rnoleculares de las masas iónicas obserr.,adas c1c un pep-
tido con las predichas a partir dc la secuencia. da indicios
de las posibles modificacioncs postraduccionales.
LOS PEPTIDOS PUEDEN
SI NTETIZARSE MED¡ANTE TE
AUTOMATIZADAS
Los péptidos sintetlzaiios qrlimicamente sirven como
fármacos o aditir rrs ail:renta¡ios. La capacidad para
sintetizar conj',rni.rs de peptidos similare s, cuya estruc-
tura primaria ditlere só1o ligerar-nente, pennite pro-
fundizar en e1 conocimiento de la inter:relación entre
la estructura de1 póptido y ia actividad biológica.
La químtca básica de la síntesis peptidica, desaro-
llada a fines del srglo xIx por el químico alemán Emil
Fisher, proporciona Ios elementos para la activación
de los grupos carboxilo, y la adición v e[ retiro de los
grupos de bloqueo que evitan las reacciones colaterales
indeseables. Muchos años después, Bruce \,lemifield
(Premio Nobel, 1984) revolucionó las técnicas de la
síntesis peptídica, al desarroilar 1a síntesis de péptidos
en fase sólida. La técnica automatizada de \,{errifieid
permite obtener péptidos sintéticos
-qrandes
en periodos
coftos, y dio inicio a un renacimiento de 1a quíntica de
los péptidos.
Síntesis de péptid*s
em fase sólida
La figura 5 l3 ilustra 1a síntesrs de un dipéptido A-B
representativo (en e1 cr-ra1 A es la terminal amino y B el
residuo aminoacilo de ia teuninal carboxilo), mediante
la técnica en fase sólida de Merrifield y resume las
'10 a 15
l
I
I
I
.l
i
I
I
-
\

128. F---_ql
r-t
{3t
aw
4) Rerrover el grupo de bloqueo de -¡r- -:. -
-
ácido trifluoroacético (TFA, F,t' Ct-ti - - . '.- ,
peratura ambiente.
Nota: En lapráctica, pueden ornitirse las er¡:'- .'
4, porque en el comercio se dispone de :;. .,
con cualquier aminoácido ¿-BOC conectadcr. ¡ ::'-
vés de un enlace éster a una molécula ''de enlr.:
de fenilacetamidornetilo (PAM), a la resin¡ c:
poliestireno.
5) Condensar el grupo carboxilo activado de1 I-BOC -
B con el grupo amino libre del A inmóvil.
6) Remover el grupo de bloqueo I-BOC con TF-\
(véase etapa
zl).
7) Liberar e1 dipéptido A-B de la partícula de resi-
na. mediante el tratamiento a-2uC con ácido flr.ror-
hídrico (HF) en diclorometano.
El logro inicial de la técnica de Merrifield consistió
en la síntesis de las cadenas A y B de la insulina, y de
la enzima pancreática ribonucleasa. Las r.nejoras
subsecuentes han disminuido el tiempo necesario para
1a síntcsis, y han incrementado significativamente ia
recuperación. Esto lia generado nuevas posrbilidades
para lii producción de vacunas y hormonas polipeptí-
dicas, y abre la posibilidad dei tratamiento de errores
innatos del metabolismo selectos.
RES[JfudEN
Los péptidos. fonr, ados por la pérdida de agua entre los
grllpos carboxilo y amino de los aminoácidos, se deno-
minan según el número de residuos de aminoácidos
presentes. Su estructura primaria (el orden de ios re-
siduos de aminoácidos listados desde la terminal
amino) detcrmina la actividad biológica y las confor-
maciones. Los póptidos pequeños pucden contener
enlaces peptidilo no-cr y aminoácidos inusuales. Como
polielectrolitos. los péptidos pueden separarse me"
diante técnicas cromatográficas de irtercambio ióuico"
y electrofbresis.
Ei carácter de doble ligadura parcial del enlace
entre el carbono COOH y el nitrógeno de un péptido.
conviefie en coplanares a cuatro átomos del enlace
peptídico. Esto limita el nirmero de confbrmacion,'s
posibles del péptido. Las conformaciones en rlna sLr-
lución se constriñen más por ias fuerzas no-covalentes
La composición de aminoácidos de los péptiiit.
purificados se determina después de la hidrólisi. ¡.,-
da. y requiere corrección por la pérdid¿i de cr:n¡.
aminoácidos. La detenninaciim c1e 1a cstructur:, :'
maria utiliza las técnicas automatizadas de Ednr.r . -. , ,
pucdcn secuenciar unos cliantos prcorloles cl¡ '.. '
-
pr-rrificado. Primero se osrlan o reclLrc¡n l . ,
disulfuro. Los péptrdos grande s. ,\c !-s.lr .,:
'
:
dh»
+ W///,4
<@
= gura 5-13. Representación de la síntesis de un dipéptido
-=: ¿nte la técnica de síntesis en fase sólida, iniciada por
' ':--'leld. (N, terminal amino; C, terminal carboxilo.) Véase
: .:iio para la explicación de los símbolos.
reacciones requeridas para sintefizar un péptido de
cualquier longitud deseada. Las etapas son:
1) Bloquear las terminales amino del aminoácido A
(en blanco) y del aminoácido B (sombreado) con
el grupo ¿-butiloxicarbonilo (/-BOC) (r):
I
(cH.).-c-o-c-
para formar r-BOC-A y /-BOC-B.
2) -{ctir-ar el grupo carboxilo de r-BOC-B con dici-
clohe¡rilcarbodiimida (DCC) (<(
)
:
qH"-N:C:N-C.Hu
3) Hacer reaccionar el grupo carboxilo del amino-
ácidoA(que se convertirá en el residuo carboxilo
terminal del peptido) con una resina de poliesti-
reno activada e insoluble (@).
-l-4-L
,--*---rhh
/L*_____y/..:4
,/
---- -- -- - -w
{ü
.--------db^
'iiil
7////,4
---w
t:-l
N c

129. -ij
lCapírulo 5)
: - - l: - -: --::
: _ :l .: :i jail
OS COüO el CNBf. y
: - j:' - - :: - .:t.;: :3 ¡unl-Ican por flltración en
-:
: : , ._r _icion. dichos péptidos pueden
r- : -
.: . I :-:r:itinal carboxilo aun sopofie sóli_
, r:r- :- .t:r ei secuenciamiento. Las operaciones
-,. :. -:l:> :ubsecuentes involucran química líqui-
-: r:.:.i.os \,productos gaseosos que facilitan la
::- -':r::!-tón y purificación de la muestra. por
lo ge_
. i, pricde secuenciarse, sucesivamente. hasta 40
.;'>iduos amino terminales. para
determinar el orden
iei ensamble de los péptidos secuenciados en el
polipéptido original, 1os péptidos resultanres, con resi_
dlros que se traslapan, se secuencian mecliante diferentes
técnicas de escisión. Este criterio tipico se ha sustifuido
por una cor¡binación de clonación y secuenciamicnto
del DNA, EM-BAR y la aplicació,ili,r-,itrdu de la téc-
nica de secuenciamiento de Edman. por
tanto. 1os
secuencian,ientos dei péptido y del DNA son técnicas
complementarias, no mutuamente ercluyentes. Las téc_
nicas automatizaclas tambien per-rniicn la sintesis
inequívoca de péptidos de estmctura primaria conoci_
da y actir.,idad biológica cor.npleta. r
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Wilson KJ: \.ficro-level protein and peptide separaiions.
Trends Biol Sci 1989;1,1:252.
r
L

130. Proteínas: estructura y función
Victor W. Rod¡vell. PhD
a¿"ré.u r
JVV!*rA
-. -:::,-rerísticas comunes a todas las proteínas in-
- -. :". -.:s restricciones impuestas a su conlormación
: -. enlaces covalentes y no covalentes. Este capí-
- .lmenta ias estructuras secundaria, terciaria y
- -..=::raria de las proteínas, con énlasis en las fuerzas
:: ::riizadoras de estos órdenes superiores de la es-
.-.:Llra y en los métodos físicos utilizados para
.',..llrinar dichas estructuras. Los tópicos principales
,:¡lLn'en la hélice cx, la hoja
B. el giro
B y el asa; la
::rancra en que estas características estructuraies se-
¡ -lndarias fbrman los dominios y la estructura terciaria,
'.
ei ensamble de los polipéptidos en las subunidades
:r' las ploteínas oligoméricas. Asimismo, se examinan
.,>
"
i¡rs por las cuales se estima que tiene lugar el ple-
_.:::rienfo de las proteínas, y la participación de las
: :-,:e¡oninas y de otras proteínas accesorias que faci-
'::
del plegamiento rápido y correcto in yivo. Si bien
:i .aracterísticas y los cornentalios antes mencionados
,..r siempre resultan válidos para todas las proteínas,
::-rsten proteír.ras específicas que pueden presentar es-
:.Lrcruras secundaria y terciaria únicas, las cuales le
: !r11t-1eren propiedades para satisfacer funciones bioló-
,:lcas específicas. La estrecha relación entre la estruc-
.,¡ia de la proteína y las funciones biológicas. se ilustra
..n dos proteínas f,brosas que tienen una función es-
:n!-tural: la fibroína de la seda y la colágena. En los
::'..itulos subsecuentes se amplía la estrecha relación
;:r:r.' 1a estmctura y la función en las proteínas glo-
:-.-:r.:s rliosiobina y hemoglobina, así como en las
': -
.: :r-rs ¡atalíticas conocidas como enzimas.
i h4 PÜP.TAN C IA E I OF..4 Éü i CA
Los miles de proteínas presentes en el cuerpo humano
realizar funciones demasiado numerosas para presen-
tarlas en una lista. Una de dichas funciones es. servir'
como acarreadores de vitaminas, oxígeno y bióxido
de carbono; además, desempeñan funciones estructu-
ral, cinética, catalítica y de señalamiento. Por tanto, no
resultan sorprendentes las considerables consecuen-
cias originadas por las mutaciones de los genes que
codif,rcan a las proteínas o de las de regiones del DNA
que controlan la expresión gónica. Consecuencias
igualmente adversas, también pueden derivar de la in-
suficiencia de cofactores fundan-rentales para la madu-
ración de una proteína. Así, el síndrome de Ehlers-Danlos
ilustra un defecto genético en la maduración de Ia pro-
teína, mientras que el escorbuto señala una insuficien-
cia de un cofactor fundan.rental para la maduración
proteínica. Asimismo, cambios imporlantes en la es-
tructura secundaria-terciaria de las proteínas, 1os cuales
también son responsables de enfermedades imporlantes.
Las enfemredades caracterizadas por modif icacione s
importantes de la estructura secundaria-terciaria inclti-
yen las enfermedades porpriones, como la enfermedad
de Creutzfeldt-Jakob, el scrapie* y la encefalopatia
espongifonne bovina ("enfermedad de las vacas lo-
cas"), cada una caracterizada por cambios neurales
patológicos que se traducen en la deposición. en la.
fibrillas amiloides, de proteínas insolubles compues-
tas de hojas
B
con puentes de hidrógeno continuos
' \. ü¡ El. r ..r'-. :¡ una rnf-ección inducida por priones que produce degeneración neurológica mon¡i ¡: . ..
--r--: : :--.- j'r.---..'t¡rdeestacnfenned¿rdperteneceal glupotransmisiblecausantedeencefaiopatilres¡.,ra¡- -.
- :
- -,. --: .._-.--.,./¡lpaquesignificarascar; mecanismolnedianteel cual sepresrurL'selrln:nriti,;-]-:- --
55

131. LAS De,Cr= ¡rAS
SE CLASIFICAN
DE ¡/.-[- T-ES
MANERAS
S . :. ,': : i',- ::- un sistema r-rniversal de clasificación
:-r'r.:t . -:. proteínas se clasifican con base en la
.,. . --::- ;¿o. }a forma, la función biológica o la estruc-
:..:" rr:dimensional. Un sistema de uso limitado en
::,rqurmica c1ínica dif-erencia las "albúminas", las "glo-
¡uiinas". las "histonas", entre otras. con base en la so-
lubilidad de éstas en solucioncs salinas acuosas. Las
proteínas tarnbién pueden clasificarse con base en la
fbrrna. Por tanto. las proteínas globulares (p. ej., mu-
chas enzimas) presentan cadenas polipeptídicas
compactas, con hélices dobladas, que tienen dimen-
siones axiales (proporciones entre la longitud y la
anchura) menores de l0 y, por 1o general, no mayores
de 3 a
zl. A su vez, las proteínas fibrosas presentan
proporciones axiales mayores de 10.
Con base en las funciones biológicas, Ias proteínas
pueden clasificarse como enzimas (deshidrogenasas,
ci nasas ). proteínas de almacenami ento (t'er:ritina, rni o-
globina), proteínas reguladoras (proteínas que se unen
al DNA, hon¡onas peptídicas), proteínas estructura-
les (co1ágena, proteoglucanos), proteínas protectoras
(factores de la coagulación sanguinea, inmunoglobuli-
nas), proteínas de transporte (hemoglobina, lipopro-
teinas plasmáticas) y proteínas contráctiles y móviles
(actina, tubulina).
Asimismo, los sistemas espccializados de clasifi-
cación diferencian ciertas proteínas complejas. de gran
interés métlico. Asi, las lipoproteínas plasmáticas se de-
nominan de "origen", cx, -lipoproteínas, or-lipoproteínas
o
B-lipoproteínas, con base en la movilidad electrofo-
rética a pH 8.6, o co111o quilomicrones, VLDL, LDL.
HDL o VHDL. con base en su comportamiento para
sedimentar en una ultracentrífuga (figura 6 1). Por su
pafie, Ias lipoproteínas también pueden clasificarse
r¡ediante la determinación inmunológica de la presen-
cia de una apoproteína (A, B, C. D, E, F). Las simi-
litudes en la cstru,
Mayor
Tamaño
Figura 6-1 . El tamaño y la densidad de las lipoproteínas.
(QUlLO, quilomicrones; VLDL, lipoproteínas de muy baja
densidad; LDL, lipoproteínas de baja densidad; HDL,
lipoproteinas de alta densidad; Lp[a], lipoproteína [a].
(Re-
producida con autorización de Segrest Jp et al.: The
amphipathic a-helix: A multifunctional structural motif in plas-
ma lipoproteins. Adv Protein Chem 1995;45:303.)
entre sí los aminoácidos. e inciu e 1a localización de
cualquier enlace disulfiiro. l i esrrucrula primaria se
determina mediante los nie¡t¡drrs de:,.1'iLc¡s en e1 capí-
rulo 5.
La cantidad de secue:r;:¡. proteinicas conocidas
es tan grande \/aunrenr¡i ia:t rápido que, en la actuali-
dad. en lugar de esr¡r dis¡¡nrbles de manera impresa,
la infon'nación srrbri Lrs secuencias se deposita en
bases de daios elecrr..nicas de secuencias proteínicas,
a ias cuales puede renerse acceso en Internet.Las bases
de datos irnponantes continuamente actualizadas
sobre proteirras inciur en EMBL (European Molecular
Biologt La bot.ttro¡t Data Library),GenBank (Genetic
Seqtrence Dutúhúttk) y PIR (Protein ltlentiJication
Resource Se c1 u ert c e Databas e).
ESTRI.JCTU RA SHCUN DARIA
Configuración y conformación
El término "configuración" se refiere a la relación geo-
métrica entre un conjunto determinado de átomos. Se
puede lograr 1a interconversión de opciones configu-
rativas (p. ej., la cont,ersión de n-alanina en L-alanina)
sólo con romper y refonnar los enlaces covalentes.
El término casi homófbno de
''conformación",
se
rehere a la arquitectura tridimensional de una proteína,
es decir, las relaciones espaciaLes de todos los átomos
entre sí. La interconversión de confórmeros no involu-
cra la ruptura de los eniaces covalentes, sino la ruptura
y la refonnación de las luerzas no covalentcs (puentes
6
o
(,
.a
¿
litudes en la cstructura tridintensional. puestas de
manifiesto mediante la cristaiografia de rayos X. pro-
porcionan una base. potencialrnente r,.álida. para la
clasificación de las proteínas. Por ejernpio, las proteí-
nas que cnlazan nucleótidos, comparten un dominio
para el enlace del nucleótido en la cstl-uctura terciaria.
LOS CUATRO ÓRDENES
DE LA ESTRUGTURA PROTEINICA
ESTRUCTURA PRIMARIA
La estruclura primaria de una cadena polipeptíclica de
una proteína ccrresponde al orden en el cual se unen
r
-
\-

132. Proteínu.s: estructit).,;' -.,
* EQm- enhc€s salinos, interacciones hidrófo-
5¡ro¡t¡t¡r¡dmas de determinadas c onformac ione s.
!+§
deseues de descartar las conformaciones impe-
& pr las interacciones estéricas, la rotación libre
&E'ti dos tercios de los enlaces covalentes en la cade-
n principal de un polipéptido (figura 5 8) permite
'¡r¡ gxan cantidad de confornaciones alternativas)
de ,na proteína determinada. Sin embargo, parauta
proteína particular, sólo una cantidad pequeña de
conformaciones posibles tiene importancia biológica.
Diversas fuerzas estab¡l¡zan
las estructuras proteínicas
\-rias interacciones no covalentes, individualmente
dct les pero formidables en conjunto, estabilizan la
odamación de la proteína. Estas faerzas incluyen
tm I@ -dE-h,fu
kfgeno,- las inte- 1ac
c_i on es hidro fó -
lies,lasinteryg-c._|9119s-e.legtrostál_icasviásf iréizas¿e
radg Waals.
Puentes de hidrógeno
Los residuos con grupos R polares, por lo general se
presentan en la superficie de las proteínas globulares;
además, forman puentes de hidrógeno, sobre todo con
las moléculas de agua. Asimismo, los residuos ami-
noacilo del esqueleto, forman puentes de hidrógeno
entre sí.
lnteracciones hid rófobas
Las interacciones hidrófobas involucran los grupos R
no polares de los residuos aminoacilo, los cuales residen,
en las proteínas globulares típicas. en el interior de la
proteina. La formación de interacciones hidrófobas es
*dirigdu
por la entropia". Asi. una forma de conjunto
aproximadamente esferica, minimiza la superficie. La
concentración de los residuos no polares en el interior
de la proteína, disminuye la cantidad de residuos super-
ficiales, y lleva al máximo la posibilidad de formación
de puentes de hidrógeno entre las moléculas de agua
sryerEciales; éste es un proceso asociado con un aumen-
to de la entropía. Por el contrario, el ambiente no polar
de las membranas biológicas favorece los residuos su-
perficiales hidrófobos, cuyos gmpos R no polares, par-
ticipan en interacciones hidrófobas conlas cadénas
Lrirabs alquilo de los ésteres acilo grasos de las bicapas
rDEmbranales
lnEracciones electrostáticas
I-as inmacciones electrostáticas o enlaces salinos, se
fmm eaue los gupos con carga opuesta, tal como
sucede cm los gnryos amino terminal y carboxilo ter-
minal de los péptidos y los grupos R con carg., :" ,
residuos aminoacilo polares. Si bien todos lt s r='^: :
lonllalmente cargados ticnden a localizar:e *,i ., . .-
perficie de las proteínas globulares, existen alsur-..
excepciones. Los grupos polares específicos con lu:-
ciones biológicas fundamentales, pueden residir e:-.
hendiduras que penetran en la proteína. Ademá:. .i.--
bido a que los residuos polares también pueden
participar en 1as interacciones iónicas, Ia presencia de
sales, como el KCl. puede disminuir cle manera signi-
flcativa las interacciones iónicas entre los residuos d"-
la superficie.
lntenaccisn¡es de van der Waals
Las flterzas de van der Waals, que son extremadamen-
te débiles, y actuan sólo en distancias considerablemente
cortas, incluyen un componente de atracción y otro de
repulsión. Las fucrzas de atracción involucran la
interacción entre dipolos inducidos, formados por fluc-
tuaciones momcntáneas en Ia distribución de los
electrones en átomos vecinos. Por su parte, las luerzas
de rcpulsión intervienen cuando dos átomos se aoer-
can tanto, que se traslapan los orbitales de sus elec-
t1'ones. Asi, la distancia a la cual la fuerza de atracción
es máxinra y 1a fuerza de rechazo es mínima. se deno-
mina la distancia de contacto de van der Waals. Los
átomos poseen radios de van der Waals caracterís-
ticos, y Ia distancia de contacto óptima entre dos
átomos. comesponde a la suma de los radios de van der
Waals corcspond ientes.
Los enlaces peptídicos restr¡ngen
[a posibilidad de confornnaoiones
§ecL!ndaria§
La rotación es posible sólo en dos de cada tres. de los
enlaces covalentes que fonnan el esqueleto polipeptí-
dico de laproteína. El carácterparcial de enlace doble
del enlace que unc al carbono del carboxilo con el nitró-
geno ü de un enlace peptídico, restringe de manera
irnportante las confbrmaciones posibles de los átornos
con los que se reiaciona, toda vez que son coplanares ( fi-
gura 5 8). Así, la libre rotación sólo es posible sobt,.
los enlaces que unen el carbono a (C,) con el carbono
del carbonilo (C") y con el nitrógeno. El ángulo de ro-
tación del enlace Co-N se dcnomina ángulo phi rO .
mientras que el ángulo de rotación del eniace C r-
se denomina ángulo psi (Y). No pueden darse cor.u'r,.-
naciones de ángulos phi-psi, que resulten en int::-
dirnento estérico entre los átomos no enlazadrrs
-
.
vez que se especifican todos 1os ánsLilos ::r - ,
se conoce la conformación de todos lr'r: ,,._ rl
la cadena principal o esquclettr de u:l : . r -
-

133. 58 . Bioquímica de Harper (Capítulo 6)
psl- para rlustrar los §'alores permrüdos
-v
los numero-
sos valores no permitidos ( figura 6-2 ). [-a hélice a- la
hojaplegada p. asi como la triple hélice de la
se caracterizan por combinaciones permitidas; estas se
analizanmí¡s adela¡te.
La estructura securldaria
se caracteriza por conformaciones
regulares e irregulares
La conformación de los esqueletos polipeptídicos de las
proteínas constifuye su estructura secundaria. La exis-
tencia de una estructura secundaria, propuesta origi-
nalmente como teoría, se ha confirmado ampliamente
mediante el análisis cristalográfico de rayos X. Los
tipos de estuuctura secundaria están limitados por el
carácter parcial de doble enlace de los enlaces pep-
tídicos (figuras 5-7 y 5-8), así como por el tamaño y la
forma de los grupos R aminoacilo. Las esüucfuras se-
cundarias incluyen, además de formas regulares de las
-90 0 90
(t
Figura 6-2. La gráfica de Ramachandran de los principales
ángulos phi ((D) y psi (Y) de aproximadamente 1 000 resi-
duos, no glicina, en ocho proteínas cuya estructura se resolvió
mediante alta resolución. Los puntos representan combina-
ciones aceptables, mientras que los espacios, combinaciones
prohibldas de los ángulos phi-psi. (Reproducida con autori-
zación de Richardson JS: The anatomy and taxonomy of
protein structures. Adv Prote¡n Chem 1981:34:167.)
lelices cr 1'las hojas
B
plegadas, cuyas unidades se
:'¡::ien. r 1os plegamientos
B, confon¡aciones irregu-
,':.-¡ ¿:n.¡rrinadas asas o espirales.
- -; ^^
>. :- :.:.,-. .:t :3 ,It r,o1inéptrdo se hace girar en la
:-t >:t-.: ::,- : -,t--- a,: .,- i:: ;:r.ilt calbotlo cx, fbrma una
he,ic: ¡ ¡s:i;¡r
r
a: ¿ :::-::t:¡-. ttltr.s de hélices forma-
dos al rmpani¡se ¡ri¡:¡t-.:--s
..
Jtiec,'irrnes dilerentes
al giro, se describen segtin :1 :llllltr'it¡ r: ) ds ¡s5i¿a,at
aminoacilo por cada grro. r'e1 paso lp I o disrancia que
crece la hélice, sobre su eje, por cada giro, Por estar
formadas de aminoácidos quirales. las héhces polrpep-
tídicas muestran quilaridad, es decir, pueden girar hacia
la derecha o hacia la izquierda. Para visualizar una hé-
lice hacia la derecha, la palma de la mano derecha se
sostiene hacia arriba, con los dedos ligeramente cur-
vados, y el pulgar apuntando lejos de la persona. En
esta posición, el pulgar apunta en la dirección de la
tcrminal carboxilo del polipéptido de una hélice con di-
rección a 1a derecha" la cual aanza en la dirección
de los dedos curvados. Sr bien los polipéptidos sinté-
ticos de o-aminoácidos pueden tbrmar hélices hacia
la izquierda, el impedimento csterico entre 1os qrlrpos
R de los residuos L-aminoacrlo. establece que ias héli-
ces con dirección izquielda. no se presenten en las
proteínas. Asimismo. los tipos de hé1ice polipeptídica
presentes en las proteínas. se limitan, adicionalmente,
a consecuencia de factores estéricos adicionales, y así
como por el número de posibles puentes de hidrógeno
y de interacciones de van der Waals, capaces de esta-
bilizar un tipo detenlinado de héiice.
La hélice cx posee ángulos phi y psi favorables, y
un patrón de puentes dc hidrógeno que 1e confiere
máxima estabilidad. Las hélices s de 1as proteínas
contienen entre
,1 y 50 residuos (promedio de 12 resi-
duos aproximadamente). Los parámetros relevantes
de una hélice cx (figura 6 3) son: n-3.6 residr.ros, y
p:0,54 nm (5.4 41. la distancia, sobre el eje de la
hélice, entre átomos equivalentes de residuos adya-
centes, que forman pafte de la cadena principal de la
proteína, es de 0.15 nm (1.5 A). Los glupos R
aminoacilo se orientan hacia el exterior. respecto a1
eje de la hé1ice (figuras 6 4 y 6 5). 1o qr-re minin.riza la
interferenci a estérica mutua.
l-os purente$ de hídr*geno
y las fuenzas de x/an #*r" V'v'aais
establlizan [as hiáliees ry
Debido a que la hélice o es 1a conibmación de menor
energía y más estable de un polipéptido, se lorma de
manera espontánea. La estabrlidad de la hélice u deri=
va, primordialmente, de 1a fbrn-ración del máximo
T
-90
Vo

134. Proteín u.; : €. t nt. í,t
¡
.i
----t -
;
r li
It
Vuelta de 0.54 nni
(3.6 residü0s)
Figura 6-3. La orientación de los átomos de la cadena prin-
cipal de un péptido, respecto al eje de una hélice c¡.
número posible de puentes de hidrógeno.Los nitróge-
nos del péptido actúan como donadores de hidrógeno,
mientras que el oxígeno del carbonilo del cuarto resi-
duo posterior, en la estructura primaria, actúa como
aceptor de hidrógeno (figu.a 64). En estos puentes de
hidrógeno existe una distancia, básicamente óptima,
entre el N y el O, de 28 nm (2.8 A;. A su vez, las
interacciones de van der Waals confieren estabilidad
adicional. Los átomos que forman un conjunto com-
pacto en el centro de una hélice u, establecen contactos
r-an der Waals entre sí, en sentido transversal al eje de
Ia hélice a.
Los residuos de Ala, Glu, Leu y Met son más fre-
crEales en las hélices o que los residuos Gli, Pro, Ser
o fir: sin embargo, esta tendencia no tiene utilidad
paesableer las predicciones estructurales. Toda vez
qe et nitroge,no peptídico de un residuo prolilo resul-
taincryr*z de forma¡un puente de hidrógeno, la prolina
ajusa solo ea el primer giro de la hélice cr. En cual-
quierotrapute produce un doblamiento. Sin embargo,
no todos los doblamientos en las hélices o se deben a
Figura 6--4. Los puentes de hidrógeno (puntos) formados
entre los átomos de H y los de O estabilizan un polipéptido
en una conformación de hélice s. (Reimpresa con autoriza-
ción de Haggis GH et al.: lntroduction to Molecular Biology,
Wiley, 1964.)
residuos prolilo; con frecuencia, los doblamientos tam-
bién se presentan en los residuos Gli.
Lae héliees ü piledcn se!"
anfipáticas
Si bien casi siempre se localizan en Ia superficie de
las proteínas, las hélices cr también pueden encontrar-
se total o parcialmente ocultas en el interior de una pro-
teína. La hélice anfipática, un caso especial en el cuaL
los residuos hidrofóbicos e hidrofilicos se alteman cad:
3 o 4 residuos, aproximadamente (figura 6 6). se pr:-
senta en los sitios en que las hélices c{, están en r:
interfase entre un ambiente polar y otro no polar. -\sr.
las hé1ices anfipáticas se presentan en ias iipoprotein..
plasmáticas, así como en ciertas homonas polrper: -
dicas, venenos, antibióticos, glucoproteínas del '. . -,
de la inmunodeficiencia humana y. en 1a-. r:,-..
nasas reguladas por calmodulina.

135. 60 . Bioquímic'a de Harper (Capítulo 6)
Figura G-5. Vista superior del eje de una hélice cr. Las cade-
nas iaterales (R) se encuentran en el exterior de la hélice.
Los radlos de van der Waals de los átomos resultan mayo-
res ce los que aquí se muestra, por tanto, casi no queda
espacio libre en el inteiior de Ia hélice. (Ligeramente modifi-
cada y reproducida con autorización de Stryer L:
B¡ochemistry,3rd ed. Freeman, 1995. Derechos reservados
O'1 995 porW.H. Freeman and Co.)
Los aminoácidos de diferentes
regiones forman hojas
B
La segunda conformación común presente et.i la t¡.tll-
]'or
pafie de las proteínas, coresponde a la hola plega-
da
B.
La "8" significa que esta hoja iue ia segunda
estructura común descrita. El térmirro "hoja plegada"
describe la apariencia, cuando se observa de perfil el
borde. Los carbonos cx y los grupos R concomitantes
alteman. entre ligeramente por arriba, y ligeramente
por abaj o del plano de la cadena principal del polipép-
Figura 6-6. La representación en espiral de los aminoácidos
en una hélice o anfipática. Las hélices de las apolipoproteinas
plasmáticas son anfipáticas, es decir, una cara tiene carac-
terÍsticas polares y la otra, no polares. Los residuos están
separados por 100 grados (360 grados/3.6 residuos =
'100
grados por residuo) en una vista superior del eje de la héli-
ce. Los círculos azules representan residuos no polares y
los círculos en blanco, residuos polares.
tido (figura 6-7). Igual que las héiices u, las hojas
B
poseen ángulos phi y psi repetidos, y se estabilizan por
un nirmero máximo de puentes de hidrógeno. A. su vez,
los polipéptidos aiineados paralelamente, se estabilizan
mediante puentes de hidrógeno intercadena, entre 1os
hidrógenos del nitrógeno peptídico y los oxígenos car-
bonilo de la cadena adyacente. Sin embargo, en tanto
que las hélices o contienen residuos adyacentes en su
estructura primaria, las hojas
B
contienen tramos de 5
a 10 aminoácidos de diferentes regiones en forma de
estructura primaria. A diferencia de la compacta héli-
ce o, el esqueleto peptídico de una hoja
B
se presenta
extendido casi por completo.
Las hojas plegadas
B
pueden ser paralelas o antiparale¡as
La figura 6 7 ilustra cadenas antiparalelas de hojas
plegadas
B.
Las cadenas polipeptídicas de las hojas an-
tiparalelas proceden en direcciones opuestas; en cam-
bio, aquéllas de la hoja paralela, 1o hacen en la misnta
dirección. Excepto en el caso de las cadenas de las ori-
llas, se forman todos los puentes de hidrógeno posibles.
y cada hoja presenta un patrón característico de puentes
de hidrógeno (f,gura 6-8). Las hojas antiparalelas s:
Figura 6-7. El modelo de una hoja plegada
B antipa'a
=
.
Las tiras adyacentes se orientan en direcciones opL=:.::
(véase flechas). Los grupos R (R) se localizan pot a" ..
por abajo del plano de la ho1a. Obsérvese que los ca':: -,.
rx sucesivos se Iocalizan justo por arriba y por abalo ::
=- =
plano, para dar un efecto plegado. Los puentes hc'::=-
agrupados por pares estabilizan la conformación de ¿ - .
En las hojas plegadas paralelas (figura 6-8). las:::=-.,
adyacentes están orientadas en la mtsma direcc Ó'
---.

136. Pt'oteíttcts: e. t'ut'tlt tt . '. ,'
Figura 6-€ El espaciamiento y los ángulos de enlace de los
puer:es :: r drógeno de las hojas plegadas
B
paralela y
antrpa'¿ . : las flechas indican la dirección de cada tira.
Los át:-:s :e ü-nitrógeno donadores de hidrógeno se
muest'a- :- :
.culos
azules. Para mayor claridad de la pre-
sentacrc- -<. lÍr ten los grupos R y los hidrógenos o.
Arriba: -. ^.... anriparalela. Los pares de puentes de hi-
drógenc ¿ :3'^:n entre pares muy próximos entre sÍ y
bastante a e.¿r:s ,,,se orientan aproximadamente perpen-
diculares a .s:-3 eio polipeptídico. Abajo: La hoja
B
paralela.
Los puenles :e ^ :'rgeno se encuentran regularmente es-
paciados pe': : ::'-an la dirección oblicua.
estabilizan alier:ndo pares de enlaces de hidrógenos
poco espaciados
.r
-lt,-l espaciados. Además, los puentes
de hidrógeno est¡'¡.-lzadores de las cadenas paralelas,
se presentan espJ!'1tdos de manera unifome, pero en
ángulo transversr¡ enrre 1as tiras. Casi todas las tiras
de la hoja
B
estan ltiredas hacia 1a derecha; estas cade-
nas de la hoja p ion:-rai el nÍrcieo de muchas proteínas
globulares. En una hola p pueden parlicipar de 2 a 15
cadenas polipeptidicas. r sr¡r.i tiecuentes las regiones con
mezcla de hojas paraielas r, antiparalelas. Sin embar-
go, son poco frecuentes 1as hojas
B
paralelas con menos
de cinco tiras, quizá debido a su ilrenor estabilidad.
Lae regíones de asa forman s¡tios
para ia L¡n¡én del antígeno
Alrededor de la mitad de 1os residuos, en una proteíÍta
globular tipo, se presenta en hélices o o en hojas
B. El
resto, reside en conformaciones de "asa" o de "espi-
ral", las cuales, si bien se ordenan de manera irregular,
no resultanmenos impoftantes, biológicanteni.. r.-: a
estructuras secundarias con un orden más re guia: :
embargo, las asas y las espirales no deben conñrnc ..
con las "espirales aleatorias", ya que éste es un rei¡tt-
no que describe las conformaciones desordenadas
..
biológicamente sin importancia de las proteinas des-
naturalizadas. Las regiones en asa, de tamaño ¡ fbma
variables, constituyen características importantes de 1a
superñcie de las proteínas. Expnestas al solvente. abun-
dantes en residuos cargados y polares, pero carentes
de una estructura secundaria regular, ias asas en gan-
cho u horquilla conectan las hojas
B antiparalelas
adyacentes. Las regiones en asa de estructura prima-
ria y longitud variables, con frecuencia el sitio de 1as
interacciones con ligandos, forman los sitios antigé-
nicos para la unión de los anticuerpos.
Las proteínas globulares
cont¡enen dobleces
B
Las proteínas globulares, el tipo de proteína predomi-
nante en el citosol, son estructuras compactas, debido
a que sus cadenas peptídicas cambian con frecuencia
de dirección. Las estructuras hélice-asa-hélice, muy
organizadas, ilustran estos cambios de dirección. A su
vez, los cambios en la dirección de las hojas
B se lo-
gran mediante la estructura conocida con.ro vuelta
B,
giro
B
o doblez
B,
la cual, con frecuencia, conecta los
extremos de dos tiras adyacentes de la hoja
B
antipa-
ralela. El doblez
B,
que genera un giro de 1 80 grados,
involucra cuatro aminoácidos. El primercl de éstos se
une por un puente de hidrógeno al cuarto. Asimisrno.
los dobleces
B
se presentan sobre todo en la superficie
de las proteínas, y con fiecuencia contienen prolina o
glicina. Por su parte, los dobleces que involucran e1
nitrógeno imino de la prolina, adquieren la configura-
ción c¡¡ (figura 6 l -5), y la glicina es pequeña y flexible.
En tanto qr-re casi todos los enlaces peptídicos entre
los aminoácidos corresponden a la categoría trans.
cerca de 6% de 1os enlaces peptídicos que invoiucran
a la prolina son c¡s, y muchos de éstos se localizan en
los dobleces
B.
i-as proteínas pueden contener
reg¡ones desondenadas
No tcdos los residuos forman, necesariamentel estruc-
turas secundarias ordenadas. Cierlas regiones espe-
cíficas de muchas proteínas, se presentan en conibr-
maciones variadas en solución y, por tanto. esian
verdaderamente desordenadas. Los ej emplos incluve :'
los largos gmpos R de los residuos de Lis. y porclrrr,r.:
de las terminales amino
1, carborilo de muchrrs r, ,
.- .:,
tidos. Este desorden conllere tleribilidad.
.. ---
neruna pafticipación biológica importante {-r . ::
- - ,

137. (Capítulo 6t
::-'-.-::,:). .. -:i:it¡tt cuando Se leS une
-: -¡
.:-r.,n.-s
desordenaclas de los
- - ,. :- .., '-rs enzitnas, una vez quc sc
ESTRTENNATERCIARIA
Lc üagranrc esquemáticos,
deccrüa ]¡s estructuras
prüfres
- - : l i.' 1nl¡lmación de los diagramas o
. - , .,,. ¡u todos los átou.los de una protcí-
- , - : ::.,-i:r'¡ dc 1as caractcrísticas frlobales
I
de lir esrnura proteica. En consecuencia, se utilizan
I
rcprEsemciooes simplificadas, convencionales, para
! motrhscaacterísticasestructurales.Lossímbolos
I corrc+udtn a: cilindros para las hélices o, flechas
I
rnrhr< pra las cadenas p, y cintas, a manera de lis-
. :::: :i ::..,raturasrestantesCOmOIOSdObleCeSB
-as : s:'- :iuras seeundarias pueden
' a'- a' : a:'ones sLlpersesundarios
:r ----:'. ::a:irnas globulares, los patrones estructu-
: r: :.. -- t;::rrs de 1a hélice u o de la hoja plegada
B,
- - -:-.: r: r r'.3S
"sttpersecundarios"
reCOnOCibleS. La
---_-- . - - -r.ira algunos modelos supersecundarios
:--, : .::
jr-
hoja
B conectadas por una hélice o; 1a
: r-- : i. :.'nrpuesta de hojas
B antiparalelas co-
-,:-.:-:: r ;l-:rlti regiones cortas, en asa; y e1 patrón
r. r : -: r:,'- . designado así por su parecido con
--r r . :.: -:'¡iir.o en 1os vasos griegos antiguos.
a
*:
, -;
r'>irrS patrones supersecundarios pue-
''
--' - -:...: .,rr-iis con repeticiones regulares de
.' -.-;. : 3 en la totalidad de una proteína
t . : ' :-' -'>l11icfura terciaria" se ref,tere a las
t.'r--:-
'
. ) i:
-
-- : .: 3r'itte 1oS elementos de la estruc-
f-.r-: >:-..-- - .: -: --::
alt:ucturas secundaria y super-
s3a --r ,-'- .: -: :: ::-- --1:res orandes. con frecuencia se
Lrr:-.r: .,r : - :-'.:'. -.r Llnid¿ldeS COmpaCtaS COn eS-
tr1i.-i',.1: r - .: :
-
: 'i:
:' ,j¡pendiente, pcro conectadas
tnedr::-:¡ . ..:... :'.,- :r,-,lipeptidico. El plegamiento
de ulL r.-- :.:. l j::-::¡ndrdo en un dominio, por
lo gen:r;, .': -:r':r':J,irte del plegamiento en otros
domirrro.. -1 :-
'.:'r. : ¡.:rL,-nlfa terciaria describe las
relacrones i:.ri r->rtr> üLr1rin1lls. la fbmra en la cual el
plegan:e:tl l: i: prrrrerr.iir ouede lnntar a aminoácidos
locaiizarlt : ir-, rLl1ltt¡S distantes de la estructura prirna-
ria. así c.¡r¡.r l!rs enlalces que estabilizan estas confor-
maciones.
Figura 6-9. Los patrones supersecundarios- Las hélices o y
las hojas plegadas
B de muchas proteínas globuiares, se
acomodan en unidades repetidas como Ia "llave griega" (iz-
quierda) o a manera de patrones supersecundarios B-cr-B
(derecha).
Los polipéptidos grandes poseen
difener¡tes domir¡[os
La estructura secundaria-terciaria, en parlicular de los
polipéptidos grandes, puecle organizarse en unidades
conectadas, pero relativamente independientes eshuc-
turalmente. denominadas dominios: éstos. con frecuen-
cia cumplen funciones discretas como la unión de
iigandos específicos. Los ligandos pueden entrar en
contacto con los residuos apofiados por sólo un dr.,-
minio. Opcionalmente, un ligando puede entrar .:.
contacto con residuos de más de un dominio ¡. :-:
tanto, residir en la interlase entre los dominios. Er -..
proteínas oligoméricas, los residuos de los domtnt.-.
Figura 5-10. La estructura terciaria. La triosa fosfato isome-
rasa, que se muestra en una vista desde el extremo. es:¿
constituida por cuatro patrones
B-o- B consecutivos. en a :s-
tructura primaria y terciaria. (Coñesía de J Richardson.
7-
62 . Bioquíntica de Harper

138. Proteínas: estructura y.limc:ión .
: :
de diferentes subunidades pueden mir a ligandos como
las coenzimas, en la interfase de subunidades cuyas
superficies de contacto se consdruven con los residuos
provenientes de subunidades dit-ereñfes.
Los enlaces electrostáticos
unen a los residuos de superficie
Los enlaces salinos felecúostiíticos) unen los grupos
R de residuos con cargÍts opuestas y los grupos o, car-
gados. de ltx re¡idros carboxilo y amino terminales.
Por e-iemplrr- el gnryo R de la lisina (carga neta *l a
pH frsiologic-o) y el aspartato o el glutamato (carga
n-ta -l
r- peden interacfuar de manera electrostática
pora e*abilizar a las proteínas.
Loe enlaces disulfuro confieren
eetabilidad adicional
Además de los enlaces peptídicos, se pueden formar
los enlaces disulfuro covalentes, entre los residuos
de cisteína presentes en el mismo polipéptido o en poli-
péptidos diferentes. Estos enlaces disulfuro confieren
estabilidad adicional a confonnaciones específicas
de proteínas como las enzimas (p. ej., ribonucleasa),
y las proteínas estructurales (p. ej., queratina).
Las interacciones hidrófobas
unen a los residuos interiores
Las cadenas laterales, no polares, de los aminoácidos,
se vinculan en el interior de las proteínas globulares.
Si bien estos vínculos resultan extremadamente débiles
en 1o individual, cuando se presentan en gran cantidad,
las interacciones hidrófobas contribuyen significati-
vamente a conseryar la estrucfura de la proteína.
LA CRISTALOGRAFÍA DE RAYOS X
PROPORCIONA LA ESTRUCTURA
TRIDIMENSIONAL
DE LAS PROTEíNAS
Las contribuciones de la cristalografía de rayos X al
conocimiento de la estructura proteínica son de un
enofine valor. Estapoderosa herramienta, lenta, costo-
sa y que requiere adiestramiento muy especializado,
ha puesto de manifiesto 1a estructura tridimensional
de más de 1 000 proteínas. Dicha metodología requie-
re cristales proteínicos grandes y bien ordenados, oon
repeticiones regulares de moléculas idénticas, los cua-
les difractan fuertemente los rayos X. Así, al incidir
un haz monocromático de rayos X sobre un cristal bien
ordenado, se difracta en un patrón a parfír del cual,
puede deducirse la estructura de una molécula indi-
vidual.
§-a produceión de cl'¡stáles
es un proee§o
Eue f"eqti¡erc tiernpCI
La factibilidad y la precisión de la cristalografia de las
proteínas dependen de los límites de resolución del
cristal. Los cristales proteínicos casi siempre conrie-
nen cerca de 50oA de agua, por lo que resultan menos
rígidos que los cristales de rnoléculas más pequeñas, r'
sus límites de resolución típicos se encuentran en ei
intervalo de 2 a 3.5 A, aproximadamente. Los cristales
se "crecen", por lo general en una gota colgante. En
una laminilla cubierta, se colocan unos cuantos micr.o-
litros de una solución amorliguada y concentrada de
la proteÍna, la laminilla se invierle sobre un pequeño
reservorio, el cual contiene una solución de una sal o
de polietilenglicol. Conforme el agua difunde desde
la gota hacia la solución en el reserworio, 1a solución
de la proteína gradualmente se supersatura, idealmen-
tc con 1a cristalización concomitante. Sin embargo, el
desarrollo del cristal es lento, y puede requerir meses.
El crecir¡iento de cristales adecuados de la proteÍna
depende, básicamente, de las condiciones utilizadas.
esto es, de la concentración de la proteína, el pH, la
temperatura, la naturaleza y potencia iónica de1 solven-
te, etcétera; todas ellas se varían para identificar las
que permitan obtener cristales de 0.5 mm o más gandes.
Los enisteles sc irradian
psrñ übtener lss petrúnes de di'f,i"a*ei*i:
Un cristal colocado en un tubo capilar, se expone a un
haz monocromático de rayos X y se rota, de manera
que el haz incidente produzca todos los patrones de
difracción posibles. Se requiercn muchos cristales.
porque cada uno tiene un tiempo de vida limitado ba¡o
el haz de rayos X. Además, los rayos X dañan 1as
rnoléculas de la proteína y del solr.ente, y producen
radicales libres los cuales dañan todavía más la prc,-
teína. Debido a que también se genera calor. lLrs
cristales deben enfriarse para prolongar su vida írtii.
Los rayos X se prodr-rcen mediante un generador de
rayos X de ánodo rotatorio o mediante un anillo de al-
macenamiento sincrotrónico. El primero, una plac:
de metal rotatoria bombardeada con electrones. pr..-
porciona rayos X monocromáticos (longitrid de r,nc.-
única). Los rayos X policromáticos, bastante 111¿i: I..
-
derosos, producidos en los anillos de almacenanr.-:. .
sincrotrónico mediante electrones que se iltlii.. r.i_ .:
velocidades cercanas a la de la lnz, se hacen pa>.,: :
mero a través de un Ítonocromador pala sel::,
-
los rayos X monocromáticos. Los rar-os - :- a s:-r:::
en patrones que dependen de la densid¡d c¡ .- .:. -
nes delas diferentesparles de laploter:t:. L,-,> r: r -
-
de difracción resultantes. se
-sr¡bi:r
.n ',-::
E,.1 ,- - .
fotográfica o se re_sistran m¡drrn¡¡ -.:-. - -_ -
radiación denominadt¡ detector de árt¡
-
_
-
¿=-

139. - - -..,...--; t¡L H(U.per
(CtlpítLilo 6)
I
- . - . . i. ::. se mide la intensidad de los máximos
,: - ::: - :- .-- ,:_:iz¡n matemáticamente, y se utili_
:- I r-: - -:tr_ r -:. ::-.apas de densidad de electrones.
I :c¡ocimiento de las amplitudes
.,
;ases
permite la construcc!ón de un
.napa de la densidad de electrones
Cada uno de lcls haces difractados, se caracteriza por
tres parámetros: Ia amplitud, la longitud de onda y la
fase. De éstos, sólo se conoce la fasé. La solución del
problema de la fase. por 1o general inr.,olucra una sus_
titución isomorfa múltiple. En un cristal existente,
se introduce un metalpesado, u otro ligando flícilmente
distinguible, ya sea mediante cocrisialización o rre_
diante diftlsión. Para deteminar las fases, a continuación
se analizan los cambios en el patrón de difracción me-
diante procesos matemáticos, que involucran la cons_
trucción de los mapas de
patterson.
Las amplitudes
y las fases, se utilizan para calcular un rnaia de la
densidad de electrones de 1a rinidad repetrda dé1 cristal.
Los mapas de densidad de electrones, representan
una serie de cofies paralelos a través de la proteína, en
los cuales las líneas del contomo que están cercanas,
representan las regiones en las cuales la densiclad de
los electrones cambia de manera notable. Los mapas
de 1a densidad de electrones, son análogos a los ma_
pas topográficos en los que las líneas del contorno muy
cercanas representan 1as regiones en las cuales la
altura cambia de manera abrupta. Antiguamente, los
Figura.6-1 1. Un ejemplo de fotografía de precedencia por
rayos X. Se muestra el patrón dé difracción tomado a lo
largo del e1e de los tres pliegues (1f 1)de los cristales cúbi_
cos de la Hlr4G-CoA reductasa de la
pseudomonas
mevaton¡¡.
(Coñesra de C Lawrence y C Stauffacher de la Universidad
HLtrorJe I
mapas de densidad de electrones, dibujados sobre ma_
terial transparente; se apllabat pu.u i-itu. un mapa
tridimensional de la densidad dé electrones; u puij,
de é¡le se, construía, afanosamente y con cuidaó, un
modelo fisico de la cadena principal de la proteína.
Sin embargo, el análisis estructurál moderno utiliza
gráficas computadorizadas las cuales muestran los
mapas de la densidad de electrones en tres dimensio_
nes,.a los que se ajusta, visualmente, la estructura pri_
maria de la proteína (figxa 6-12).
La construcc¡ón de modelos
requiere el conocimiento
de la estructura primar¡a
Los cristales clásicos de una proteína son relativamente
blandos y, por tanto. están distorsionados en unas cuan_
tas unidades angstrom. En consecuencia, los mapas
de la densidad de elecrrones de la mayor parte delos
Figura 6-'12. La demostración de ia forma en que una es_
tructura primaria conocida se alusia a un perfil de la densidad
de electrones. Se muestra ia densrdad de electrones de una
cadena
B de Ia mitad amrno termrnal de la RbsA, el domlnlo
que une al ATP del transpoñador ABC, proveniente de la
Escherichia coli. (Cortesía de S Armstrong, M Hermodson y
C Stauffacher" de la Univers dad
purdue.)
7

140. Prote ínas : estructLil.a t' func, iórt
cristales de proteínas, no revelan claramente la posi-
ción de los átomos individuales. Los datos obtenidos
con una resolución de 2.0 iu rerrlan la forma global
de la molécula, mientras gue lm datos obtenidos con
una resolución de 1.5 A la tongitud de onda de un
enlace covalente típico. resrlve garcialmente los áto-
mos individuales- Los átmos indiüduales, diferentes
del hidrógeno- se risualirzn con claridad con una re-
sohrciónde l.l A Sit*illasewr¡ctr¡ras de los cristales
de las proteinrti(m - resolución demasiado po-
tre pra.¡* Smcrymaientes mapas de la densidad
de cle¡rrc nndcn oon claridad la posición de los
¡fooom¡ffics.casi siempre es posible frazar eI
m&laf¡l¡Opolipeptídico, y deducir las posi-
cls¡rlrlcirmciones de las cadenas laterales de
Ét lfrd ó-D)- Sin embargo, la estructura de la
Én6ededucirse sólo deunmapade la den-
fl&dc¡ones. Para diferenciar los grupos R de
frr y tr¡n¡ño similares, la esüuctura primaria co-
mafr debe ajustarse, visualmente, al mapa de la
kidd de electrones. Los refinamientos asistidos por
@dora, pueden disminuir los errores en las po-
úimes atómicas hasta aproximadamente 0.1 A.
La mayor parte de las proteínas
cristalinas, conserva su conformaclón
nat¡va
[.as proteínas cristalinas parecen asumir muy de cer-
ca" las mismas estructuras que en solución. El conte-
nido de 40 a60Yo de agua de los cristales proteínicos
modelo, es similar al de muchas células. Fuera de las
regiones que hacen contacto con moléculas vecinas
dentro del cristal, las proteínas cristalinas se bañan en
solventes de cristalización y, por tanto, pueden consi-
derarse en solución. Es frecuente que las enzimas
puedan realizar la catálisis en el estado cristalino, 1o
ra-ral sugiere que las proteínas asumen las mismas es-
tructuras en solución que en el estado cristalino. Lo
anterior se apoya en la evidencia adicional que aporta
la técnica de espectroscopia por resonancia magnéti-
ca nuclear, descrita más adelante.
La espectroscop¡a por resonanc¡a
magnética nuclear proporciona
la estructura de las proteínas
en solución
En unto que la cristalografia por rayos X proporciona
rme visión estática de una proteína cristalina, la espec-
tsmoopiapuresonancia magnética nuclear (RMN) pro-
pucftna información estructural respecto a una proteína
en solución- Varios núcleos atómicos biológicamente
iryorffiE mo Hr, Cr3, Nr5 y P31, presentan momento
o giro mapético (del tnglés spin). La espectroscopia
de RMN puede utilizarse para investigar el ambrenre
quÍmico de los núcleos mencionados. y así obtener.rn-
formación sobre la distancia entre los átomos. en 1a
molécula. Consideradas junto con el secuenciarniento
proteínico, los ángulos de enlace, los grupos pianares r.
los radios de van der Waals, tales distancias protónicas
pueden proporcionar un conjunto de estr-ucturas tri-
dimensionales interrelacionadas, comparable a una
estructura de rayos X a2.5-4. Asimismo, para la de-
terminación de la estructura de las proteinas, la espec-
troscopia de RMN, por lo general, utiliza el giro de
los abundantes nircleos r1el Ht. Eu un fuerte carnpo
magnético, el giro de los átor¡os de hidrógeno de las
proteínas se alinea con dicho campo. E,ste alineamien-
to puede cambiarse a un estado de excitación, mediante
la incidencia de energía de radiofrecuencia. Cuando
el núcleo regresa a su estado inicial, emite una radiación
cuya radioliecuencia depcnde del ambiente de dicho
núrcleo. Estas tl'ecuencias individuales se denoniinan
traslaciones químicas. Con la excepción de hidrógenos
en un ambiente idéntico (p. ej., ambos hidrógenos de
un grupo metileno), en teoría. es posible obtener só1o
una traslación química para cada hidrógeno en una pro-
teína. En el espectro completo de la RMN de una
proteína, 1os picos individuales se diferencian mediante
espectroscopia bidimensional por RMN (RMN-2D;
figura 6-13). La RMN-2D puede determinar las dis-
tancias interatómicas entre los protones coiocados a
una distancia menor de 5 A, ya sea a través del espacio
(espectroscopia nuclear de ef-ecto Overhauser; o EEO).
o rrediante los átomos conectados de manera cova-
lente (espectroscopia correlacionada; o ESCO). La
espectroscopia de RMN y las estructuras de rayos X
de Ia misma proteína, tienden a coincidir, pero difieren
sobre todo, respecto de los residuos superf,rciales. Por
ser aplicable al estudio de los movimientos, en el tiem-
po, de una proteína, la RMN-2D se utiliza para estudiar
procesos como la formación de intermediarios duran-
te el pleganriento proteinico.
Las hases de datos y los proErarnas
de eornputac¡ón perfecc¡onados,
faeilitan el estr.¡dio y !a rnan¡pulación
de las estructuras prCIteínicas
Por la vía de Internet se tiene acceso a las ba:e. ;.
datos que contienen las coordenadas de todos 1t. ,.¡,'-
mos de las proteínas cuya estructura se ha detent: .:- .-:
mediante cristalografia de rayos X. Las cooii-:..t,.
pueden descargarse y unirse, mediante pro!Í.1ri ,,. ,:
computación perfeccionados, muchos de i.. . ,.
dorninio público. que pelrnilerr genL.r':r-
:. :
' - .
-
los modelos en la pantalla: rotallr¡> r-. :.::i -
-
recciones; añadir o quitar resid,.ro:. i,-,:¡:,:-. ,
--
dos; y cambiar los ánsulos de :i:1,..::. ::' -. '
muchos casos. con sólo L r:., -. ' .^
.- ,. -
procesador Pentiun'r.

141. T
66 . Bioqtintica cle Hurper (Capítulo 6)
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Hr.r ppm
Figura 6-13. La RMN en dos dimensiones. Se muestra la correlación heteronuclear de quantum-único de una proteína en
g0%
de HrOl1)%lDrO a 25 "C. Los picos indican las correlaciones entre el H de la amida y los núcleos de N. Los números peque-
ños representan las asignaciones de picos seleccionados. (Cortesía de E Eisenmesser y C Post de la Universidad Purdue.)
116
p
roP
m
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co
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c oe
o
o
10
ESTRUCTU RA CUATERNARIA
Las proteínas oligoméricas poseen
múltiples cadenas polipeptídicas
Se dice que las proteínas que contienen dos o más cade-
nas polipeptídicas, unidas por fuerzas no covalentes,
presentan una estructura cuaternaria. A las cadenas
polipeptídicas individuales, en estas proteínas multimé-
ricas, se les denomina protómeros o subunidades. Los
puentes de hidrógeno y los enlaces electrostáticos, for-
mados entre los residuos superficiales de las subuni-
dades adyacentes, estabilizan el vínculo de las subunida-
des. Las proteínas compuestas de2 o 4 subunidades se
denominan proteínas diméricas o tetraméricas, respec-
tivamente. Los homodímeros, los homotetrámeros,
etc., constan de subunidades idénticas, en cambio, los
heterooligómeros se componen de subunidades di-
ferentes. Las diferentes subunidades de las proteínas
heterooligómeras cumplen funciones definidas. Una
subunidad, o un conjunto de subunidades idénticas,
puede realizar una función catalítica, alavez que otro
conjunto de subturidades puede participar en el recono-
cimiento del ligando o tener una función reguladora.
La diferente orientación espacial de las subunidades
confiere propiedades modificadas al oligómero, y per-
mite a las proteínas multiméricas una participación
de singular importancia en la regulación intracelular.
Los desnaturalizantes proteínicos
desorgani zan la estructu ra secundaria,
terciaria y cuaternaria
Los reactivos como la urea, el dodecilsulfato sódico
(SDS, del tnglés sodium dodecyl sulfale) y los radica-
les H* y OH- débiles, rompen los puentes de hidróge-
no y los enlaces electrostáticos (pero no así los en-
laces peptídicos y disulfuro). Por tanto, desorganizan

142. Proteinas: e.itructut'ct t' finc'iói:'
todos los órdenes de la estructuraproteínica, con excep-
ción de la estructura primaria. v desimyen la actividad
biológica ( fi gura 6-14).
Resulta sorprendente que las proteínas de las en-
zimas sumamente termoestables de los termófilos
extremos, habitantes de lss menantiales y las troneras
calientes en las proñmdidades del océano, semejan
muy de cerca las proreinas correspondientes, prove-
nientes de los microorgmisnos mesófilos. No existen
reglas generales gaohrcr la termoestabilidad, ade-
más del forafxinkmo del empacado de los residuos
hid¡ofc¡bm. s¡sde sryerficie más cortas, optimización
de los prrcdehi<kógeno y de los iones pareados,
-r-
oprimizim de Ia composición de la hé1ice o.
l-c nÉdos físicos ponen
& nriñesto el peso molecular
, h ductura cuaternar¡a
¡-.hrninacjón de la estructura cualenraria de las
pim oligoméricas, involucra la detetminación de
hcanidady la clase de protómeros presentes, su orien-
*i6n mutua, y 1as interacciones que los conservan
¡rnidos. Unavezdemostrado que los oligómeros no se
desnaturalizan durante el procedimiento utilizado para
deferminar el peso molecular, muchos métodos permi-
ten obtener la información respecto del peso molecular.
Previa desnaturalización del oligómero, pueden utili-
zarse estas mismas técnicas para determinar el peso
molecular del protómero.
A- U ltrace ntrif u g aci ó n a n a I íti ca
I-a uhacentrifugación analítica, desarrollada por Sved-
berg mide la velocidad a la cual sedimenta una proteína
en un campo gravitacional de aproximadamente 1 0s - 8.
Resulta una técnica fisica excelente parala determina-
ción del peso molecular; sin embargo, tiende a susti-
tuirse en la actualidad por métodos menos complejos.
B. Centrifugación en un gradiente
de densidad de sacarosa
Esta técnica, relacionada con la anterior, se aplica con
mejores resultados a las proteínas globulares. Los están-
dares de proteínas y las muestras desconocidas, se
Desnaturalización
FEüraFl/+. Representación de la desnaturalización de una
proteína.
colocan en un gradiente de sacarosa amortiguada. en-
tre 5 y 20%u, preparado mediante congelación I des-
congelamiento repetidos de sacarosa al20'Á. Desprte.
de una cer"rtrifugación durantc toda la noche a l0i - 3.
el contenido del tubo se retira. gota a gota, y se anali-
za el contenido de proteína de las fracciones. A con-
tinuación, se establece la movilidad de 1a proteína
desconocida. con relación a la movilidad relativa del
estándar de peso molecular conocido, y se calcula e1
peso molecular de dicha proteína.
C. Filtración en gel
Las columnas de Sephadex o de matrices similares con
"poros" de tarnaño conocido, se calibran mediante
proteínas de peso molecular conocido. E1 peso molecu-
lar de una proteína desconocida, se calcula a partir
de la posición de su elución respecto de la correspon-
diente del estándar. Sin embargo, pueden resultar
grandes errores cuartdo la proteína es muy asimétt'ica.
o interactira fuertemente con el material con quc se
fabrica el filtro molecular.
D. Electroforesis en gel de poliacrilamida
(EGPA)
Las proteínas desconocidas y los cstándares se sepa-
ran mediante electroforesis en geles de acrilamida con
5 a I 5% de enlaces crttzados y porosrdad variable;
a continuaciór.r. los geles se tiñen con colorante azul
de Coornassie o Ag-. La EGPA-SDS se utiliza para
determinar el tat¡año de las subunidades de las proteí-
nas oligoméricas. Como printcr paso, se desnaturalizan
las proteínas mediantc hervido en presencia de B-mer-
captoetanol y el detergente, con carga iónica negativa.
dodecilsulfato sódico (SDS). A continuación, las pro-
teínas desnaturalizadas, las cuales se han recubierto
en su totalidad con SDS y, por tanto, presentan carga
negativa, sc separan con base en su tamaño (no en 1a
carga) mediantc EGPA-SDS cn geles con SDS.
E. La microscopia electrónica visualiza
los complejos macromoleculares
Ei microscopio elcctrónico I capazde amplifical hastrl
100 000 diámetros, permite visualizar parliculls r r-
rales, complejos enzimáticos, proteínas oligoll.réric
".
y oligómcros de alto peso molecular.
üí:tuft §H
plÍHGs.hl
LÉ"s F¡=.*
-*,
-.- i
¿Cómo
se pliegan ios polipéptidos ell Lin i.-r'- - --
segundos, para adqtririr su estado t-tsitrl.',:-' : -
No se dispone aún de l'espiteslrr' .l'
- '
:
pregunta permanece corno ol¡ielr --'
activa, sin en"rbargo. se disp.,tl: .J ,:-:,
generale.. E.l pleoarrrrir : '..- . -
'
i ia .la r.,,,,,
"bu:.¡tru.l.. . -., . -' -.
#ü
inastiva (de§*etJral¡z*dew

143. ó8 (Capítulo ó1
ptegm¡emo por búsqueda aleato-
tiqo
flue no corresponde a un
los sino aun
¡periodo mayor que la
uuiverso! El plegamiento, a todas
renrmproceso mucho más dirigi-
- : _:
.
. -.,-:e vias muy favorecidas hacia los es-
- - __ _ l:
- -
--
: .1.- iLlltl\
3"':
pios generafes
.,
-,: base en el conocimiento actual, el plegamiento
;; 1os polipéptidos y de las proteínas multiméricas,
parece involucrar las siguientes etapas. Primero, se
lbrman cadenas cortas de la estructura secundaria:
regiones de hélice a, de hoja b, de giro b, etcétera. El
crecimiento, conducido por difusión, de estas cade-
nas cortas lleva finalmente a la lormación de un
dominio. En las proteÍnas con multiclominio. los clomi-
nios plegados coalescen para formar 1o que se denonrina
"glóbulo derretido", el cual, posee una esrrucilra se-
cundaria extensa, pero una estruclura tercranl p..cc,
ordenada. Posteriormente, cambios sucesir os en L¿
conforma-ción, convierten el glóbulo derretrdo en una
forma compacta, con una eshuctura terciaria ordenada.
A continuación, cambios menores en la conformación.
dan lugar a la eshuctura polipeptídica nativa. En el
caso de las proteínas monoméricas, el proceso de ple-
gamiento se completa en este momento. Para las
proteínas con estructura cuaternaria, estos polipéptidos
ordenados sirven como subunidades que, al reunirse.
lbrman los multímeros.
Las proteínas desnatunaiizadas
p{-¡cden renatu ral izarse
Muchas proteínas desnaturalizadas se pliegan de
nuevo espontáneamente, in vitro, con la restauración
concomitante de la actividad biológica. Esto llevó a
Anl'tnsen a concluir que la estructura primaria de los
polipéptidos es! por sí misma, sullcienre para dirigir'
el plegamiento de la proteína. Sin embargo, el reple-
gamiento requiere horas, demasiado para que sig-
nifique alguna aporlación al plegamiento proteinico
in vivo. Así, 1a conclusión de Anfinsen de que la es-
tructura primaria dirige el plegamiento in vitro
petmanece válida, pero requiere de modificación, para
incorporar la participación de las proteínas accesorias
que aceleran ei proceso de plegamiento, y 1o dirigen
por rutas específicas. Tales proteínas accesorias inclu-
ven la disulluro isomerasa. la proliio cis-irans isome-
fea y las chaperoninas.
Disu lfuro isomerasa proteínica
Los enlaces disulfuro (-S-S-, o cisteína) formados
bajo condiciones oxidantes en el interior de, y entre,
los péptidos, estabilizan las estructuras secundaria y
terciaria. Sin embargo, un residuo cisteinilo determi-
nado, puede formar muchos enlaces disulfuro pareados
diferentes, aunque sólo uno de ellos corresponde al
apropiado para el plegamiento biológicamente correc-
to. La enzima disulfuro isomerasa proteínica, facilita
el
,.recambio,,
de los enlaces _S_S_,
al acelerar la
velocidad a la cual los disulfuro realizan el interoam-
bio mutuo, y de esta manera acelera el proceso general
del plegamiento proteínico.
Prol ilo cis-tra n s isomerasa
Si bien la configuración X-Pro de los enlaces peptí-
dicos de los polipéptidos recién sintetizada corresponde
a trans ,hasta 1006 de los enlaces X-Pro de las proteínas
maduras poseen configuración c¡s. Esta isomerización
la catalizala enzima prolilo cis-trans isomerasa, con 1o
que facilita el proceso de plegamiento (figura 6-15).
Chaperonas moleculares
I as ch4eruias moleculares de bacterias. mitocoodrias
y cloroplastm son proteínas grandes con multiples
suhmidades. que aceleran el proceso de plegamiento,
al proporcionar rm ambiente protegrdo en el cual los
polffitidos se pliegm en sus conformaciones nativas
y formaa estrucEras cuatemarias. Las chaperoninas
inclu.ven las proteínas de choque térmico que, estruc-
turalmente, constan de dos anillos de subunidades
idénücas, ordenados alrededor de un espacio central
capz de acomodar polipéptidos grandes. Asimismo,
las chaperoainas favorecen las vías que inhiben las
interacciones inapropiadas entre superfi cies comple-
mentarias, y facilitan las interacciones apropiadas. Sin
embargo, se tiene un conooimiento imperfecto de los
mecanismos por los cuales las chaperoninas llevan a
cabo su función.
Las chaperoninas incluyen las proteínas de cho-
que térmico hsp60, elaboradas por las bacterias o los
oo
HrHll
-'\A-O
=
,ñ\A*
R.
/a.
R1
o(
\
Figura 6-1 5. La isomeración del enlace peptídico prolilo
N-s, a una configuración trans a parlir de una cis respecto
del esqueleto polipeptídico
a

144. Protehtas : estruc turL¡
drqhsos como respuesta al estrés térmico, las cua-
hs fon'ierten la desnaturaltzacióny agregación de las
pminas que tiene lugar por altas temperaturas. Ade-
rir las 14 subunidades idénficas de las proteínas
@lO
y hsp60, GroES y GroEl dela E. coli, asi como
hspoteínas Cpnl0 y Cpn60 de los cloroplastos, for-
man enillos pareados de siete unidades, que rodean
ona ryiosa calidadcenrral capaz de acomodarpo-
lipéptidos grdnk- Este ambiente protector contra-
-' : - 'r.
resiones hidrófobas" ex--. r , .l
-:
, : *:
I : :':. , . :
--: li .: s :t lipéptidos parcialmente
r - -:--^
-, +;-
fr¡redades por priones derivan
ffición de la estructura
dria.fterciaria de Ia oroteína
.=.. ¡roteínas infectantes carentes de ácido
. :iLrducen varios trastornos neurodegenerati-
:-:ies. conocidos en conjunto como encefalopa-
-'- -r.:grtbrmes transmisibles (EET), o enfermedades
r'-. r:r,roiS. Dichas enfermedades pueden manif-estarse
: :--,-, irastornos genéticos, infecciosos o esporádicos.
- "i;
una inr.olucra la modificación de la estructura
.:;u:-,daria-terciaria de la proteína prión, la PrP. Las
.:----:¡l¡dades por priones incluyen la enfermedad de
,- -:..,ziidt-Jakob (ECJ) en los humanos, la scrapie
:= .. :,,. e,tas
.v
1a encefalopatía espongifotme bovina
: : 3 ¿:1 ganado. Todas ellas se caracterizan por cam-
.
=.:--ngitbrmes,
gliosis astrocítica y pérdida neuronal,
:: - :i:.:3: de la deposición de proteínas insolubles en
: -: r- nbnllas amiloides estables. Losprotofilamentos
-.
.s :-i'bnllas amiloides, contienen pares de hojas
B
.: :r¡ ibrma helicoide, que presentan puentes de hidró-
_::r. .orltinuos, a 1o largo de toda la fibrilla.
Cada proteína relacionada con prión (PrP) se
.,rditlca por el gen PrP del mamífero en el cual se re-
:irca t-rnalmente. El gen de la isoforma fisiológica de
,¡ PrP humana. se localiza en el brazo corto del cromo-
s,.r:na 10. La PrP se presenta en dos isoformas, PrPc y
PrPSc, La PrPc (también denominada PrP-sen) es sen-
.,¡L- e la accrón de proteasas; en tanto que la isoforma
:i .,g-na PrPSc (también denominada PrP-res), la cual
.",.:.::l¡nrente
se relaciona con EET o enfermeda-
:.: :. : lrt¡i1. eS resistente a las proteasas. La PrPc y la
::>: :-..-.'lL estructuras primaria y modificaciones
: ::-il..:..-r:r¡1es idénticas, pero esttucturas terciaria
,
- -:.-::-::.: irtlrentes. La PrPc abunda en hélices cr
::-.i:.:::> :,.: .¡ PiPSc consiste, predominantemente,
C3 r.,r¡:: -l L.: c'¡nlersión de la PrPc en PrPSc, in-
r olucr: ,¡ m.¡d;l-i"-acion de 1a estructura de hélice cx en
ho..ra i3
Se ctrnsidera que este cambio se desencadena
por 1a rnteiaccion de la PrPc con 1a PrPSc, en un pro-
ceso facilitado por otra proteína. Por tanto. la P:?S:
sirve como plantilla sobre la cual, la PrPc se plie;. :.
nuevo en una PrPSc naciente.
LA F*Rh4A DHTHRfu{!NA LA FUN¡CIéN
El examen minucioso de proteínas representativas, ilus-
tra las estructuras singulares que han evolucionado para
satisfacer funciones biológicas específicas, así como
el estrecho vínculo entre la estructura proteínica y la
función biológica. La mayor parle de las proteínas
fibrosas desarrolla funciones estructurales en 1a piei,
el tejido conjuntivo o las fibras como el pelo, la seda o
la lana. A su vez, las secuencias atípicas de amino-
ácidos de las proteínas fibrosas, determinan eshucturas
secundaria y terciaria específicas, que les confieren
propiedades mecánicas, también especíñcas.
Las fuenzas hidnéfshas cstabilizan
§e heljm p #e la fibroína de ia seda
La fibroína de la seda, una proteína de un insecto, ilus-
tra la estabilización de la estructura secundaria, me-
diante fuerzas diferentes de los puentes de hidrógeno.
La composición de aminoácidos de la fibroína, consiste
casi por completo (S5%) de residuos de Gli, altemados
con residuos Ala o Ser. Asimismo, las cadenas poli-
peptídicas de la fibroína forman arreglos de hoja
B
extendida y antiparalela, en la cual los grupos R de los
residuos Gli (hidrógeno) se extienden a pafiir de una
superficie, :/
los glupos R de la Ala y la Ser, a partir de
la otra. Esta conformación molecular se estabiliza ex-
clusivamente mediante interacciones hidrofóbicas
entre los grupos R de 1a Gli en una de las superficies,
y entle los grupos R de la Gli y la Ser, en la otra super-
ficie. Periódicamente se presentan cantidades pequeñas
de residuos como Val o Tir con grupos R voluminosos:
estos agrupamientos intemrmpen las regiones de la
hoja
B y confieren algo de flexibilidad. A su vez, las
regiones largas de la fibroína, de confomación hoja
B
antiparalela, estrechamente empacada, resisten e1 esti-
ramiento, pero peÍnanecen muy flexibles debido al
carácter no direccional de las fuerzas hidrófobas
estabilizadoras.
ñstr",: atr"¡ na sec¡J nd a r¡ a
de la* prnteínás fihrosa-q
La estructura secundaria de las proteínas f,ibrosas. ;.'::-'¡
las de piel, tendón, hueso y músculo, las cuales cu¡:r,e:
funciones estructurales, protectoras y mó
r'-- ..-J';1:
'
características estructurales que contrastt
te, con las correspondientes a 1as protei
Más adelante. se describe la esnucrur
la proteína más abutdante de los manii-, '

145. -tt , :
(Capírulo 61
coráGEl.A
La ol¡ágena tuslra diversas
re{adqres esüuct¡¡ ra-fu nció n
I-as cotfosnas, que constituyen cerca de 25oA del to-
tal de h pmteft¡a de Ios mamíferos, ilustran, de ma-
ra nmble, las diversas relaciones estructura-fi.mción
crrctcristicas de las proteínas fibrosas de los verte-
bradm- Lacolágena de los tendones, forma estructuras
mry asimétricas de gran fuerza tensional. En cambio,
la colágena de la piel, forma fibras flexibles de tejido
laxo. La colágenade las regiones duras de los dientes
y del
.hueso,
contiene hidroxiapatita, un polímero de
fosfato de calcio. Finalmente, la colágena de la cómea
ocular, ordenada de una manera casi cristalina, resulta
transparente.
La tropocolágena consiste
en una molécula de triple hélice
rica en Gli, Pro e Hip
La tropocolágena consta de tres cadenas polipeptídicas,
de aproximadamente 1 000 residuos, orgarrizados como
una hélice no-o con dirección izquierda, que contie-
ne, aproximadamente, tres residuos por vuelta. Las tres
hélices de dirección izquierdase entrelazan, al tiempo
que se tuercen para formar una triple hélice o super-
espiral de dirección derecha, establltzada mediante
puentes de hidrógeno formados entre (no dentro, como
en 1a hélice cr) las cadenas polipeptídicas individuales
(figura 57 I ). La superespiral resiste el destorcimisnl6,
debido a que, tanto ésta como los tres polipéptidos que
contiene, están enrollados en direcciones opuestas; éste
es un principio utilizado en los cables de acero para
sostener los puentes colgantes. Las fibras sumamente
asimétricas de la colágena madura, miden 1.5 nm
por cerca de 300 nm, lo cual refleja su conformación
extendida y estable.
Cada tercer residuo corresponde
a gl¡cina
El patrón estructural primario de la colágena madura,
corresponde a (Gli-X-Pro/Hip),. Cada tercer residuo
corresponde a una glicina, elúnico residuo con un gru-
po R lo bastante pequeño para caber en el interior
del centro de la superhélice. Cada glicina va precedi-
da por un residuo de prolilo o uno de hidroxiprolilo.
Elrechazo mutuo entre los residuos de prolilo forza
al polipéptido a formar una hélice extendida de direc-
ción izquierda. Asimismo, los residuos prolilo e hidro-
xiprolilo, conformacionalmente inflexibles, confieren
fe,tigidez.
La maduración de !a procolágena
se caractetiza pq muchas
rnod¡f¡caciones postrad ucciona¡es
A diferencia de la superhé1ice de la co1ásena madura.
los extremos carboxiló y amrno tenrrhaleJdel precursor
de la colágena, la procolágena, presenia la composi-
ción de aminoácidos clásica de una proteína globular.
Durante la maduración de la procolágena, estos extre-
mos carboxilo y amino se eliminan mediante proteólisis
selectiva. Las modificaciones postraduccionales adicio-
nales involucran hidroxilación, oxidación, condensación
aldólica, reducción y glucosilación. La hidroxilación de
los residuos prolilo y lisilo, se cataliza mediante las
enzimas prolilo hidroxilasa y lisilo hidroxilasa, las cua-
les requieren ácido ascórbico (vitamina C). Residuos
hidroxilisilo específicos se glucosilan posterionnente,
mediante la galactosilo y Ia glucosilo transferasas.
Hnlaces cruzados covalcntes
estabilizan las fibras de colágena
Las cadenas de tropocolágena se reúnen para formar
microfibrillas de colágena. Estas se estabilizan inicial-
mente mediante puentes de hidrógeno intracatenarios,
pero posteriormente 1o hacen mediante enlaces cor a-
lentes formados en el interior de 1as hélices. asÍ como
entre éstas. Dicho proceso de enlazarlienro cor alente
involucra la enzima [sr1o oxjda-<a. .a .-rul requrere cobre,
y convierte en aldehidos 1os
_urrrpos amrno no u de los
residuos hidrorilo. - c.¡niinuación. esros aldehídos son
obj eto de una condens¡crt n aidólica. o se condensan con
1os
-erupos
ali.irro nLa cr de la hsrna o de la hjdroxilisina,
para lbmtar ba.es de Schiff. Las reducciones subse-
cLientes. :¡:;lan enlaces cruzados covalentes estables.
1os .-.¡¡ies !-Lrnr-ieren
_qran fuerza tensional.
Los trastornos de la nutnicióEl
y los genéticos, pL,eden involuenar
deterioros de la estnt¡ctura seeundaria
La rmporlancia médica de la estabiiidad de la estructura
secundaria se documenta ampiiamente por 1os trastor-
nos de la biosíntesis y la maduración de la tropocolá-
gena. En la insuficiencia intensa de r,itamina C, se
ilactivan la prolilo y la lisilo hidroxilasas: además, la
tropocolágena resulta incapaz de ingresar a las reac-
ciones que forman los enlaces covalentes. Como resul-
tado, aparece el escorbnto, un trastomo de la nutrición
caracterizado clínicamente por encías sangrantes, escasa
cicatrización de las heridas y. finaimente, la muerte.
De manera similar, la enfermedad de Menkes, caracte-
rizada por pelo frizado y retardo del crecimiento, refleja
una insuficiencia dietética de1 cobre, requerido por la
lisilo oxidasa.

146. Proteínas : estructura y furu
Ltts trastt trt,ri gi'-: . - ' :
,. I --,)rntesls de la
colágena. incl'.]'. ::- -,
=
. - l; .l Osteogénc-
sis it-t't1tr'r'rir'..,. ,, - ..-, . - - , -
'.: lll 1a clínica por
irlLeso: ti.r:r :: L,.. ,: -- -', J'tltlente dif'eren-
ie S ttc- l.t .'r.': :r ,,- -r:.'. ir de los delectos
irt r.,:i.-,-:
-.t ,' : .:¡ : .1e 1a colágena. De
-
- -', .ittdrome de Ehlcrs-
I--:- ' ,. - -:-t,ittte porarticulaciones
. '
:.ir a la procolágena crr, la
,-'.>.,. o a la lisilo hidroxilas¿r
;=i_[,{=\
-:, ---r:.=:s¡icas estructurales de las proteínas se
, - .
-rr::-
ri1 cuatro órdenes: primario, secundcrio.
-r - :-
-"
r só1o en el caso de 1as proteínas oligoméricas)
- --.;::-:rirr.
La estnioturaprimaria, la secuencia de los
-: -¡¡cidos y la locaiización de todos los enlaces
-
. ..,:uro. está codificada por los genes. A su vez, las
::::rlcturas secundaria y terciaria, las cuales se refio-
:ir-r a 1ils confoñnaciones proteínicas permitidas por
irrs enlaces peptídicos, se establecen con base en la
c-stnicfllraprimaria. T,ae§lzuc1uIas€Gu,{g-s-Sf-Lb.g
e1 plegan.riento de lfs"óadenas polipeptídicas én múlti.
plélJstnicturas, unidas por puentes de hidrógeno, como
L.r hé1ice u y la hoja plegada
B.,,Las
combinaciones de
.:rtlspatfi r'le§'püEddnfor:itr"aretlñ"c-ft irassiiiiersecun----
;¡rias (por ejemplo, 0-o-0). Asimismo, las
--.rmcturas tctciarias. se refieren a las relacioncs entre
-----.."-%, t
.-,:, s dóñilni o s e s truclüral e s- s de- iiridáñci§ j7' cntre los re -
. r duo iéñÉds-lEloñé-stistáñlélGla estiuclirra liiimaria-
ta Esfñieturácuatlrntna-§é piélelia §ó1oén Iás iiro-
teínas con dos o más cadcnas polipeptídicas (proteínas
oligomóricas) y describc los puntos de contact., i . i:,.
intenclaciones entre estos polipéptidos o subunid¡ce,
En tanto que la estructura primaria inr-olucn¡ cn-
laces covalentes, los órdenes superiores de la estt-ttctur.r
se estabilizan sólo nrediante fuerzas débiles. entre 1as
que se incluyen los puentes de hidrógeno, los enlaces
salinos (el ectrostáticos) entre los rcsiduos supert-1c 1a -
les, y las relaciones no cstequiométricas de los grupos
R hidrófobos en el interior de las proteínas. Aden-rás.
1os reactivos clLlc rompen los cnlaces no covalentes
(p. ej., la urea o el SDS) desorganizan las estructuras
secundaria, terciaria y cr.raternaria, con la pérdida
concomitante de la actividad biológica (desnaturaliza-
ción). Las técnicas fisicas para el estudio dc los órdenes
superiores de la estructura proteínica incluyen la cris-
taiografia de rayos X (estructuras secundaria y ter-
ciaria), así como la ultracentrifugación, la filtración
cn gel y la elcctroforesis en gel (estructura cuaternaria).
La estrecha relación entre la estructura proteinica y
la función biológica, sc illtstra mediante dos proteínas
frbrosas: la fibroína de ia seda y la colágena. Las enf'er-
mecladcs relacionadas con los dcfectos de la maduración
de la colágena. incluyen el síndrome de Ehlers-Danlos
y la er.rfemedad por insuficiencia dc vitamina C, o es-
corbuto.
Asimis¡ro. los priones. partículas protcínicas ca-
rentes de ácido nucleico, producen encefalopatías
cspongilomes transn.risibles como la enfermedad de
Creutzf'eldt-.lakob, e1 .s cra p ie y 1a etrccf-alopatía espon-
gifbrme bor,ina. Las cnf'ermedadcs por priones, invo-
lucran un mecanismo patológiccl nuevol cclnsistente cn
la rnodillcación de la estr-Llctura sccundaria-tcrcieria
de una ptotcína presente en la naturaleza, la PrPc. Dicho
can-rbio estructural tiene lugar cuando la PrPc interac-
túa con la isofonla patógena denontinada PrPSc. Ésta
sirl,e como plantilla sobre la cr.ral. la estructura de 1a
hélice cx sc conviertc cn una estructura de hoja
B,
ca-
racterística de la PrPSc. I
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148. Proteínas: mioglobina y hemoglobina
,,-i:
luCCIÓN
:.,: :,:prntlo describe las propiedades de la mioglobina
" ,. itmogiobina, proteínas que contienen hem con hie-
irtr.lu€ desempeñan funciones cruciaies en la f,rsiología
,le los vertebrados. La comparación de sus propieda-
des ilustra 1a interrelación entre las estructuras primaria
¡'secundaria
o terciaria de las proteínas en general, así
como la influencia de las interacciones de las subuni-
dades, en cuanto determinantes de las propiedades de
1as proteínas alostéricas. Se dan ejemplos de las enfer-
medades genéticas resultantes de las mutaciones pun-
tuales en el DNA, 1as cuales producen sustituciones
únicas de aminoácidos o mutaciones de desplazamiento
del marco, que impiden la síntesis de una subunidad
completa de la hemoglobina.
i MP*ryTATSC!A ts IOM!ÉDITA
Las proteínas que contienen hem participan en el en-
lace y transporte del oxígeno, el transporte de electrones
¡,
ia fotosíntesis. El estudio detallado de la hemoglobi-
na y la mioglobina ilustra temas eshucturales comunes a
muchas proteínas globulares. En ciefio sentido, su ma-
.vor imporlancia médica consiste en que este conoci-
miento ilustra, de manera elocuente, las interrelaciones
estructura-función de la proteína. Además, proporcio-
na conocimientos más profundos de la base molecular
de las enfermedades genéticas, como la enfermedad de
célu1as falciformes (resultado de la modificación de las
¡¡(-rpiedades superficiales de la subunidad
B
de la he-
:r¡slobma) y las talasemias (enfermedades hemoliticas
.:.r:r..¡1s de tipo lamiliar, caracterizadas por la síntesis
:e-e;:;r¡sa de hemoglobina). El cianuro y el monóxido
i- .a:b!rno matan. porque rompen la función de las pro-
reinas hem cltocromo oxidasa y hemoglobina, respec-
tir amente. Por último. la estabilización de la estructura
cuaternaria de la desoxihemoglobina mediante el
2,3-difosfoglicerato (DPG), es fundamental para com-
prender los mecanismos de la enfermedad de las
grandes alturas y la adaptación a éstas.
EL HEM Y EL I-IIERRO FER,ROSO
COI§FI EREN LA CAPACIDAD
DE ALMACENAR Y TRANSPORTAR
CIXíGENO
La mioglobina y hemoglobina poseen, como grupo
prostético al hem, un tetrapirrol cíclico. La extensa
red de enlaces dobles conjugados del hem, absorbe la
luz en el límite inferior del espectro visible, lo cual ie
da a la molécula un color rojo profundo. Los tetrapirro-
les constan de cuatro moléculas de pirrol (flgura 7 1)
enlazadas en un anillo planar, mediante cuatro puen-
tes cr-metileno. Los sustituyentes B
determinan si un
tetrapirrol es un hem o un compuesto análogo. En e1
hem, éstos son gmpos metilo (M), vinilo (V) y pro-
pionato (Pr), aneglados en el orden M, Y M, Y M. Pr'
Pq M (figura 7-2).Enel centro de este anillo planar se
encuentra un átomo de hiero ferroso (Fe2*). Otras pr.'-
teínas con grupos prostéticos tetrapirol (y sus ione.
metalicos concomitantes), incluyen a los citocromos (F¡
y Fet*), las enzimas catalasa y triptofano pirrolasa. r :
la clorofila (Mg'?-). La oxidación y reducción del áto:--,--
de hierro son esenciales para la función biológicr ;;
los citocromos. En contraste, la oxidación de1 Fer c. .,
mioglobina o hemoglobina, destruye la actrr ida¡ '
-
lógica de éstas.
!-a nnioglobina alrnacena oxigeno
Lamioglobinade1tejidomuscularrojr' ; :-r:;:..'. -
geno, el cual, bajo condiciones de d¡::.' :; - :. -- :
(p. ej., ejercicio intenso). se 1l'¡e:,:j:: :- -
---
73

149. r
74 .
Bioquímica de Harper
rc:apítulo 7)
lJ_.--B
/\
il
" 2"
I
Figura 7-1 . El pirrol. Los carbonos cr se enlazan en un
tetrapirrol mediante puentes metileno. Los carbonos
B
po_
seen los sustituyentes de un tetrapirrol específico como e
hem.
por las mitocondrias musculares para llevar- a c¡ir,-, .,1
síntesis del ATP, dependiente de oxígeno.
'ü*n d*s excepsisn*§, ¡ú.s íe-qidr33
püieras están en iñ super:e !e
de ia mi*globlnm
La mioglobina, una cadena poliperr-.i,c;t )3r:.. -: . '-
pesomolecr-rlarde 17 00(). no es a\a-:r!-ra:-.: :.:-:-
a los l5l residrros ulltill.r.r;i1,. ....- .: .1.,, _,
les. sin e¡nhalso. ticnen J . -: - .l
I
-,
.- -.
-
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distr:ibución espacial. La .i:.::--: ¡ :s:.- -,:-, : .r.;-
rior no polar. patrr.n a.,a-,.,-.-- -,,- ..- .. a, ,-,,,a,
globlilares. La> i->iC,.a. - ---.----
.-:.:,,._.;. -.
:t.-
l.Olatc.
,[.. -:.. l:: I:: -. f -
.
-
..]t.:.. ,-,_. ..
-.,--
,-
hacra e1 lnreritrr. -\p¡ne tir- ;r¡S crJS r¡si.l-it s I{is que
pañicipan en el enlace de I origeno. e1 inrerior ile la
mioglobina só1o conticne residLros no prrlares (p. el..
Leu^ Va1. Fen, Mct).
En la mioglobina abundan las hétices o
I,a mioglobina es una molécula compacta y casi esfe_
rica que mide 4.5 -
3.5 -
2.5 nm (figura 7-3). No
obstante, su conformación es atípica. para
facilitar la
referencia a regiones pafticulares de las estructuras
secundaria y tercraria de un polipéptido, a cada una
de las héLices o(, hojas
B o asas, se le asigna un nú-
mero o una letra a partir de la terminal amino de dicho
potipeptido. Casil5oA de los residuos se presentan en
ocho hélices a dextrógiras, con una tongitua errfie J
J'20 residuos. Empezando por la terminal amino, ta-
les hélices se denominan de la A hasta la H. Las
regiones interhelicoidales se identifican mediante las
letras de las dos regiones helicoidales a las cuales unen.
I¡s residuos individuales se designan con una letra
que corresponde a la hélice en la cual residen, y un
número, que indica la distancia entre Ia terminal amino
y h héliceencue*ión- Por ejemplo,
,,His
F8,, se refiere
al octalo residuo en la hélice F, e identiflca a éste como
His. Sin emhrgo, los residuos bastante lejanos en la
estructura primaria (p- ej-, en hélices diferentes) pue_
denquedar, espacialmentg muy cercanos entre sí;por
ejemplo, los resións His FB @roximal) y E7 (distal)
(figura 7- 3).
Las estructuras secundaria y terciaria de la mio-
globina en sotucién semejm bastante a la de la mioglo-
bina cristalina Presentan especkos de absorción piác-
ticamente identicos. I-a mioglobina cdrsfalina eilaza
uH:N
FiguraT-2. Hem. Los anillos pirrol y ios carbonos del puen_
te metileno son coplanares y el átomo de hierro (Fer.) se
localiza casi en el mismo plano. Las posiciones de ioordina_
ción quinta y sexta del Fe2* son perpendiculares
-y
directa_
rnente por arriba y abajo- al plano del anillo hem. Obsérvese
la naturaleza de los grupos sustituyentes en los carbonos
B
de os an llos ptrrol, el átomo central de hierro y la ubicación
del lado polar del anillo hem (casi a las 7 horas del reloj), el
cua queda frente a la superficie de Ia molécula de rnioglobina.
Figura 7-3. Modelo de la mioglob na a bala resolución. Se
muestran sólo los átomos de los carbonos c¿. Las regiones
de la hélice o se designan de la A hasta la H. lBasácia en
Dickerson RE en: Ihe Protetns.2nd ed Vo 2. Neurath H
feditor]. Academic Press.'1 964. Reproducida con autoriza-
ción.
)
)z-r",-
-z'
I
( r\-l

150. Proteínus: nrioglobitru ) l¡¿¡t:,,,.. -
.
oxígeno, y la cantidad de héLices o en solución (esti-
mada mediante dispersión óptica rotatoria y dicroísmo
circular) se aproxima bastante a lareveladapor análi-
sis cristalográf,co con ra¡-os X-
_
En presencia del hem, la estructura
primaria de !a apomioglobina rige
el plegamiento oorrecto de la proteína
Al preprar h rym¡ogtotina
(mioglobina de la cual se
elimina el
-erupo
hrem) mediante la reducción det pH
hasta 35- rfiqnimrye notablemente su contenido de ñé-
lice; s- I-a adición subsecuente de urea elimina todo
eI r:mrnirb de hélices o. Si enseguida se elimina la
rrEa DEdimt€ diálisis, y se agrega hem, se restaura
proryleto el contenido de hélices cx y la adición de
Ff resaura completamente la actividad biológica
ftrfin de oxígeno). Por tanto, la información de la es-
mmra primaria implícita en la apomioglob ina es capaz,
enpresencia de hem, de especificar el plegamiento de
la proteína hasta su conformación nativa y biológica-
mente activa. Como se discutió en el capítulo 6, este
importante concepto se extiende a otras proteínas: la
estructura primaria de una proteína dicta su con-
formación secundaria y terciaria.
Las histidinas FB y €7 realizan
funciones únicas en el enlace
del oxígeno
El hem de la mioglobina, que reside en una hendidura
entre las hélices E y F (frgura 7-3), se orienta con sus
grupos polares propionato en la superficie. El resto se
proyecta hacia el interior de la molécula de mioglobina,
donde, con excepción de His E7 e His F8, los residuos
circundantes tienen carácter no polar. La quinta po-
sición de coordinación del átomo de fierro se enl:azaa
un anillo de nitrógeno de la histidina proximal, la His
F8 (figura 7 4). Toda vez que la histidina üstal (IIis E7)
no está enlazada a la sexta posición de coordinación
del fierro, dicha histidina está a un lado del anillo hem,
frente a la His F8 (figurai 4\.
\
\
El hierro se mueve hacia el plano
J
del hem cuando el oxígeno se enlaza
En la mioglobina no oxigenada, el hier:ro hem reside
cerca de 0.03 nm (0.3 A) por afuera del plano del anillo
en la dirección de la His F8. En la mioglobina oxige-
aada, una molécula de oxígeno ocupa la sexta posición
de coordinación del átomo de hierro, el cual, entonces,
se encuentra sólo 0.01 nm (0.1 A) aproximadamente
por afuera del plano del hem. Así, la oxigenación de
la mioglobina se acompaña del movimiento del átomo
Hi§ d,§tát (E7)
Figura 7-4. Adición de oxígeno al hierro hem durante la oxi-
genación. También se muestran las cadenas laterales
imidazol, de dos residuos de histidina importantes en la
globina, que se unen al hierro hem. (Reproducida con auto-
rización de Harper HA et al: Physiologische Chemie. Springer,
1975.)
de hierro y, consecuentemente, del movimiento hacia
el plrno del anillo de la His F8 y de los residuos enla-
zados de manera covalente a ésta. E,ste movimiento
origina una nueva conformación en regiones de esta
proteína.
l-a apomioglobina proporc¡ona un
ambiente adverso para el híerro hem
Con el enlace del O2 ala mioglobina, el enlace entre
un oxígeno y el Fe2- queda perpendicular al plano de1
anillo del hem. El segundo 02 se enlaza en un ángu1e.
de 121o respecto del plano del hem y se orienta a1e-
jado de la histidina distal (figura 7 5).
El monóxido de carbono (CO) se enlaza al hem
aislado con una fuerza casi 25 000 veces mayor que 1a
_o
l/
I
IFI"I
o
lll
c
I
IF"I
I
Figura 7-5. Angulos preferioo; : i'3 -: :^ :::: ::
gruesa).
His proximal (F8)

151. 7
76 .
Bíoclttu¡tico ile Httroer
(Capítulo 7)
correspondi-nte 3.1 t¡\i
se no. La atmósfera contiene tra_
zas de CO.
,,.
el catabolismo normal de1 hem, por sí
mismt. ñ¡i-i¿ can¡rdades pequeñas de CO.
¿A
qué se
debe ¡:i..nces que ei CO (en lugar del 02) no ocupe la
>.rL.r :\'. ;ión .ie coordinación delhieno hem de la mio-
glorrral La respuesta está en el ambiente adverso
dei hem en 1a mioglobina. La orientación preferida para
el eniace del CO al hierro del hem, coresponde a la que
r-oloca los tres átomos (Fe, C, O) perpendiculares al
am1lo del hem (figura 7-5). Si bien esta orientación es
posrble en el hem aislado, en la mioglobina la histidina
distai obstaculiza estéricamente el enlace del CO en
este ángulo (figura 7-6). Esto obliga al CO a enlazarse
en una configuración menos favorable, y disminuye en
más de dos órdenes de magnitud la fuerza del enlace
hem-CO: hasta aproximadamente 200 veces más que
el enlace hem-O2. Sin embargo, una pequeña porción
(casí 106) de la mioglobina, normalmente se presenta
en la variante de mioglobina-CO.
LAS CURVAS DE DISOCIACIÓN
DEL OXíGENO PARA LA MIOGLOBINA
Y HEMOGLOBINA SE AJUSTAN A SUS
RESPECTIVAS PARTICI PACION ES
FiSIOLÓGICAS
¿A qué se debe que la mioglobina no sea adecuada
para el transporte del oxígeno, pero sí efi,caz para el
almacenamiento de éste? La cantidad de oxigeno en-
lazado a la mioglobina (expresada como "porcentaje
de saturación") depende de la concentración del orí-
geno (expresada como Po., la presión parcial del
oxígeno) en el ambiente inmediato del hierro hem. La
interelación entre laPo, y la cantidad de oxígeno enla-
/u
Figura 7-6. Ángulos de los enlaces del oxígeno y monóxido
de carbono al hierro hem de la mioglobina-. La histidina E7
distal estorba el enlace del CO en el ángulo preferido (1g0.)
de éste respecto del plano del anillo del hem.
zado puede expresarse gráficarnenter como una cutva
de saturación (disociación) del oxígeno. En la mioglo-
bina, la forma de la isoterma de 1a adsorción del oxí-
geno es hiperbólica (figura 7-7). Como la
po,
en el lecho
capilar pulmonar es de 100 mm Hs. la mioglobina
podría cargarse eficazmente con oxígeno en 1os pul-
mones. Sin embargo, la Po, de la sangre venosa es de
40 mm Hg y en el músculo activo de 20 mm Hg, aproxi-
madamente. Toda vez que, inclusive a 20 mm Hg, la
mioglobina no puede entregar una gran parte del oxí-
geno enlazado, no puede setvir como vehícuio eficaz
parala entrega de oxígeno desde los pulmones a los
tejidos periféricos. No obstante, la privación de oxí-
geno, concomitante al ejercicio físico extenuante,
puede disminuir la Po, del tejido muscular hasta tan
poco como 5 mm Hg. Con esta Por, la mioglobina
libera rápidamente el oxígeno enlazado, para su utili-
zación en la síntesis oxidativa del ATp, a cargo de las
mitocondrias del músculo.
LA [-{E&düGLümtl\{A TRAru§PORTA 02,
CÜ2 Y PRCTÜNES
Las hemoglobinas de eritrocitos de los vefebrados rea-
lizan dos funciones impoftantes de transporte: i) trans-
ponan e1 O, desde el órgano respiratorio hasta los
te-1idos periténcos r' 2 ) transportan e1 CO¡
),-
protones
desde los teltdos penféncos hasta 1os pulmones para
la ercreción subsecuente de esros. Sr bien la bioquímica
comparada de 1as hemoelobrnas de 1os vertebrados
proporciona conocimientos lascinantes, este capítulo
se refiere sóIo a 1as hemoelobinas humanas.
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80
Po, (mm Hq)
FiguraT-V. Curva de enlace del oxígeno de la m c; obina.
Obsérvense Ia interrelación entre el porcentaje ce satura-
ción y las presiones parciales representat¡vas c. os pul-
mones (100 mm Hg), los tejidos (20 mm Hg) y:e músculo
en trabajo (5 mm Hg).
c
3ao
§
l
i60
o
o
6'
o
_o
!
20

152. I
.......-
Proteínas : ntioglobina,r i:.¡t;,.-!'.
_I S :i::
=DADES
ALOSTERICAS
::
-lS
-=\iOGLOBINAS RESULTAI{ DE
S-S
=STRUCTURAS
:
-ATERNARIAS
-
-i::rDiedades de 1as hemoglobinas, consideradas de
:-,::3ra i¡dir idual. resultan de la estrucfura cuaternaria
',
¿e ,a secundaria,v terciaria. La estructura cuaterna-
:,¡ de ia hemoglobina le confiere propiedades adicionales
:...:¿'li¡s r3usentes en la mioglobina), las cuales adap-
,.: . lemogiobina para sus funciones biológicas
-,=--:s.
',
¡ermiten
la regulación precisa de sus propie-
-=:¡.
L¿s propiedades alostéricas (del gnego a//os,
'--
-r,r, r -.¡eros, "espacio") de la hemoglobina propor-
: -. :.1n. además, un modelo para el entendimiento de
: :as proteínas aiostéricas.
A diferencia de la mioglobina,
la hemoglobina es una proteína
tetrarnérica
Las hernoglobinas son proteínas tetraméricas, comprles-
tas de pares de dos polipéptidos distintos (denomina-
dos cx, 0,
y, 6, S, etc.). Si bien tienen una longitud
general similar, los polipéptidos cx (de 141 residuos)
y
F
(de 146 residuos) de la hemoglobina A (HbA), se
codifican por genes diferentes y muestran estructuras
primarias distintas. Por el contrario, las cadenas
B, Yy
6 de las hemoglobinas humanas tienen estructuras pri-
marias muy conselvadas. las
estlucturas tetraméricas
de las hemoglobinas comunes son: HbA (hemoglobi-
na normal de1 adulto) :
o(:F:, HbF (hemoglobina fetal)
:
or.y2, HbS (hemoglobina de la célula falciforme) :
otu Sz
y HbA, (hemoglobina menor del adulto) :
ob6:.
La rnioglobina y las subunidades B
de la hemoglob¡na poseen estructuras
secundaria y teneiaria casi idéntlcas
A pesar de las diferencias en el tipo y número de los
aminoácidos presentes, la rnioglobina y el polipéptido
B
de la HbA tienen estructuras secundaria y terciaria
casi idénticas. Esta similitud, que llega hasta la locali-
zación del hem y las ocho regiones helicoidales, se
debe. en parte, a la presencia de aminoácidod de pro-
piedades similares en puntos equivalentes de sus
3srucruras primarias. El polipéptido
B
también es muy
slmila¡ a la mioglobina, a pesar de la presencia de sie-
re. en lusar de ocho, regiones helicoidales. Igual que
la mioglobina. las subunidades cx y
F de la HbA se
caractenzan por residuos hidrófobos localizados en el
interior ) de nue\¡o con excepción de dos residuos
His por subunidad- por la presencia, en la superfi-
cie, de los residuos hidrófilos.
La oxigenación de la hemoglobina
se acompaña de cambios
de conformación en la apoproteína
L_a
lremoglgbina
enlaza cuatro moléculas de orígent
por tetrámero (uno por hem de cad4. sulunidad)
.v
1a
curVá-de saturación del oxígéno tiene forma sigmorde
(figuia 7-8). La facilidad del enlace del 02 a la hemo-
globina depende de lapresencia de otras moléculas de
O, en el mismo tetrámero. Si hay 02, el enlace de las
moléóulas de 02 subsecuentes se realiza con mayor
facilidad. Por tanto, la hemoglobina presenta una
cinética de enlace cooperativa, propiedad que le per-
mile enlazar una cantidad máxima de oxígeno en el
órgano respiratorio, y entregaruna cantidad máxima a
los tejidos periféricos. Compárense, por ejemplo, es-
tas cantidades a la Poz de los pulmones humanos (100
mm Hg) y los tejidos (20 mm Hg), con la mioglobina
(figura 7 8).
La Pso expresa las afinidades relativas
de las diferentes hemoglobinas
por el oxígeno
La P5,j es la presión parcial del oxígeno capaz de saturar
a la mitad de la hemoglobina. La P5¡ puede variar mucho
según el organismo, pero siempre excede la Po2. del
tejido periférico en tal organismo. La hemoglobina fe-
iá1 hümana (HbF) proporciona un ejemplo ilustrador.
0 20 40 60 80 100 2A 140
Presión gaseosa del oxígeno (mm Hg)
Figura 7-8. Curvas de enlace del oxígeno de la hemogfobi-
na y mioglobina. La tensión arterial del oxígeno es de ca§
í00 mm Hg; la tensión del oxígeno en la mezcla venosa es
de aproximadamente 40 mm Hg; la tensión del oxígeno ca-
pilar (músculo activo) es de casi 20 mm Hg, y la tension dd
oxígeno mínima requerida por los citocromos es de aproxi-
madamente 5 mm Hg. La reunión de las cadenas en üral
estructura tetramérica (hemoglobina) origina una eúegB
mucho mayor de oxígeno de lo que sería posible rnedn¡E
cadenas únicas. (Modificada con autorizacirin de ScrisCR
et al [ed itors] : T h e M o I ecu lar a nd Metafulic M ú lül
Disease, 7th ed- McGraw-Hill, 19§)5.)
,E
80
9
l
6An
o
!
o.6'
40
c
o
O
3za

153. 78 . Bioquímica de Harper (Capítulo
71
P¡r¡ l" H'r r.. .: P. - :t' rtnt Hg: para 1a HbF, la pr¡:
li, :::::: j. F::. ;.=:ercia pemtrte a la HbF extraer e1
.r'.
,-,'r--,- ¡: -. ,{: ¡e 1a sangre placentaria. Sin em-
t-1:-- -. a: r' :- ::.:r-it¡ i¡ HbF es inadecuada, ya que su
::::. .- : :"; :t,i :l O¡ detennina Llna menor capaCi-
l:- :j:; : .'::rega de este a los tejidoS.
r- .: ;1t,. e1 teto l.rumano sintetiza cadenas (
¡.e
:r .--:: l¡ 1as cadenas üy g. Haciael fin de1 prirner
:::r:--r')::e. 1as cadenas «, sustituyen a las cadenas i. r
-.s c¡denas
7 sustiruyen a las cadenas €. Por tanto. 1a
:e:rc.slobina F, hemoglobina de la vida f-etal tardia.
tiene una composición o2y,. Las cadenas
B.
cur a sin-
tesis se inicia en el tercer trimestre, no sustitu\.en por
completo a las cadenas y, sino hasta después de algu-
nas semanas del posparto.
La axigenaeión de ia hemoglobina
se ffic*¡mpaña de grandes ca¡-nbiCIs
en ;e e0r'!f$r'"nacióri
E1 enlace del O2 se acompaña de la ruptura de los en-
laces salinos entre los residuos de la terminal carboxilo
de las cuatro subunidades (figura 7 9). Esto facilita e1
enlace subsecr-rente del O., ya que conlleva la ruptura
de menos enlaces salinos. Estos calnbios tarnbién mo-
drñcan profirndamente 1as estructuras secundaria.
tcr.':an¡ r cuaremaria de la hemoglobina. Un par de
:ubulld¡des o.
B.
rota con respecto al otro par u/B para
ir¡,'-nl,rct.lr e1 tetrámero e increrlentar Ia afinidad de
L¡s h¡r:r :.r .1 C) ,tlguras --1(-l r : ll ).
L: 3:irLia¡-r:-r airtlL'rni:ii Ce la hentoelobina par-
ciainr¡:te:,r.:lt.:J.: sJ a.-:a:it3 !-olltrr el estado T
(tenso) ..
1: ¡¡,:::.:,-':tJt::t:: .¡ l: ::¡liltg.trbrn3 .¡rige-
nada t HbO¡ ) c!irr- .-i estado R ( relaj ado r :l¡,.i:. -
I I L
La R r'la T tan--¡le: s:.,.,t.:z:,:-:::.;-,:..-_::tz,i: L:
estructula cuaternaria úi .;: ltt.:-:. - :.:t --:: Jt-
las cuales el est¡d.r T pre.en:,r n-.;t -.:..-
_- j - -
_.
sustrato.
NH¡*
NHr- a,
-=\
run,.
,!§
--li}=-rH-
coo- o,
^^^ 1 His Aso
gOO
NH.*
F,,
Figura 7-9. Enlaces salinos entre y dentro de las subunida-
des en la desoxihemoglobina. Estas interacciones electros-
:áticas no covalentes se rompen por la oxigenación. (Ligera-
-enie modificada y reproducida con autorización de Stryer
-
3 ochemistry. 2nd ed. Freeman, 198.1 .)
ia. a.-..+ Var¡ante R
Figura 7-10. D-'z-',= : .-:-: : :- :e la variante T a la va-
riante Rdeia re-.. ..'z -- :=- :: assubunidadesrígidas
(arl$r) jra 15' .es:e::: :. -'.-. ..-
-
g co (o,/8,). El eJe de
rotación es excén:':: ,. : ::- ':*:
en se desvía lige-
ramente hacra eL ele =- : : a.-.-a : oar a1l8, no está
sombreado y se cons6-,3'_:
=- :.-:: :_: el par rrrlprcolo-
rido, gira y se desplaza
Subunidad «.
Tir c7(a2fzl-\:--
AsP G1t94i
...
-\-z
t, JAsn G4i r02)
, _
DESOXI
<a,.
(variante T)
/'/Asp G1(99)
-'/
Subunidad
S,
lx,
:
Figura 7-1 1. Ca-l:cs en el contacto cr,/B, debido a la oxi-
genación. El cortacto se cierra desde una región en forma
de cola de paloma a ctra e lnvoiucra el cambio de un enlace de
hidrógeno a otro. Los Cemás enlaces son no polares. (Re-
producida con autor zación de Perutz MF: Molecular
pathology of human hemoglobrn: Stereochemical interpreta-
tion of abnormal oxygen affinities. Nature 1971;232:408
)
Variante R

154. Proteínus: ntiogloititi.;.. ,.: i.
-
Esiructura T
.A í"- (ó) l) l") (o-], (6) 6,t
Y
Y
-Y
**__Y v1*Y Y
^*, +
*-L--X-*AA- --e-t
ñ,' nJ t*_l L_, L-- Li 9c r J
lt 1l
ll
lt
Estructurá R
= 1-'a 7-12. La transición de la estructura T a la estructura R se hace más probable conforme se oxigena cada grupo hem
-= -- :::'amero de hemoglobina. En este modelo, los puentes salinos (líneas delgadas) que unen a las subunidades en la
=::--::.ia
T se rompen progresivamente, a medida que se agrega el oxígeno, e inclusive, los puentes salinos que todavía no
:: '..npen, se debilitan progresivamente (líneas onduladas). La transición de T a R no ocurre después de que se ha enlazado
,- -Lmero fijo de moléculas de oxígeno, sino que se hace más probable con cada enlace sucesivo del oxigeno. La transición
er:re las dos estructuras está influida por varios factores, que incluyen protones, bióxido de carbono, cloruro y BPG; a mayor
:oncentración, mayor cantidad de oxígeno debe enlazarse para desencadenar la transición. No se muestran las moléculas
cxigenadas por completo en la estructura T, ni las moléculas completamente desoxigenadas en la estructura R, porque
ambas resultan demasiado inestables como para existir en cantidad importante- (Modificada y redibujada con autorización de
Perutz MF: Hemoglobin structure and resp¡ratory transport. Sci Am [Dec] 1978;239:92.)
La oxigenación de la hemoglobina
se acompaña de carnbios en la
conformación cerca del grupo hem
Con la oxigenación, los átomos del hierro de la desoxi-
hemoglobina (que se encuentran aproximadamente
i1.06 nm más allá del plano del anillo hem) se mueven
a1 interior del plano del anillo hem (flgura 7 1 3). Este
mor.imiento se transmite a la histidina proximal (F8),
1a cual se mueve hacia el plano del anillo y hacia los
residuos adheridos a la His F8.
Después de liberar el Cz en los tejidos,
la hemoglobina transporta CO2
y protones hacia los pulrnones
,\demás del transporte del oxígeno desde los pulmo-
res hasta los tejidos periféricos, la hemoglobina facilita
e1 transporle del CO, desde los tejidos hasta los pul-
inones para su exhalación. La hemoglobina puede
enlazar e1 CO, directamente al liberar el oxígeno, y
casr i 59ir de1 CO, acarreado en la sangre se transporta
.-:r.tanlente en Ia molécula de la hemoglobina. El CO,
::.;;rona con los grupos O-amino de la terminal arnino
¿. . :¡r--r.¡_sLobina para formar un carbamato, y libera
lrr-iuririS que contribuyen al efecto de Bohr.
o
H ll
CO, + Hb
-
NH.-= 2H. + Hb- N
-C-O-
Hi-- /
, -N
Hélice F
t"-..-*
tt \
HC
,/CH
N
I
I
- -
I
o.
\
Figura 7-'13. Durante la oxigenación, el átomo de hierro se
mueve para quedar en el plano del hem. Junto eon el átorno
de hierro se mueven la histidina FB y sus residuos enlazadc
(Ligeramente modificada y reproducida con autorizaclin e
Stryer L: Biochemistry,2nd ed. Freeman, 1981.)
Hist¡d¡na Fg
r -N-C'
§
ll ')c*
ll'
"o"
ll-il

155. 80 ' Bio.;,,.":.-,; .,.. -:-..'.:-.'
(Capírulo 7)
La conversión de la terminal amino de una carga posi-
tiva, a rma carga negativa- favorece 1a formación de
puentes sálino5 entre las cadenas cr y
B,
una situación
característica del esrado desoxi. La oxigenación de la
hemoglobina en los pulmones, se acompaña de la ex-
pulsiony espiración subsecuente del COz. Conforme
este se absorbe en la sangre, la anhidrasa carbónica en
hs erirocitos catahza la formación de ácido carbónico
(figura 7-l4).Elácido carbónico se disocia con rapi-
&zqbicarbonato y un protón. Para evitar la acidez
creciente de la sangre,run sistema amortiguador debe
absorber este exceso de protones. La hemoglobina en-
laza dos protones por cada cuatro moléculas de oxígeno
Iiberadas y así, contribuye significativamente a la
capacidad amortiguadoradela sangre (frgura 7 15).
En los pulmones, el proceso se invierte
-es
decir, con-
forme el oxígeno se enlaza a Ia hemoglobina desoxi-
genada, los protones se liberan y se combinan con el
bicarbonato para formar ácido carbónico. Con ayuda
de la anhidrasa carbónica, el ácido carbónico forma CO..
el eual se exhala. Por tanto, el enlace del oxígeno obliga
a la expulsión del CO2. Este fenómeno reversible se
denomina efecto de Bohr, que se acompaña de rma
desviación hacia la derecha en la curva de oxigena-
ción, es decir, la hemoglobina se satum menos a una
presión parcial de oxígeno determinada. El efecto de
Bohr es una propiedad de la hemoglobina tetramérica-
y depende de la interacción hem-hem o efectos coo-
peradores. La mioglobina no presenta efecto de Bohr-
Los protones causantes del efecto de
Bohr se or¡ginan de los enlaces sal¡nos
rotos a consecuencia del enlace del O,
Los protones que causan el efecto de Bohr se gen€ran
por la ruptura de los puentes salinos, durante el enlace
del oxígeno a la estructúra T. Los protones liberados
a partir de los átomos de nitrógeno del residuo HC3
de la cadena p (His 146), llevan el bicarbonato hacia el
ácido carbónico, y éste se libera como CO, en la sangre
alveolar (frgura 7-15). Con 1a liberación del oxígeno
se forman de nuevo la estructura T y sus puentes sali-
nos, y los protones se enlazan a los residuos HC3 de la
cadena
B.
Por tanto, los protones favorecen la forma-
ción de los puentes salinos a1 protonar el residuo His
COn + §rg
(Espcfitáneo)
ua^
_
Han
-!'r,2vv1-r¡vvl
Ácido
carbónico
FiguraT-14. Formación del ácido carbónico catalizada por
la anhidrasa carbónica eritrocitaria, y disociación del ácido
carbónico en ion bicarbonato y un protón.
.-
/
Hb.4O2\
Y YOO,
^
l.-rr- - 2Fcc,
.-/
^o.rn'/
t
f"*Jrtd,n¿orl ,*-lo.
/
:-..-,1=.r,SA
;
| -_-An
ÚA
:--:
TE lr-,aic
PERIF=F.iCOS
:
_ _,,, 1'.=s
2CA2+ 2H2O
I
Generado Por et-/
cicls de Kr€bs
= :-= 7-'1 5. El efecto de Bohr. El bióxido de carbono gene-
-=:: :- as te.jidos periféricos se combina con el agua para
'-- z- ¿: Jo carbónico, que se disocia en protones y en iones
: :.;-::^ato. La hemoglobina desoxigenada actúa como
z-:'.;-aCor al enlazar los protones y entregarlos a los pul-
-: -:: En los pulmones, ei enlace del oxígeno por la
-=-:;:crna libera los protones, que se combinan con el
:- : :¿'bonato para formar ácido carbónico y éste se
:::- :'aia med¡ante la anhidrasa carbónica para convertir-
s:
=-
: cxido de carbono que se exhala de los pulmones.
:::--:.:a1 de 1as subunidades B.
La formación de nuevo
:; -;,s puentes salinos, facilita la liberación del oxíge-
'..' ; r'efiir de 1a hemoglobina oxigenada (estado R).
F,''. ;.rnjunto, un incremento de la concentración de
::,riones promueve ia liberación del oxígeno, en tanto
: i3 un aumento en la Po, favorece la liberación de pro-
:¡nes. Lo anterior se represental en una curva de di-
sc,ciación del oxígeno, por un corrimiento hacia la
i:recha en dicha curua.
E 2 3-difosfoglicerato (ÜPG) estabiliza
a estructura T de la hemoglobina
En los te¡idos periféricos, la carencia de oxígeno incre-
renia 1a acumulación del 2,3-difosfoglicerato (DPG;
:rg--rra
--
i 6). Este compuesto se forma a partir del inter-
mediano de la glucólisis 1,3-difosfoglicerato. Por cada
reiiámero de hemoglobina, se enlaza una molécula de
DPG en 1a car rdad central formada por las cuatro sub-
unidades. E sta car-idad tiene el tamaño sul'lciente para
el DPG sólo cuando se amplía el espacio entre 1as héh-
ces H de 1as cadenas
B;
es decir, cuanclo la hemoglobina
se encuentra en el estado T. El DPG se enlaza mediant;
1'
-
l, eru¡roR¡sr i
li I canaoucr I
ññHTDBASAI
I
c¡neóNrcr
I

156. P_:yy q:*rs9bina
1, hetn e,tgi¿r.,:; .
/o-
^-\
-o
-.-- _o
x
:
= ;_=
--.:
:- -_ _:--= lel 2,3_difosfoglicerato (DpG).
- - : :rtr; sus átomos de oxígeno y ambas
, - " - - _ -: , .. ¡e los grupos amino de su ierminal
-
', :. _así
como mediante la Lis EF6 y
- -_ _:"^:.
--17). por
tanto, el DpG estabiliza la
-.- - -'.
::sorigenada, de la hemoglobina al en_
-:
- -.--:- .s .-adenas
0,
y po. la lbrmacién de puentes
- - : :j.Jtoflales que deben romperse antés de la' :--:: -: de ia variante R.
: IPG se enlaza más débilmente a la hemoglobi_
' : :'.: -,-e a 1a del aduito, porque et resiauo H'Zt ¿e
. : _: : '
Je la HbF es una Ser en lugar de una His y
., : -::rle tbrmarunpuente
salino ón el DpG. Asi,
--.: . ;r3 un efecto menos profundo sobre la estabiliza_
, _:_ *ta mavor afinidad por el oxígeno de la que co_
-=.¡¡nde a la HbA.
El lactor que desencadena de la transición de la'
::.i:ire R a la T de la hemoglobina es el movimiento
:;- leno al interioro exterioidel plano del uriiio ¿. lu
. :
-:ina.
Este desencadenante
sé media por factores
estéricos y electrostríticos. por
tanto, rm cambio minirru
en laposición del Fe2n respecto del anilto áá r".n i*-
induce cambios significaiivos.n lu .oofodución de
1119moglobrna
y afecta de manera crucial la función
olologrca de esta en respuesta a una señal del ambiente.
Adaptación a las grandes alturas
!-oS-sqol.bios..fisiológic.os que acompañan a la exposición
pro,lo--_ng4@ q las grandes alturasincluy", irá."-"rr_
tos¡n la cantidad deeritroóitos y
""
tuiorÁi;;"ró,
{-e.la lrSmoSlobina
y del DpG. Lu *nyo. .or"gn,ru_
óión de DpG reduce ia afinidad de d he;;;lobina
pdr é1 oxígeno (disminuye la pro)
y así incrémenta la
'óapacidad
de la hemoglobina pa¡á la fiberación del
oxlgeno en los tejidos.
qE HA tDENT|FtcADo VARIOS
CIENTOS DE HEMOCLOEIÑÁé
HUMANAS MUTANTES
Las mutaciones en los genes que codifican a las cade_
1L
g o
B tienen el potencial de afectar la función
biológica de la hemoglobina. De los varios cientos de
hemoglobinas humanas mutantes conocidas (casi to_
das muy infrecuentes y benignas), se describirá algunas
en las cuales se modifica la función biológica. Al mo_
dificarse la función biológica por una ,irtu"iOr,
",la hemoglobina, el trastomo producido se conoce como
hemoglobinopatia. En ei sitio http://globin.cse.
psu.edu dela World Wide Web está dispoiible un ca_
tálogo de las variantes de la hemogloiina humana.
A continuación se comentan ejempios selectos-
En la hemoglobina M, la Tir
sust¡tuye a la His Fg
El hierro hem se estabiliza en el estado Fe3* toda vez
gue
fomS
un complejo iónico compacto con eianión
lenolato de la Tir. En la metahemoglóbinemia,
eI hierro
hem. es f9*"9 en tugar de ferrosó. ef fe,iíuáá. a¿_
quirirse (p. ej., mediante oxidación ¿et fji en fe.-
por agentes como las sulfonamidas), heredarse (debido
.r
///,-is
EF6
d
,/*
-fr
,,""r,
ü{
a
,s''
BPC,i
,"*
O.
..1
a
a
I
tr
His H21\P^
7
a la presencia de HbM), o resultar áe una di
q ¡q yr! renLrq uL r rurvr rr u rssulrar Oe una d1sm1nuc1 a,:
en la actividad de la metahemoglobina reducrasa. e: -
ro rlELarlslrluBloOlna
feOUCtaSa. e: -
zima reductora del Fe3* de la mefahemoeloUi,o . ¡.,
zurrd rEuuurora oet ie,. de la metahemosloblna I l.::
Dado que la metahemoglobina no .riáru a, Ci._ __
( l. -
F^ig:r:,!-17 Manera er que et 2.3_bisfosfogticerato
se en_
.:Í;i-11:"roxnertog'obrna
humana. El BpG interactúa con
L'es grupos cargaCos positivamente
en cada cadena 0. (Ba_
:1dg
en Arnone A X_ray diffraction ,üov-áilirJrs
"r
2 3_-drphosphogtycerate
to human OeoxynámtgloO,n.l.,l"trr"
1 97 2;237 :1 46. Reproducida con autoriiación.i
puede participar en su transporte. En las variantesde
Ia cadena u de la hemoglobina iVt, et equitr-U.io n_f
iavorece,a la variante I se disminuye asi Ia afinihd
por el oxigeng, y no hay efecto ¿e góhl
I_as *eift§
de la cadena
B de la hemoglobinaMprresm*.
bio R-T y, por tanto, ocurrá el efecto ¿e B"h.-'
o-NH3r

157. -. .,: . -_,,.t-.
.:ulo 7)
I as muraciones (p. ej., la hemoglobina Chesapeake)
que lar orecen la variante R tienen más afinidad por
el orígeno, por tanto, fallan en la entrega adecuadá de
oxigeno a los tejidos periféricos. La hipoxia tisular
resultante da lugar a la policitemia (aumento de la
concentración de eritrocitos.¡.
En Ia hernoglobina S, un residuo vatilo
sustituye al glutamato
B-6
En la hemoglobina S, la Val sustiruye al Glu 42(6)8,
es deciE el residuo seis de la cadena
B, localizado en
la superficie de la hemoglobina, expuesta al agua. Esta
sustitución cambia el residuo polar GIu poi rro ,ro
polar, y genera un "parche pegajoso,,en lá superficie
de la cadena
B. El parche pegajoso se presentá en las
hemoglobinas S oxigenada y desoxigénada, pero no
en la hemoglobina A. En la superficie de la hemoglo_
bina.desoxigenada hay un complemento del parche
pegajoso, pero en la hemoglobina oxigenada, esie sitio
complementario se enmascara (figura 7 Ig).
La desoxihemoglobina S puede forman
fibras que distorsionan los eritrocitos
En la hemoglobina S desoxigenada, el parche pegajoso
puede enlazarse con el parche complementari,o en otra
molécula de HbS desoxigenada. Este enlace produce
la polimerización de la desoxihemoglobina S y se for_
man grandes precipitados fibrosos, que se extienden a
todo el eritrocito y 1o deforman mecánicamente, lo que
produce lisis y múltiples efectos clínicos secundarios.
Por tanto, en la medida que la HbS se conserve en el
estado oxigenado
-o
se disminuya al mínimo la con_
centración de la HbS desoxigenada- no se formarán
Oxi A
riant.. T Je -. :
itte J:..r;t.
-
S :.,' ,,.,
tlo> ra,.t: ::
r
_-
HbS ¡'.. _-- .,,
gadrr" ar -: , :
nO lltl!'J.: : .: -
-
pOseeul-. l:--,-.
COfl Oti.: l:. . -
.
COfie tlan: ::>.: -
ra 7-191. E:... '-
-
no la va-
tensión
falcifor-
. ;ne los si-
;¡3nte en las
-
-:t.el"pc-
r r ,:,,rlobina A
::.rILltimano
r :-
'pegado"
: -::¡. De esta
- -:rn¡rAcon
:.:r¡ S termi-
,rcida
cuyo
,. HbS (figr"r-
. cl'itroci-
-
_-,ila 7-20)
. : llJletf0 efl
,f
. -.1
!l
- - :_.ro1-
: : _,;¡ Je Ufl
- :: ;1lZ1l1l&S
- .. - '
:' sr'nsible
t :i!-lon en
- ::na dc la
,
-,:rs
de hc-
_. _ ,r- .i11o 59),
to.clel.ant'r.'- -- -
yquedt\L,:-
los inler:tiur. , ..
l) Mioglobinuria: -.
o¡l^.t^'-i^-'.-
- -aplastamientrr. ;:
berada a pafiir J.; ,,
-
- -_
dichl orinr Lrn r.
- -
I)a pUcLlc detc.l.,-. - .
-
in larto del ntio;.,--
dc la lcsión nlioi.,:- -,
2) Anemias: Las ¡n.,.-. -.
la cantidad de hcllr.: ,,
sangre) re.ull¡n Js. -,.--
rnoglobinr rp. e¡.. Jc: - , -
.
por
¡ li-
Oxi S
Desoxi A
---r
-7
ll
t,i
rtl
ii
\l i
Desoxi S
IT
!-l--
-.\\
a"
^
Desox, S
'.]1T:*f,t^"""l1tlT::tll9l:h:-pesaloso(A)enlahemostobinasydesu"receptor"(a)entaces.x-.rooiobina
-::.^--""1.1":
.,"Tq:I:ll;iqi pt;fü; qá;;;J;h;'ó:k #; tiZ#"';;"uXl:1.":"§'L';.';:::::---. -- -^ I
sO! u-.! d 'a trbrosa,
;f;=1i:^:i:::^"Jf^"T-"^91?liiill?':l1]?
porimerización"at n9^nrooorcióriai pa,"r,es pesarosos rr,rcd,r,cada y
v
Desoxi A
ü.rrla con autorización de Stryen L: Biochemistry,2nd ed. freeman, lO8t-.i

158. Proteínas : mioglobina y h*rog
: --= 7-19.
Representación de la estructura hel¡coidal tor-
. -- :- -'ta frbra de desoxihemoglobina S agregada. En este
- - -: , os cÍrculos representan moléculas individuales de
-: 3 Reproducida con autorizac¡ón de Maugh T ll: A new
, -::-::anding
of sickle cell emerges. Science 1981:211.265
l:-=:-os reservados O
'1981 por la American Association
':- :-: Aclvancement of Science.)
:,riel deterioro de laproducciónde eritrocitos (p. ej.,
r'rr las deficiencias de ácido fólico o vitamina Br,;
,--.r¡iru1o 52). EI diagnóstico de las anemias inicia
:
,:r
1a medición espectrofotométrica de la concen-
::,-rón sanguínea de hemoglobina. Las talasemias
. r- r,1so de las sondas de DNA para su diagnóstico
-- .rrlrsideran en los capitulos 8 y 42.
3) Hemoglobinopatías: Aunque la mutacr.¡:-. c; , :' :
residuos importantes de la hernoglobina rp :'. -,
histidinas F7 o F8 rticnc consecuencias
Srrr s.. .,.
taciones de muchos residuos supert-lciale .-§ ba.:,:'..:
alejados del sitio de cnlace de la hem. puedelt :ri
dar lugar a anormalidade s clínicas. Una excepcit u
notable es la anemia de céh-rlas falciformes. en la
cual todos los signos y síntonras (p. ej., crisis la1ci-
fon'nes, trombosis) provienen de la mutación sólo
dc un residuo polar en uno no pol¿u. La enfenredad cle
células falcifbrmes, caractcrizada por dolor recidi-
vante y muerte prematura. surgc dc mancra indepen-
diente en divcrsas localidades donde prevalecía el
tr)aludismo,
y al presente, se distribr-ryc ampliamcnte
entrc rcgiones y grupos étnicos. Si bien se han inves-
tigado intcnsiuxente la bioquímica y la biología mo-
lecular de esta enfennedad. la investigación respecto
a la atención de I paciente es limitada. Pocos pacien-
tes se han cul'ado" rredi¿lnte el trasplante de células
troncales. Los fán¡acos" citocinas, transfusión y
diálisis en los nconatos han meiorado la esperanza
de vida, aunquc los adultos presentan disfunción
crónica de órganos.
,l) Hemoglobina glucosilada (HbA,.): La hemoglobi-
na se glucosila por un proceso no cnzimático. cuando
la glucosa ingresa al eritrocito y el hidroxiio anomérico
de ésta deriva los gr1.1pos amino presentes sobre los
residuos lisilo y en las ten¡inales amino. La HbA,.
pucdc separarse cle la HbA mediante cromatografia
cle intcrcambio iónico o electroforesis. La fiacción de
la hcmoglobina glucosilada, normalmente de 59ó. e:
proporcional a la concentración de la glucosa san-
guínea, por tanto, la medición dc la HbA,. propor-
ciona información útil para el lratamiento de la dirr-
betes me1litus. Cor¡o la vida media de un eritloe rt.
grafía electrónica de barrido de un eritrocito normal (A) y falciforme (B). El canÉ
de esta modificación estructural, resulta de la mutación de sólo una base en d t
olal sustituye el glutamato por la valina en la molécula de la globina p.
t
6.2 nm
T

159. r
8a .
Br.o1uí1úca de Harper
es de 60 días, 1as cilias de HbAl. reflejan la con-
centración promedro de la glucosa sanguínea du-
rante las 6 a 8 semanas precedentes. Un aumento
de la HbA,. indica lrn rnal control de la glucemia" y
puede guiar al n¡édico en 1a selección del tratamiento
adecuado (p. ei.. un control más riguroso de la die-
ta o el aun.t.-lr¡o de la dosificación de insulina).
En las talasemias disminuye la sintesis de las cadenas
polipeptídicas u (o-talasemias) o de las
B
(B-talasemias)
de la hemoqlobina. Esto produce anemia, que puede
:r.l' \lrlttl.t tcrpiru\O 4)1.
(Capíttrlo 7)
miento por monóxido de carbono, el sexto ligando es
CO, el cua1. a pesar del obstáculo estérico de la His F7,
se enlaza con bastante más fuerza que la correspon-
diente al Or.
Las curvas de saturación iiustran la captación y
liberación del O.. La curva de la Mb es hiperbólica.
en tanto que la de la Hb es sigmoide. Esta iritima es
importante para una molécula transporladora de O,.
quc debe cargarse por completo con O¡ en 1os pulmo-
nes y entregar el máximo de éste en los tejidos. Las
afinidades relativas de las diferentes hemoglobinas se
expresan corno P5¡, la presión parcial del oxígeno a la
cual se satura con O, la mitad de dichas hemoglobinas.
Las hemoglobinas se saturan a las presiones parcialcs
de sus respectrvos órganos respiratorios (n ei 1:.
uL:
sa sa§. r. la) üe
$asenl
proximal (F8) y distal (E7) sehr
tos del anillo hem. Con Iaoxll
F8 v los residuos corrcLxtriI-
anillo hem. Portanto. lasqa
paña de grandes cambios tr bl
Las proteínas globr-rlares compactas mioglobina (Mb)
r hemoglobina (Hb) tienen las funciones de almacena-
rniento y transporte del O2, respectivamente . La Mb es
r.nonornérica; la Hb es un tetrállero compuesto por dos
tipos de subunidades («282 en la hemogiobina adulta,
HbA). La Mb y 1a subunidad
B
de la Hb, abundantes
en hélices cr, comparten cstfl-lcturas secundaria y ter-
ciaria casi idénticas (pero no así la estr:uctura primaria).
Para cada uno de los residuos de aminoácidos de las
ocho regioncs helicoidales (A hasta H) se tiene una de-
signación, por ejemplo, "His F8" corresponde a la
histiclina que constituye el octavo resiciuo en la hélicc
F. o sexta hélice.
El grupo prostético hem de 1a Mb y la Hb consis-
te en un tetrapirrol cíc1ico. fundamelrtalmente planar
y ligerarnente plegado, con un Fe2t central. Cuando se
añede hem a la apomioglobina desnaturalizada (1\1b
menos el hem), ésta se pliega de nuevo en una contbr-
mación activa. Por tanto, la inlormación de la estruc-
tura primaria irnplícita en la apoMb (y, por extensión,
en otras proteinas) es suficiente para determinar las
cstructuras secuntlaria y terciaria.
El Fe:- del hem se enlaza a los cuatro átomos de
nitrógeno del hern y a dos ligandos adicionales locali-
zados por arriba y por abajo del plano del hem. La histidina
F8 es un ligando. En 1a oxiMb y en la oxihemoglobina,
el sexto ligando corresponde a O¡. En el envenena-
La adición de O2 a Ia r,..
los enlaces salinos intersubunicL,.-;, ,
con la pórdida concomitante de la ...
'.
.
ria,
¡r
esto lacilita el enlace de moi;--
de O1. El 2.3-difbsfoglicerato (DP
-
central de 1a desoxiHb fbrma cn1::.
il
subunidadcs B,
los cuales estabr -'
i
desoxiHb. Con la oxigenación" 1;, : -
contrae, el DPG se expulsa y la cs::,.-- -
,i. I
se relaja dc nuevo.
Lo Hb lambicn ltlnciotlr e it ,
y de protones desde los tejidos h:...,
liberación del 02 en los te¡ido. ,: :'.,-
'
(HbOr) se acompaña de la ca¡t".
-
bido a una disminución de la p,i.
--
Entre los cicntos de Hb rt::. .. ,
nignas) destaca 1a Hb de la c¡. .. ., -
en la cual la Val sustitur.' ,.. u
creaun"parchepegajoso"q'.r:-:.. -.r'"
en la desoxiHb (pero no asr ,,,
centraciones dc origent'. - --,
I
forma fibras y defon.r-ra ;.1 .. : :-
-
lalcifbrmes. Las talasemr,. :
d¡s a una nrenor lllo\iu.,-
respectivamcnte. dr- ia 11: r- I
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161. Enzimas: propiedades generales
. :::' , ',
---- --
'
= ='), y Peter J. Kennelly, PhD*
rrnm.rcc¡óN
Er G* cepinrlo se abarcan tres temas: las clases de
&trrmzimas en el grupo de reacciones de transfe-
ir catalizadas por ertzima, y 1os aspectos de la
¡l=cificidad enzimática. Además, se presentan los
údos de purificación, análisis y determinación de
hdistribución intracelular de 1as enzimas. Posterior-
merrte se comentan las isoenzimas y la importancia
diapóstica y pronóstica de las enzimas séricas, para
concluir con la utilización de las enilonucleasas de
restricción en el diagnóstico de las enfermedades
genéticas.
IMPORTANCIA BIOMEDICA
Las enzimas son polímeros biológicos que cafalizan
múltiples procesos dinámicos, los cuales hacen posi-
ble la vida tal como se conoce. Como determinantes
de 1a velocidad a la cual tienen lugar los eventos fisio-
lógicos, las enzimas tienen participación importante
en la salud y la enfermedad. Gracias a sus acciones
cuidadosamente coordinadas, se logra la degradación
de los alimentos para suministrar energía y bloques
estructurales, el ensamble de estos bloques en proteí-
nas, membranas y DNA codificante de la información
genética, así como el encauzar la energía para produ-
cir el movimiento celular. Mientras que en la salud
todos los procesos fisiológicos acontecen de manera
ordenada y regulada, y se conserva la homeostasia, en
nos estados patológicos ésta puede sufrir importantes
u¡rstornos. Por ejemplo, la lesión tisular grave, carac-
teristica de la cirrosis hepática, puede deteriorar
'
- :: - , ..- :: -:..r:riir. Univcrsiclacl lrstatal
_v Politécnrco
='
-
-'
l''''
profundamente la capacidad de las células para for-
mar las enzimas catalizadoras de procesos rnetabólicos
tan importantes como la sír.rtesis de la urea. La incapa-
cidad resultante para convcfiir el amoniaco tórico en
urea no tóxica, es seguida por la intoxicación amoniacal
y, por último! por coma hepático. Diversas enferme-
dades genéticas, poco frecuentes pero a menudo debi-
litantes y mor1ales, proporcionan inpresionantes ejem-
plos adicionales sobre las consecuencias fisiológicas
drásticas que pr.reden seguir al deterioro de la activi-
dad. incluso de una sola enzima.
Después de la lesión tisular grave (p. ej., infarros
cardiaco o pulmor.rar, aplastamiento de una extremidad)
o del crecimiento celular incontrolado (como carcinoma
prostático), se liberan a la sangre las enzimas propias
de tejidos específ,rcos. Por tanto, la medición de dichas
enzimas intracelulares en el suero sanguíneo propor-
ciona a 1os médicos información diagnóstica y pro-
nóstica invaluable.
LA§ Eh¡ZIMA§ §E CLASIFICAI\I
SEGÚN EL TIPO Y MECANISMO
DE LA RÉACC|ÓN
Hace un siglo se conocían sólo unas cuantas enzimas,
1a mayor parfe calahzaban la hidrólisis de los enlaces
covalentes. Estas enzimas sc identificaron mediante
la aclición dei sulijo -asa al nombre de la sustancia o
del sustrato que hidrolizan. Así, las lipasas hidrolizan
la grasa (del griego: lipos), las amilasas hidrolizan el
almidón (del griego: amylon)
¡r
las proteasas hidroli-
zan las proteínas. Si bien actualmente persisten nurne-
rosos vestigios de tal teminología, ésta se encontró
inadecuada al descubrirse varias enzimas catalizadoras
de reacciones diferentes en el mismo sustrato. por
ejernplo. la oxidación o la reducción de una funcitrn
alcohol en un azúcar. Si bien persiste el uso del s,.it-r.i.,
-asa, hoy día los nombres de las enzimas enthtrz..:,
B7

162. . Bioquímica de Harper (Capítulo,9)
el tipo de reacción que catalizan. Asi, Ias deshidroge-
nasas catalizan la remoción del hidrógeno, en tanto que
las transferasas, las reacciones de transferencia de gru-
pos. Conforme se descubrían más y más enzimas, sur-
gieron las ambigüedades inevitables, y con fiecuencia
no quedaba claro a cuái enzima se refería un investi-
gador. Para remediar esto, la International Union of
Biat'hemistry (IUB) adoptó un sistema complejo, pero
inequívoco, de nomenclahrra enzimática basado en el
mecanismo de 1a reacción, aunque esto hacía recomen-
dable el sistema de nomenclatura de la IUB para
trabajos de investigación, en los libros de texto y en el
laboratorio clínico, persisten nombres más ambiguos,
pero afortunadamente más cotlos. Por tal razón sólo
se presenta aquí, un esbozo del sistema de la IUB:
1) Las reacciones y las enzimas que las catalizan
constituyen seis clases, cada una de las cuales tie-
ne 4 a lJ subclases.
2) El nombre de la enzima tiene dos partes. La pri-
mera designa el o los sustratos. La segunda termina
en -asa e indica e1 tipo de reacción cafalizada.
3) En paréntesis puede seguu irfotmación adicional,
sr es que se requiere para mavor claridad: por ejem-
plo. ia elzima catalizaiora d¡ L-:.ra1:.lo - \D-
++ prru1 ;io - CO, - \-{DIl - H se i:.t:n: :¡::,:
i.1 1 l- :-l]a-ato:\-\D- r1].:aa-:ll--:;sl l:r-
carbori.¡iie r.
4) Cada enzi:-ila pos3- ua .-rijlso tlirt3rt.-c' ' FC ;"::
caracterlza e1 tipo ie r3,laa10. i-sa3JIo ie ia :la-
se (primer drgr.to). subclase (ses:ilde. Jrgrtot
-'
subsubclase (tercer dígitot, El cuano dígito co-
rresponde a la enztma especítlca. Así. e1 EC
2.1 .l .1. denota 1a clase 2 (una transferasa), la
subciase 7 (transferencia de fosfato), la subsub-
ciase 1 (un alcohol constituye el aceptor del
fosfato). El dígito hnal denota lahexocinasa, o ATP:
o-hexosa-6-fosfotransferasa, una enzima c atalaa-
dora de la transferencia del fosfato del ATP al
grupo hidroxilo sobre el carbono 6 de la glucosa.
:**Í;ii;:,.,§ fi P; !MA§ ffi H*U¡H?4.§f-j
,.;! ti,{,,ti r"}{} il ¡{:i rdÁ
Muchas enzimas catalizadoras de la transferencia de
grupos y de otras reacciones requieren, además del
respectivo sustrato, una segunda molécula orgánica
conocida como una coenzima sin la cual permanecen
inactivas. Las coenzimas expanden las capacidades
catalíticas de una erzíma bastante más allá de las co-
rrespondientes a los grupos funcionales de los amino-
ácidos que constituyen e1 grueso de la enzima. Las
cocnzimas fuertemente vincuiadas con una enzima
mediante enlaces covalentes o fuerzas no covalentes,
con frecuencia se denominan grupos prostéticos. Las
coenzimas de difusión libre, por 1o general. sin¡en como
acarreadores de reutilización continua de hidrógeno
(FADH). hidruro (NADH y NADPH) o deunrdades quí-
micas como los gnrpos acilo (coenzima A) o 1os grupos
metiio (folatos), para depositarlos entre los puntos de
generaciór.r y consumo. Por tanto, estas últinras coen-
zimas pueden considerarse como segundos sustratos.
Las enzimas que requieren coenzimas incluyen a
las catalizadoras de las oxidorreducciones. ias de reac-
ciones de transferencia de grupos y de isomenzacion, y
las de reacciones fomadoras de enlaces covalentes
(claves 1. l. ,i ).6 de ia IUB). Las reacciones lítrcas,
entre las que se incluyen las reacciones hidrolíticas
catalizadas por las enzimas digestivas, no requieren
coenzimas.
; a s §¡: r¡ i: :: i,T.3 tr p ti
,,*,.J * {1 c* i"¡ § i tj e r.€ igr *
:Ée# Li 11 ri **q É il s'¡r* tilri
Dos razones imporlantes hacen que con frecuencia
resulte irtil considerar a una coenzima como un segun-
do sustrato. Primera, los cambios quÍmicos en la
coenzima compensall eractamente a los que tienen
lugar en el snstrato. Por e-jemplo, en 1as reacciones de
..rrdorreduccitin a1 oridarse una nrolécula de1 sustrato
.¡ :':;,.-:: ,.t::" t::¡1ec',,1] i¡ 1: ¡¡.'izlt:::l iiig'.lr: S 1 r.
I -: :i-l-:'il::2,:':.-> i..-3:S:: ¡r:'i¡ de ie fe¡u¡lón
:--ll: :.:*-.:: a: ::- j-,,,: l]]::,:'::.1:-,¡i.r:'lSiOlógiCa fUif-
::::-..:-:.- ?--: ;-¡::t:.r.. .; lrlpona;rcta de 1a capacidad
¡:- I;S,-U-r- en t¡¡'¡¡tr. anaerobio para convefiir el
pi;-ur et.-, en iactato. no reside en el piruvato o en el lac-
tato. La reacción sólo sirve para oxidar la coenzima
NADH reducida y convertiria en NAD-. Sin NAD* la
glucólisis no puede continuar y se intemtmpe la sínte-
sis anaeróbica del AIP (y, por tanto, el trabajo). Bajo
condiciones anaerobias, la reducción del piruvato a
lactato reoxida el NADH y pennite la síntesis del ATP.
Otras reacciones también pueden realizar con eficacia
esta función. Por ejemplo, en las bacterias o levaduras
bajo crecimiento anaerobio, los metabolitos deriva-
dos del piruvato sirven como oxidantes para el NADH
y se reducen a sí mismos (cuadro 8-l).
üi'l ú
lll
Cl-, n i. ai
, -.r-
\, / '
L r../
-
.,/
'rv
llll
üñ
L-Lactato ./
Piruvtto
><
,.\
NÁfi* lJAD}-i + H+
Figura 8-1 . El NAD. actúa como cosustrato en la reacción
de la deshidrogenasa láctica.
7

163. Producto
reducldo
Forma de vida
Lactato Músculo, bacterias
láct¡cas
Etanol Levadura
:
:-.'::: :e lihidroxiacetonad-glicerofosfatoEscherichia col¡
:--::-:sa
Manito¡ Bacterias hetero-
lácticas
C.;,:= Lt - lrlecanismos de la regeneración
aerobica del NAD.
bioquímicas de transf-erencia de grupo
D-G+A+A-G+D
rr .rs cuales un grupo ftuicional, G, se transfiere des-
--
¡na molécuia donadora, D G, hasta una molécula
:.-eptoral A, por 1o general involucran una coenzimal
'.
¡ sea como el aceptor último (p. ej., las reacciones de
deshidrogenación) o como acarreador intermedio del
grupo (p. ej., reacciones de transaminación). El es-
quema siguiente ilustra este último concepto.
D- CoE <- -->A-
H
\/
I
CoE_¡____/.-.....-¡
Sr bien 1o anterior sugiere la formación de un comple-
,rr CoE-G único durante el curso de la reacción cn su
conjunto, en una reacción particular pueden estar
rnr olucrados varios complejos CoE-G intermedios
t p. ej.. transaminacitin).
Cuando el grupo translerido corresponde al hi-
dró9eno, se acostumbra representar sólo la "mitad
:zquierda de 1a reacción":
D-H---. -- CoE
\,/
L
D< -)CoE
-
H
.-::- .l¡ que esto en realidad represente sólo un
, - .,':::-:l de la transferencia de grupo general, se
--,: i: :,t ji mejor en términos de las reacciones
-.
- : : ..:r'J1t 1as células intactas (cuadro 8 1).
: :: :: L;1.'-: :3:r-sentar de la siguiente manera:
D-: CoE <.-- _-)A-H
(
t\
D< >CoE-H A
Enzimas : propiedades g¿
Con base en los conceptos anteriores, las coenzn-.--.
se pucden clasi ficar como sigue:
Para ia transfbrencia de grupos diferentes del hrclro-
geno:
Fosfatos de azúcares
CoA-SH
Pirolosfhto tle I iamina
Fosfato de piroxidal
Coenzimas del folato
Biotina
Coenzimas de la cobalamida (B,r)
Ácido lipr.ico
Para la transferencia cie hidróseno:
NAD*, NADP*
FMN. FAD
Ácido lipoico
Coenzima Q
Las vitaminas B forman patte de la eshuctura de muchas
coenzimas. Las vitaminas B nicotinamida, tiamina,
riboflaüna y ácido pantoténico corresponden a cons-
tituyentes fundamentales de las coenzimas para las
oxidaciones y las reducciones biológicas; y las coen-
zimas ácido fólico y la cobalamida funcionan en el
metabolismo de los compuestos de un solo carbono.
Muchas coenzimas contienen adenina, ribosa y fos-
fato, y derivan del monofosfato de adenosina (AMP,
del inglés adenosine monophosphate). Los ejemplos
incluyen aI NAD* y al NADP* (figura 8-2).
La mayor parte de los sustratos forman al menos tres
enlaces con las enzimas. Tai "adhesión dc tres pun-
tos" puede conferir asimetría a una molócula, por 1o
demás simétrica. La figura 8 3 r.nuestra una molécula
de sustrato, representada por un átomo de carbono quc
posee tres grupos diferentes, lista para adherirse a k¡s
tres puntos de un sitio enzimático. Si sólo es po:rbie
acercarse al sitio desde un lado y, si sólo pu.r-:.
interactuar los átomos y los sitios corlplenreni::-, .
(supuestos válidos en la actualidad pala las e:rz:r: ...
la n.roiécula sólo puecle cnlazalse de une r.r.,::::,.-
-
.
reacción puede confinarsc ¿t 1t. á:.rntos -: -. .,,
los sitios I v l. inc1...,,. I ..:' i"
.
H-- ,------
,-\

164. 90 . Bioquímica de Harper (Cupítulo 8)
l= P-0-
Figura 8-2. El NAD(P[. En el NAD-, R = H; en el NADP*,
R =
-OPO:2-,
idénticos. Al girar mentalmente a la molécula de sus-
trato en el espacio, se observa que ésta puede adherir-
se a los tres puntos de uno de los lados del sitio plano
sólo con una orientación. En consecuencia, los áto-
mos I y 4, si bien idénticos, se hacen diferentes cuando
el sustrato se enlaza con la enzima. Por tanto, un cam-
bio químico puede involucrar al átomo 1 pero no al
átomo 4, o viceversa. Si bien los sitios activos de las
enzimas no re5ultan superficies planas, como las mos-
tradas en la ñgura 8-3, esta figura permite ilustrar,
por ejemplo, larazi¡npor la que la reducción, catali-
zadapr enzrrll'4 del piruvato ópticamente inactivo
forma t--lactato en lugar de D,L-lactato.
Figura 8-3. Representación del enlace ce :.es : -^:.s .e un
sustrato a un sitio activo plano de una enz ra
LAS ENZIMAS CATALIZAN UNA
REACCIÓN O UN TIPO DE REACC!ÓN
ESPECíFICOS
La capacidad de una enzima para catalizar anareacción
específica, y en lo fundamental ninguna otra, consti-
tuye quizá la propiedad más importante de dicha enzi-
ma. Por tanto, es posible regular las velocidades de
los procesos metabólicos mediante cambios en la ef1-
ciencia catalítica de enzimas específicas. Muchas enzi-
mas cafaliz¡o el mismo tipo de reacción (transferencia
de fosfato. oxidación-reducción, etc.) con un número
pequeño de sustratos estructuralmente relacionados,
aunque- por lo general, a velocidades notablemente
más lentas. Las reacciones con sustratos alternos tien-
den a darse cuando éstos se presentan en gran concen-
tración. Si bien tales concentraciones pocas veces se
encuentran en Ia célula viva, pueden producirse en el
laboratorio. -'{li se rrriliz¡n los sustratos altemos, na-
tur¿les
-v
sintétican para facilitar la detección de las
enzimas y para esudir los mecani smos catalítico s de
lasmismas-
Las enzimas presentan especif¡c¡dad
óptica
Con excepcióa «ie las epimerasas (recemasas), que
catalizan las interconr-ersiones de los isómeros ópti-
cos, las enzimas presentan una especificidad óptica
absoluta para- al menos, una porción de la molécula
del sustrato. Por tanto, las enzimas de las vías oxida-
tivas glucolitica y directa catalizanla interconversión
de los >fosfoazúcares, pero no así la correspondiente
a los r-fosfoazúcares. Con pocas excepciones (p. ej.,
l¡a o-aminoácido oxidasa renal), la mayor parte de las
enzimas de los mamíferos actuan sobre los isórrreros L
de los aminoácidos.
La especificidad óptica puede extenderse a una
porción de la molécula del sustrato, o a la totalidad de
dicha moJécula; las glucosidasas ilustran ambos ex-
.tremos. Estas catalizan la hidrólisis de los enlaces
giucosídicos entre los azicares y los alcoholes; y re-
sultan muy específicas parala porción azircar y para
el enlace (cx o F),
pero relativamente inespecíficas
paru la aglucona (porción alcohólica).
Las enzimas son específicas para el
tipo de reacción catalizada
Las enzimas líticas actuan sobre agrupamientos quí-
micos específicos; por ejemplo. las glucosidasas, sobre
los glucósidos; la pepsina v la tripsina, sobre los en-
laces peptídicos; y las esterasas. sobre los ésteres.
Pueden atacar un gran número de susfratos peptídicos
diferentes, lo cual disminul-e la cantidad de enzimas
o
I
3: P*O
j
NH¿
Nl\.-\
tll )
\*.^*
{
-^u
l
t'l
,"..1
\1
HñH
HO€
Sitio enTimáiino
HO OH
o-cl+, I
IF;
I HñH
\

165. ¡
ri
Enzimas: propietlude.: g.i .;... :
.
digestivas que de otra lrancra se requerirían. Las pro-
teasas también pueden catalzar la hidrólisis de los
ésteres. La utilización de l,-.s est¡res como sustratos sin-
téticos, ha f-acilitadr¡ ¡, e.¡-iiio de los mecanismos de
acción de las proter.:..
Crertas er¡zin:¡. ...:;.s ¡resentanuna gran especi-
ijcidad. La qurr:- ..::::. ::. :r,lroliza los enlaces peptídicos
ett 1os cu¡..-. --. .:-r:,..-idos aromáticos, fenilalanina,
tirosin¡ -i :.: ,:,-. :¡rrrt&n el grupo carboxilo. Las
c¡r'b.-r,:--: ,,... i las arninopeptidasas remueven,
d¡
'-.:- : --: . : s ¡minoácidos de los extremos de las
::r: ',
r> a:rtar\iio o amino, respectivamente, en
.,. :.':= .. :t,lipeptídicas.
> : :: Llnas cuantas oxidorreductasas utilizan
I ' --1, : \DP como aceptores de electrones, la ma-
-: :;Í- utrliza de manera exclusiva uno u otro. En
_:J:-3ra1. ias oxidorreductasas funcionaies en los pro-
¡esos biosintéticos de los sistemas rr-ramíferos (p. e.j.,
sintesis de ácido graso o de esterol) utilizan NADPH
como reductor, en tanto que las funcionales en los pro-
cesos de degradación (p. ej., glucólisis, oxidación de
ácido graso) utilizan NAD' como oxiclante.
LA ACTIVI DAD CATA!-íTICN
DE LJhiA ENZ dA FAT¡LITA
§U DETECCIÓN
Las pequeñas cantidades de enzimas en las células
complican la medición de la cantidad de una enzima
en 1os extractos o líquidos tisulares. Aforlunadamen-
te, la actividad catalítica de una enzim¿. proporciona
una sonda sensible y especílica para su propia medi-
ción. La capacidad de catalizar la transformación en
un determinado producto de miles, cientos c1e miles o
inás, moléculas de sustrato en el transcurso de un pe-
riodo corto. dota a cada molécula de enzima con la
capacidad de amplificar quírnicarnente su propia pre-
senci a-
Para medir la cantidad de una enzima en una mue s-
tra de extracto de tejido o de otro líquido biológico, se
mide la velocidad de la reacción catalizada por la en-
zima. Bajo condiciones apropiadas, ia velocidad me-
dida de la reacción resulta proporcional a la cantidad
de la enzima presente. Debido a que es dificil detemrinar
la cantidad de moléculas o la masa de dicha enzima,
1¡,s restrltados se expresan en unidades enzimáticas.
-{ ct¡ntinuación se comparan las cantidades relativas
de ia enzir.r.ra en diferentes extractos. La Intentational
L- t i i tt t t r:t t B i o c I t e t t t i s f tt, define una unidacl de actividad
enzimática cor.r.ro I micromol (i
¡rmol;
10
6
mol) de
sustrato transfomado o de producto formado por
minuto.
Las deshidrogenasas depend ientes
de NAD. se nniden a 340 nrn
En las reacciones que involucranNAD- o NADP- (des-
hidrogenasas), se aprovecha la propiedad del NADH
o del NADPH (pero no del NAD* ni del NADP ) de
absorber la luz de longitud de onda de 340 nm (figura
8-4). La oxidación del NADH a NAD* se acompaña
por una disminución de la densidad óptica (DO) a 340
nm, proporcional a la cantidad oxidada del NADH.
De igual manera, al reducir el NAD' aumenta la DO a
340 nm en proporción a la cantidad formada de1
NADH. Este cambio en la DO a 340 nm puede ex-
plotarse para el análisis cuantitativo de cualesquiera
deshidrogenasas dependientes de NAD* o de NADP-
de acuerdo con lo siguiente: para una deshidrogenasa
qtte cataliza la oxidación del NADH por su sustrato
oxidado, la velocidad de disminución en la DO a 340
nm resulta directamente proporcional a la concentra-
ción de la enzima. Por tanto, la medición de la
velocidad de disminución en la DO a 340 nm permite
deducir la cantidad de enzima, expresada en unidad
de actividad, presente en una muestra biológica deter-
minada, como suero o un extracto tisular.
Muchas enz¡rnas pueden analizarse
mediante su acoplamiento a una
deshidrogenasa
En el ejemplo anterior, para determinar la actividad
etzímáfica se midió la velocidad de fonnación de un
200 250 300 350 :a:
Longitud de onda (nrn)
Figura 8-4. Espectro de absorción del NAD- r 'r-l - -=-
densidades corresponden a una soluc ón .3 ll -l - :-
-
.
celdilla con 1 cm de paso luminoso E \ll:- ',--:-
poseen un espectro análogo al Ce'\:l ..
'.:- -
vamente.
d
o
o ","
'o
!
s
!
6 04
o

166. ,B
(Capítulo B)
r ,r :t
'- :: - ::.':iis Cie las deshi-
I -:,:t. :t:. 2.1I:e litediante la
r : : - *: I :; :ti:tr-itirt de un prOductO
: -;--:i-.:-
:
".
elr¡cidaddedesaparición
:-
-:.
::.-::3üadc-< tisicoquímicas del
-:
: -.:.r:i-, :ater-minan el método especí-
. .. --r. :.--on. Con frecuencia conviene
:'.;::, de una reacción auna deshidro-
-..,, Jie ho produc¡o constituye url
I᧡ ENZIMAS PURIFICADAS SON
EAs¡GAs PARA CoMPRENDER SU
ESTRUCTURA, FUNCIÓN, MECAN ISMO
fE REACCIÓN ASf COMO
SU REGULACIÓN
El coaocimiento sobre las reacciones y los intermedia-
rios químicos en las vías metabólicas y acerca de los
mecanismos reguladores operantes en la catálisis, en
gran parte deriva de los estudios de enzimas pwificadas.
La hformación confiable respecto a la cinética, cofac-
tores, sitios activos, estructura y mecanismos de acción,
requiere también de enzimas sumamente puras.
La purificación incrementa
la actividad específica
E1 objetivo de la purificación enzimática es aisla¡una
enzkw específica a partir de un extracto celular cru-
do, que contiene muchos otros componentes. Las mo-
léculas pequeñas pueden eliminarse mediante diálisis
o fiitración en gel; los ácidos nucleicos mediante pre-
cipitación con el antibiótico estreptomicina; y así suce-
sivamente. El problema consiste en separar la enzima
deseada de los cientos de proteínas químicamente y
fisicamente similares.
En el cuadro 8-2 se muestra el progreso de 1a
pnrificación enzimátíca típica de una enzima hepáti-
ca con buena recuperación y purificada, en conjunto,
490 r.eces. Obsérvese la manera de calcular la activi-
GLUCO§A 6.FO§FATO
DESHI0R0GENASA ]
'.1:=- - -
6-tcsl)aj_^ . - : --. -.-
)
Figura 8-5. Análisis acopra:: :. .
=
-
nasa. La reacción se acot Z
= =
'.:.=
: :
6{osfato deshidrogerasa
-1= = --=:
-.- --
fosfato deshidrogenasa I -::.,
:-:
'
del conjunto de a rea:: .' .-- - . -.-'
-..^'.).
la veloci-
dad de la formac ón :: '. - I :
-
340 nm.
dad e:¡euiti;.l j j'
ui.rl. EI f rol), . '
ritir rd¡d c>l'3- . i -: ..
':nnlo dc p-r 1..i.
-
de la actir rdari i:-..: .,
, .
-.:r:.:
-,:¡:ttl'de
a:.---:>:' ll :.;: :.:.- :: -, : .:l--:: a:l ]SSCUaleS
): :::>; :
-
-;
l.:-- :a:
'
--,', :-:. i.l tgCnOlO-
gia dcl D r¿c,'mhi:rrt. :: r'. -. j i..s ctcntificos
l::':--.-::: :a...:: : -: - ,' .' :i ----.-:> diChaSpfO-
ielllis :: ll::i
-'-: - - :
'..:l
.ri. L¡S CólUlaS
hue.¡.'C :.:.a:i : -:::
----
:. :-.tJri.ts ¡ a las
leraduf¡.. :": ;. :. ,,- - ;- -t:t-J.J: cantidades.
La CapaCrd,il :::: :', t ::- tt. .:.:,t¡ :iCOlllbinanteS
Cuadro 8-2. Resumen de un esquema típico de purificacién enzimátca
Fracción de la enzima
Act¡vidad total
(mu)"
ProteÍna total
(ms)
Acl,;v:iai Recuperación
esp€cítca (r¡Ulftg,) en conjunto (%)
Homogeneizado hepátco c.udo
Líquido sobrenadante a 1 00 000 -
9
Precipitado en 40 a 500,0 de {\H ) SO.
Precip¡tado en 2O a35% de acetoña
80 a 1 10 fracciones en columnas de DEAE
Precip¡tado en 43 a 48% de (NH,),SO.
Primeros cristales
Recristal¡zación
1 00 000
98 000
90 000
60 000
58 000
52 000
50 000
49 000
10 000
8 000
1 500
250
)o
20
12
10
')z
ar
2Cr{
2 600
+ou
4 90C
r (100)
ie8
i?e
lbu
158
lsz
luo
149
.
mU = miliunidades enzimáticas: milimoles de sustrato cambiados por minuto
lHexocrñAsA-l
Glucosa 6-ios:a::
Glucosa
r

167. en concentraciones relativamente grandes, permite a
los científicos aislar enzimas cuyas es€asas concen-
traciones en las células donde se presentan de manera
natural, hacen dificil purificarlas- Incluso, al modifi-
car el DNA que codifica la proteína mediante
mutagénesis puntual dir[ide, los científicos pueden
adicionar, eliminar o modiñcar aminoácidos específi-
cos en la enlma recombinmte, con objeto de facilitar
la determinacién de srs participaciones funcionales
o estructurales- Los cambios también pueden
introducirse pana hacer a las proteínas más fácilmente
purificables- Sin embargo, la purificación de las
enzimas aputirde sus fuentes naturales sigue siendo
iryoírüe. cm objeto de identificar la nataraleza y
fimcim & hs modificaciones postraduccionales que
rcg!¡la h localización y la eficiencia catalítica de la
ETIZIE
ha la purificación se utiliza
cromatografía de intercambio iónico
o cromatografía con soportes
de exclusión
Los procedimientos clásicos de purificación útiles in-
cluyen precipitación con diversas concentraciones
salinas (por lo general sulfato de amonio o de sodio) o
solventes (acetona o etanol), así como desnaturaliza-
ción mediante calentamiento diferencial o pH, centrifu-
gación diferencial, filtración en gel y electroforesis. Para
la purihcación extensa y rápida de las proteínas, tam-
bién han resultado extremadamente exitosas la ad-
sorción y la elución selectivas de las proteínas en celu-
losa de intercambio aniónico, dietilaminoetil celulosa
(DEAE), y en la de intercambio catiónico carboxime-
tilcelulosa (CMC).
Por ejemplo, un extracto acuoso de tejido hepáti-
co se ajusta a un pH de 7.5 en el cual la mayor parte de
las proteínas poseen vna carga negativa neta. Ense-
guida se aplica la mezcla de proteínas solubles a una
columna de celulosa DEAE amortiguada a un pH de
'l
.5, en el cual la DEAE presenta carga positiva. Lue-
go, las proteínas con qarga negativa se enlazan a la
DEAE mediante interacción de carga opuesta, al
tiempo que las proteínas sin carga o con carga positiva
fluyen directamente a 1o largo de la columna. A conti-
nuación, se eluye la columna, casi siempre mediante
un gradiente, desde una concentración baja hasta una
alta de NaCl disuelto en amoftiguador con pH de 7 .5.
Toda vez que el Cl- compite con las proteínas por el
enlace al soporte con carga positiva, las proteínas se
ehqien selectivamente; primero la más débilmente en-
lazad4 y al final la enlazada con más fuerza. La
separación de las proteínas análogas utiliza un sopor-
te con carganegativa, como la carboximetilcelulosa o
lafosfocelulosa" aunpH algo menor, a fin de asegurar
que las proteínas posean más carga positiva.
La separación de las proteínas tambien l...:.
lograrse con materiales porosos conocidos comr' :- -
tros moleculares". Cuando una mezcla de proteina-s ilu . .
a través de una columna con un flitro molecular. ,:.
proteínas pequeñas se distribuyen en los espacios en-
tre las partículas, y en los espacios intemos de los poros
del soporle. Conforme una mezcla de proteínas de ta-
maños diferentes fluye a lo largo de ia columna. se
retarda la movilidad de las proteínas pequeñas respecto
a las proteínas que son demasiado grandes para ingre-
sar a estos poros. Por tanto, ias proteínas grandes
emergen de la columna antes que 1as proteínas más
pequeñas. El perfil de la elución presenta un patrón
gradual de las proteínas, que va desde las más gran-
des de éstas a las más pequeñas. Sin embargo, los
filtros moleculares tienen una capacidad limitada y por
1o general se utilizan sólo después de lograr, mediante
otras técnicas, la purificación inicial.
l-¿ ¿í¡;-.¡uaur ü* ;-Js s{:i.}üi:#;r
ü r{", r}'i d icl g I'a Í, ü# § rü e {-" n ü ii* i"* ;} i * i'i * 5
e§$}es{i'i*a§ de iás eftuiftie§
La característica sobresaliente de la cromatografia por
afinidad consiste en el aislamiento selectivo de una
proteína en particular, o cuando mucho, de una canti-
dad pequeña de proteínas particulares a partir de una
mezcla proteínica compleja. La técnica utiliza un li-
gando inmóvil que interactua de manera especíñca con
la enzima cuya purificación se desea. A1 exponer la
mezcla proteínica a este ligando inmóvil, las únicas
proteínas que enlaza son las que interactúan fuerte-
mente con el ligando; las proteínas indeseables fluyen
a lo largo de la columna y se descartan. A continua-
ción, la proteína deseada se eluye a partir del ligando
inmóvil, por lo general mediante una gran concentra-
ción de sal, o mediante la variante soluble del ligando.
Las purificaciones logradas mediante las técnicas
cromato gráfi cas por afi nidad resultan impresionantes,
y a menudo superan 1o que es posible lograr mediante
la aplicación sucesiva de diversas técnicas típicas.
Los ligandos preferidos corresponden a los deri-
vados de los sustratos y de las coenzimas, o los colo-
rantes orgánicos, los cuales actúan cotro análogos de
nucleótidos o de coenzimas enlazados de manera
covalente a un sopofte inerle (p. ej., NAD-Sephadex.
azul de Sepharose). Estos ligandos se adhieren al so-
porte mediante una molécula enlazadora con una
longitud de 3 a 8 carbonos. Sin embargo, el "enlazador"
hidrófobo puede complicar la separación, al introdu-
cir un elemento cor:respondiente a la cromatografia de
ligando hidrófobo (véase después). Los ejerrplos
de cromatografia por afinidad exitosa inclu¡ren 1a n,,-
rificación de diferentes deshidrogenasas en sofo-::
con afinidad por NAD-. Si bien es posible el etr1"-. -.
muchas deshidrogenasas
,v
la corespondiente ; -:
-
Enzimas : propiedodes g.r:.'.-;..

168. (Capítulo 8)
iL--rr.--r ,: ., ::.:.: ,: ¡tluntna COn NAD- SOIuble, la
,::...:r:. :- :-.:!3.'Jente de soportes con afinidad de
:--::::: :r
-.!'z
de coenzirna) o la elución con una
''::-::, . :::-::r.1 aboniva" deunproducto yun sustrato,
-.r:
lJ:--,-r!:rado resultar exitosas en muchos casos.
::r
.r. .-romatografla con ligando hidrófobo se ad-
:....i Lrn hidrocarburo alquilo, o uno arilo, aun soporte
.-,-.::ro e1 Sephadex. La retención de las proteínas en
3stLrs sopofies involucra interacciones hiclrófobas en-
t¡e la cadena alquilo y las regiones hidrófobas de 1a
proteína. Las proteinas se aplican en soluciones que
contienen una alta concentración salina (p ej
[NH4]rSOl) y se eluyen con gradientes decrecientes
de la misma sal.
[-a tecnología dei DNA recombinante
pLlede constituir L¡na fuente abundante
de enzim¡as
Muchos genes que codifican a enzimas se han clonado.
secuenciado e insertado en vectores derivados de
plásmido o de fago, en los cuales la expresión del gen
puede controlarse mediante un promotor poderoso.
(Para detalles sobre las técnicas del DNA recombinante
véase capítulo 42.) Tales promotores pueden "impul-
sar" la producción de la enzima recombinante hasta
concentraciones mucho mayores que las presentes en
las fuentes naturales. Al utilizar un promotor regr-rlado
por un inductor químico específico, es posible regular
cuidadosamente la expresión de la enzi¡ta recombi-
nante. En general, para la producción de 1as enzimas
recombinantes, tales vectores de expresión se introdu-
cen en microorganismos de crecimiento rápido, como
la Escherichía coli o las levaduras. Sin embargo, no
todas las proteínas animales pueden expresarse en su
forma activa en estas célu1as. En estos casos, la pro-
teína de interés debe expresarse en células animales
cultivadas. Un sistema popular, utiliza el vector de ex-
presión baculovirus para transformar las células de
insecto cultivadas.
Las proteínas de fusión recombinantes
se pur¡fican rnediante crornatografía
por af¡nidad
Además de proporcionar una fuente abundante de una
enzima, 1o cual facilita en gran medida la purificación,
la tecnología del DNA recombinante puede utilizarse
para crear proteínas modificadas, las cuales pueden
purificarse mediante cromatografia por afinidad. El
enloque generai consiste en enlazar ai gen secuencias
de nucleótidos que codihcan para extensiones de la
proteína. generando una proteína de fusión que se
utiliza como ligando para un soporte de afinidad es-
pecífica. Un sistema común consiste en enlazar una
tila de ,i o 6 histidinas, o como opción, el dominio para
e1 enlace d.1 slrstrato de Ia enzima glutatión ,S-trans-
fbrasa. r las terminales amino o carboxilo de la enzirna
de intei¡.. - continuación, es posible purificar la pro-
teína de ñrsrón recombinante, en una colun.rna por
at-rni,l¿,1 en la cual, para enlace, se coloca un ion me-
ta1ic.. c:r alente como el Ni2 (para las fusiones con
polihrstrdrna) o glutatión (para las proteínas de fusión
de l:
_:l'.rtatrón ^§-transferasa)
(figura 8-6). A menudo,
1as :i,¡i.'inas de fusión incorporan, en la región que
L'1r1,rz-., ris dos partes de la proteína dc ftrsión, un sitio
Je :.¡ r.r.in para una proteasa muy específica, como la
Irr¡irr.:i. Esto permite la rernoción de1 dominio de
nrsr'¡:r :.dicionado. después de la purificación por afi-
niJ,ri.
La electroforesis en gel
de poliacriiann!da detecta
ios contaminantes
: -: ::,r,:rLrgeneidad de las proteínas se comprueba
.:..:-r,ldamente mediante electroforesis en gel de
p,:, :,-:rlarnida (EGPA) bajo divcrsas condiciones. La
i.rr-:rti más popular de este tipo de electroforesis,
..:.:.sre en la utilización de gel de poliacrilamida en
ir::¡3:l.la de dodecilsulf'ato sódico (SDS, del inglés
r .,..,,i; tlodectl sulfale), un detergente aniónico" que
-
Gsrla,,r
)
--------_---: -
knztma
I
I
as-
,:.: ..dificanle del GST
i::- : s:.:e la trombina (T)
DNA clónado
que c0difrea a la enzlma
Se enlazan juntos
¡
Células transfectadas,
I
adrcrón de rnductores.
I
segurda de rotura .rc
Y las celulas
I Aplicacron a una colurnna
I
rJe arrrrrriad con qlulatrón
Y
IGSH)
-¿--\-
cSH. GSr
lTi
Figura 8-6. Ui lzac ón de las proteínas de fusión con glu-
tatión S-transferasa (GST) para purificar las enzimas recom-
binantes.
I Elurr con GSH.
I
tratar con trombina
cer
Efi?ima

169. Enzintas : propiedatles generLt¡ ¿'
.
separa las proteínas oligoméricas en monómeros. Toda
vez que cada enlace peptidico capta aproximadamen-
te dos moléculas de SDS, el polipéptido adquiere una
fuerte carga negativa- Pututo, la distancia que cada
polipéptido migra haciael ánodo, resulta una función
de la masa molecrrla curespondiente (M,). Opcio-
nalmente" la EGPApde conducirse bajo condiciones
naturales. es decif- enausencia de SDS u otros desna-
turalizantes: asi. puede conservarse la estructura
cuaternaria y. cm &recuencia, también la actividad
catalítica de la enzima. En la EGPA bidimensional
(O'FilrEIIt h primera dimensión separa las proteínas
desmdiz¡¿¡s con base en los respectivos valores
de pt d odl¡ibrar díchas proteínas en un campo eléc-
trfuop¡t.rierre urea y un gradiente de pH mantenido
fúlfrspolimerizados. Posteriormente, la segun-
¡t
qrrqion
separa las proteínas, después del trata-
fum SDS, con base en los tamaños moleculares
& k midades monoméricas.
IáS ENZIMAS PUEDEN PRESENTARSE
EN ORGANELOS ESPECÍFICOS
El arreglo espacial y la compartimentalizaciín de las
enzimas, los sustratos y los cofactores en el interior de
la célula, resultan de importancia cardinal. Por ejem-
plo, en las células hepáticas, las enzimas para la glu-
cólisis se localizan en el citoplasma, en tanto que las
enzimas para el ciclo del ácido cítrico se hallan en
las mitocondrias. La distribución de las enzimas entre
los organelos subcelulares, puede estudiarse después
del ffaccionamiento de los homogeneizados celulares,
mediante centrifugación de alta velocidad. A conti-
nuación se examina el contenido enzimático de cada
fracción.
Con frecuencia, es posible obtener la localización
de una enzima particular en un tejido o en una célula
mediante procedimientos histoquímicos ("histoenzi-
mología"). Para ello, los corles congelados de tejido
delgados (2 a l0 pm) se tratan con un sustrato de una
enzimaparticular. En presencia de la enzima se forma
el producto de la reacción cafalizadapor dicha enzima.
Si dicho producto es colorido e insoluble, peñnanece
en el sitio de su formacióny localiza así ala enzima.
I-a histoenzimología proporciona una representación
gnífica y relativamente fisiológica de los patrones de
la distribución enzimática.
tAS¡ ¡SOZI MAS CONSTITUYE N
VARIANTES FISICAM ENTE D I FE RENTES
DE ¡.A MISMA ACTIVI DAD CATALÍTICA
Al rylicarlas técnicas de purificación enzimática, por
ejemplo, a la malato deshidrogenasa proveniente de
fuentes dif'erentes (como hígado de rata y f.icltet iciti.t
colí'¡, se puso en evidencia que, en tanto las lnalar..
deshidrogenasas dcl hígado de rata y de la E. ¡tti¡
cataltzan la misma reacción, las propiedades fisicas r
qr-rímicas respectivas presentan muchas diferencras
importantes. Las formas flsicamente dif-erentes de la
misma actividad catalítica, también pueden presentar-
se en tejidos diferentes del mismo organisn.ro, en tipos
celulares o compartimientos subce lulares diferentes"
o en el intcrior de procariotas como la E. coli. Este
descubrimiento se logró luego de aplicar los proce-
dimientos de separaciór.r electroforética a 1a separación
de variantes electroforéticamente diferentes de una
actividad enzimática parti cular.
En tanto que e1 térrr,ino "isozima" (isoenzima)
incluye todos los ejemplos anteriores de variantes fi-
sicamente dif-erentes de una actividad catalítica deter-
minada, en la práctica, y en particular en la medicina
clínica, el término "isozima" tiene un significado más
restringido, a saber, las variantes físicamente ciiferen-
tes y separables de una enzima determinada presente
en tipos celulares o con.rpartimientos subcelulares di-
ferentes de una persona. Las isozimas son frecuentes
en cl suero y en los tejidos de todos los verlebrados.
los insectos. los vcgetales y los organisr.r.los unicelu-
lares. Tanto el núrmero como la clase de las enzinras
involucradas son ignalmente diversos. Se conocen 1as
isoenzimas de numerosas deshidrogenasas, oridasas.
transaminasas, fosf-atasas y enzimas proteolíticas. Di-
fercntcs tejidos pueden contener diferentes isozirnas
y óstas plleden dif-erir en las corespondientes afinida-
des por los sustratos.
[-a separación y §a identificac¡óru
de las isozirnas tienen valor diagnóstiei
El interés médico en las isozimas se estimuló pol e1
descubrimiento de que el suero humano contiene r'¡-
rias isozimas de la deshidrogenasa láctica, y que 1r,.
respectivas proporciones de dichas isozimas c¿ulibr¡r:
significativamente en ciertos estados patológicos. Ci::
el tiempo, se han clescrito muchos ejemplos aclicrr.r.,-
les de cambios en las proporciones de las isozrr:.--,
como resultado de la enfermedad.
Las isozimas de la deshidrogenasa láctic¡ s¡: ,,-
pueden visualizarse lnediante electrofbresis .l: .- ,
muestra de suero, por 1o general apH de 8.ó. s¡ : .
sopofte de almidón, agar o gel de poliacril:n---r,, :r'
este pH, las isozimas poseen cargas difer e nie.
..
'ri
=
-
a cinco regiones diferentes del electrot'orr,_.r.: r',:
-
seguida, las isozimas se detectan pLrr SL1 i,rr'-: - - . .
-
,
catalizar la reducción de un colt,ri:rrc .: . - .
fonna colorida e insohrble.
Una nlezcla lipt, 1'r,"., -
.
genasacontieneN\D .:.r-:,-: .- --. -
oritl¿r,,lir.le iur .rl, :.. -

170. Qfi .
fi1,,,;;1.ii:r,,/ lia H,¡¡'i.t¡. (Capíttlo 81
terazolio t\BT. del tnglés nitroblue tetrazolium),tttt
a!'arreador de electrones como intermediario requerido
Dara la t¡ansttrencia de los electrones desde el NADH
al \BT. así como amofiiguador e iones activadores
sesún se requreran. La figura 8-7 ilustra la aplicación
de un análisis de este tipo para visualizar y cuantificar
las isozimas de la deshidrogenasa láctica (LDH, del
tnglés lactate dehydrogena,se) sérica en el laboratorio
c1ínrco. La deshidrogenasa láctica cafaliza la transfe-
rencia de dos electrones y un H+ desde el lactato a1
NAD" (figura 8-1). Esta reacción procede a una velo-
cidad medible sólo en presencia de deshidroeenasa
1áctica. A1 rociar la mezcla sobre el electrolorosrama
e incubarla a 37
oC,
las reacciones concertadas de trans-
ferencia de electrones tienen lugar sólo en las resiones
en las cuales está presente la deshidrogenasa 1áctica
(figura 8-7). Luego de esto, es posible cuantificar 1a
intensidad relativa de las bandas coloridas mediante
un fotómetro de barrido (figura 8-8). La isoenzima
más negativa se denomina I,.
Las isozlm&s correspCInden
a
BB'CIduetos de gene$ estrecharr"lente
relaciCInadüs
Las enzimas oligoméricas con protómeros disimiles
pueden existir en varias formas. Con frecuencia un re-
jido produce de manera predominante un protómero.
(incoloro)
NBT reducida
(coloración azul)
Figura 8-7. Reacciones acopladas en la detección de acti-
. :¿: le ia deshidrogenasa láctica en un electroforograma.
',3- :ritro azul de tetrazolio; PMS, metosulfato de fenacina.)
'.
,- ::i, tcirdo genera uno diferente. Si estos protómeros
:.¡:len combinarse de diversas lnaneras para constrttir
--:-. ¡rzima activa (p. ej., un tetrámero), se forman las
.:-,-:zimas de tai actividad enzimática. Este fenómeno
.: :.rlstra más adelante, respecto de una enzima dc im-
:¡ ir:ncra en el diagnóstico clínico: 1a desl.ridrogenasa
:.'tr¿a.
Las isozirnas de la deshidrogenasa láctica difie-
.r':r .i nivel de la estructura cuatemaria. La molécula
(Lactaror 5r, loestriónoeer'msÁl s {pirrrvato)
._:*)
>-*
/\
NAD* NADH + H+
\-/
r'\
PMS reduc¡do PM§ oxidado
)orazón
lígado
Figura 8-8. Patrones normal y patológico de las isozimas de a deshidTogenasa láctica (LDH) en el suero humano. Las
isozimas de la LDH sérica se separaron en acetato de celulosa a pH de 8.6 y se r ñeron en busca de enzimas. El fotómetro
de barrido demuestra la proporción relativa de las isozimas. El patrón A corresponde al suero de un paciente con infarto del
miocardio, el B corresponde a un suero normal y el C, al suero de un paciente con enfermedad hepática. (Cortesía de M Black
y H Miller, Hospital St Luke, San Francisco.)
o
BB
NBT

171. oligomérica de la deshicli
lar 130 000) consta de cr
HyM(pesomolecular
la molécula tetramáica
el orden carece de irnpo
drían combina¡- en las
ogenasa láctica (peso molecu-
larro Fotómeros
de dos tipos.
apoximado de 34 000). Sólo
poeee actividad catalítica. Si
rmciq estos protómeros po-
cinco formas si gui entes :
_..lHH
rHHM
IHMM
HMMM
MMMM
-
- : - - - :r:: las relaciones entre las isozirnas
-: - . -- .:-::1 láctica, Marketutilizó condicio-
- -.-: r:ri1 romper y reordenar la esttuctura
r: >.paraciones y reconstituciones de las
:
-
. . -'-. - -'::marias
de la deshidrogenasa láctica
'
-
i
-
: r. .r de la deshidrogenasa láctica I. homo-
: - -. : --ducen nuevas isozimas. por tanto, ambas
.
- --'
un solo tipo de protómero. Al someter al
..:¡amiento una mezcla de deshidrogenasa
- - -. . ¡ deshidrogenasa láctica I., se forman las
-:: Jrtreefl¿lsas lácticas 12, 13 e Ia. Las proporciones
:-:-:-:radas de las isozin.ras conesponden a las que
:..,. t¡rían si ia relación fuera:
lsozima de la
deshidrogenasa
láctica
l1
l2
l3
l4
l5
La síntesis de las subunidades H y M se controla me-
diante /oci genéticos diferentes, los cuales se expresan
dit'erencialmente en los diversos tejidos, por ejemplo,
¡n e1 corazón y en e1 músculo esquelótico.
Ciertas enzimas, proenzimas (es decir, los precurso-
les inactivos de las enzimas los cuales se activan
mediante eventos de escisión proteolítica específicos;
capitulos 11 y 59) y los respectivos sustratos, se pre-
sentan siempre en la circulación dc las personas sanas
y realizan una función fisioiógica en la sangre. Los
ejemplos de enzimas plasmáticas funcionales inclu-
yen la lipoproteína lipasa, la seudocolinesterasa y las
proenzirras de la coagulación sanguinea y de la diso-
lución del coágulo sanguíneo. Por lo general, estas
enzimas se sintetizan en el hígado, pero se presentan
en la sangre en concentraciones equivalentes o mayo-
res a las de los tejidos.
Enzimas: propiedades generales . 9-
Como su nombre 1o indica, las enzimas plasmá-
ticas no funcionales no realizan ninguna función
fisiológica conocida en la sangre. Con frecuencia, los
respectivos sustratos no existen en la sangre y las pro-
pias enzimas se presentan en la sangre de las personas
sanas en concentraciones millones de veces menores
a las de los tejidos. Su presencia en el plasma en con-
centraciones por ariba de ios valores normales, sugiere
un incremento en la velocidacl de la destrucción tisular.
Por tanto. la medición de Ia concentración de las en-
zimas plasmáticas no funcionales, proporciona al médi-
co infonnación diagnóstica y pronóstica valiosa.
Las enzimas plasmáticas no funcionales incluyen
a las presentes en las secreciones exocrinas y a las
enzimas intracelulares verdaderas. Las enzimas exocri-
nas amilasa pancreática, lipasa. fosf'atasa alcalina biliar
y fosfatasa ácida prostática, difunden al plasma. Las
enzimas intracelulares verdaderas, por 1o general es-
tán ausentes en Ia circulación.
Las escasas concentracior-les de las enzimas no ñrncio-
nales presentes por lo geneml en el plasma, aparentemen-
te se originan de la destrucción nonnal y sistemática dc
los eritrocitos, leucocitos y otras células. Con el aumento
de la muerte celular, las enzimas solubles ingresan a
la circulación. Si bien los aumentos de las concentra-
ciones plasmáticas sue len intelpretarse como evidenui,r
de necrosis celular, el ejercicio vigoroso libera centi-
dades importantes de las enzimas musculares.
Los médicos en ejercicio profesional han utilizaC¡'.
desde hace mucho, la cuantificación de la concenirr-
ción de cierlas enzimas plasmáticas no funcie¡nal¡.
En muchos casos, esta valiosa información diagno-.., - -
y pronóstica se obtiene en equipos completanrente : ---
tomáticos. El cuadro 8 3 contiene una list¡ i.. .,.
principales enzimas utilizadas en el campo d.' L: .':-.- '
mología diagnóstica. En e1 Apóndice se prtr!.:.. - r .:
los intervalos de los valores normales de i¡s ;:- --
principales utilizadas con propósitos diag::.... - . .
El diagnóstico de las enfermedades g
un gran impulso con la tecnolryia de{
Subunidades
HHHH
HHHM
HHMM
HMMM
MMMM

172. ,;: H,ti'lrt¡ (CapíttLlo 81
Utilización d ag"rt'
--¿
=-'=
:=
ii :'toiransferasas
Aspartato aminotransfe-
rasa (AST o SGOT)
Alanina aminotransferasa
(ALT o SGPT)
Cuadro 8-3. Principales enzimas séric€s utiirzalas
en el diagñóstico clínico. Muchas no son espec"f c€s
de las enfermedades lisiadas
de la P۟obinanotmal. La ausencia del inhibidor de la
pruleasaplasmitica C[l-antitripsina se acompaña de en-
fi¡rrrra vde cirrosis hepática infantil. La presencia de
h a.-utitripsina inactiva se ha detectado mediante una
smdacmstruida contra el alelo inactivo, que contiene
la mrmción puntual en el gen de la o,-antitripsina.
T¡mbién es posible utilizar sondas de hibridación
Ftr¿ detectar modificaciones genéticas, las cuales
dil tugar a la pérdida de un sitio de la endonucleasa
derestricción (capítulo 42).Por ejemplo, mediante la
ntiliz¡¿-i§a de la endonucleasa de restricción MstII o
SauL es posible detectar la mutación de punto del
.ndon Gtu (GAG) por el codón Val (GTG), caracterís-
tia de la enfermedad de células falciformes, en el gen
dc la pglobina en tan poco como 10 mL de líquido
miattico.
L(§ DIGESTOS CON SONDAS
IE RESTRICCIÓN PUEDEN
IET()§.-TRAR G E N E S H O M ÓLOG OS
D(»I SECUENCIAS DIFERENTES
IIE BASES
nante. Si bien todas las enfermedades miltnlrtx
desde hace rnucho se reconocieron corrx) ura GrGE! I r.: sondas de DNA también pueden utilizarse para
cuencia de las alteraciones del DNA lastécnl-¡ra dtfectar secuencias del DNA íntimamente enlazadas
el examendirecto de las secuenci¿sdelDllq,€filirm a- pero en realidad no incluidas en, el gen de interés.
disponibles hasta fechas relativammte recitrts. El I-s enálisis pueden ampliarse a la detección de varia-
desarollo de sondas de hibridación para hs fregre ciones específicas de un cromosoma (diferencias en
tos del DNA, ha dado lugar a técnicas *rñciersr¡gl. l¡s secuencias entre los cromosomas homólogos). La
sensibles para la detección prenatal de traWrr hc- dtsrsión del DNA mediante una endonucleasa de res-
reditarios, mediante mapeo con enziÍras&res¡irih uirión, genera mapas de restricción diferentes (pa-
del DNA proveniente de células fetales en et liryüo ums de los fragmentos del DNA) a partir de los genes
amniótico,omedianteelexameadelospro&c*oe re- hmólogos que contienen secuencias diferentes de
sultantes de la :utllización de oligonucleótidc m basm- Este fenómeno se denomina
oopolimorfismo
cebadores en la reacción en cadena de la poürya dc h tongitud del fragmento de restricción" @LFR).
(RCP; capítulo 42). En el caso de una enfermedad genética relacionada
En principio, pueden construirse sondas de D!{A sm rm PLF& un portador humano de la enfermedad
para el diapóstico de la mayor parte de las enfermeda. plede presentar un cromosoma con el gen normal y
des genéticas. Por ejemFlo, para la detección prmml rrno son el gen defectuoso. Al sondear y analizar los
de las talasemiás (caracterizadas por defectos en la sin- fiagmeilos de restricción, se detectan dos bandas de hi-
tesis de las subunidades de la hemoglobiaa; capinr- bridación (como variantes diferentes de una sola banda
lo 7): una sondade DNA construida contra unapuciin en la cr¡al ambos genes resultán idénticos). Aquellos
del gen de una subunidad de la hemoglobina normal dmendientes que heredan el cromosoma poftador de
puede detectar un acortamiento o la ausencia del frag- Ia enfermeda{ presentan sólo una banda de hibrida-
mento de restricción originado en una delecién de cióq que difiere de la banda producida por los cromo-
dicho gen, como sucede en algunas o talasemias yen somas normales. El fenómeno del PLFR se aplica a
ciertos tipos infrecuentes de B-talasemias y de B, l- 1615 rnálisis del rasgo de célula falciforme (con base
talasemias. Opcionalmente, es posible construir -na en un PLFRHpaI) y de la B talasemia (relacionada a
sonda sintética de cD\A. la cual hibrida una secuen- rm PLFR Hindm y u *o BamHI).
cia de globina
B
que contiene una mutación sin sentido, Para la detmción de la fenilcetonuria del lactante,
presente en ciertas talasemias
B,
pero no así en el gen se ha desarrollado una detección basada en el PLFR
Varias enferr',¡e,:::-: -=: : -.:.
b,-

173. Enzí ntcts : propi.edttde s g.,
(capítulo 3l). Sin embargo, debe hacerse notar que
este criterio oo resulta infalible, toda vez que el PLFR
no con-*iru¡-e el causante de la enfermedad, sino que
simplemente se localizacercadel gen defectuoso. Los
PLFR constituyen"puntos de partidapara la identifica-
'-ión
del gen responsable de la enfermedad con la cual
se relaciona. Este criterio se aplica tanto para la detec-
ción de los eventos de mutaciones involucrados en la
formación de los tumores del retinoblastoma, como
en la enfermedad de Huntington.
En el capítulo 42 se proporcionan ejemplos adi-
cionales delautllización de las enzimas de restricción
1'de la RCP en el diagnéstico.
RNACATALÍflCOS
Si bien queda claro que no son proteínai, ciedos áci-
dos ribonucleicos (RNA) presentán actividad cata-
litica muy específica para el sustrato. Estos RNA, que
satisfacen los criterios clásicos para su definición
como enzimas, se denominan ribozimas. Aunque los
sustratos sobre los cuales actúan las ribozimas se limi-
tan a los enlaces fosfodiéster de los RNA, la especifi-
cidad de sus respectivas acciones resulta plenamente
comparable con la correspondiente a las enzimas clási-
cas. Las ribozimas catalizanla trans-esterificación y,
finalmente, la hidrólisis de los enlaces fosfodiéster en
las moléculas del RNA. Estas reacciones se facilitan
por los grupos
-OH
libres, por ejemplo, en los resi-
duos guanosilo. Las ribozimas tienen una participación
crucial en los eventos de escisién del intrón, fundamen-
tales para la conversión de los pre-mRNA en mRNA
maduros (capítulo 39).
RESUMEN
Lás enzimas son proteínas catalizadoras que re-
gulan la velocidad a la cual tienen lugar los procesos
fisiológicos. En consecuencia, los defectos, en la fun-
cion enzimática con frecuencia producen enfermedad.
Las enzimas catalizadoras de las reacciones que
inrohrcran transferencia de grupos, isomerización,
,ni&rrred¡rcsión o síntesis de enlaces covalentes, re-
quieren lm cosustrato conocido como una coenzima.
Toda vez gue muchas coenzimas son derivados de la
¡iramitra B, la insuficiencia vitamínica puede afectar
de manera adversa las funciones enzimáticas y, por
tab- la homeostasia. Muchas coenzimas también con-
üenen el nucleótido AMP. La mayor parte de las
e[zinlas son mrry específicas respecto de los sustratos,
coenzimas _v tipo de reacción catalizada. En el caso
de las cnzirnas con acción sobre los srlStrnii,S l: -,
peso molccular, también pueden reaccion:'.: .-::.
sllstratos análogos. pero generaimcnte a elrra J:-: -
menores.
La medición de la actividad cnzin, ática es cer-i::.:
para la cuantificación enzimática en la investl-sa. r. :-
y en el laboratorio clínico. La actividad de Ias deshr-
drogenasas dependientes de NAD(P)-, se anaiiz:
espectroscópicamentc mediante la mediciórr dcl cartt-
bio en la absorción a 340 nm. concomitante a 1:
oxidación o 1a reducción del NAD(P) AfAD(P)H. E1
acoplamiento de otras enzir.nas a las deshidrogenasas
puede lacilitar e1 análisis de éstas. Para investigar 1a
estructura, el mecanismo de acción y la regr-rlación de
la actividad de las enzimas, éstas deben purificarse
con una lromoger.reidad superior a 95uA. Las técnica:
para la purificación enzimática incluyen la precipita-
ción selectiva mediante sales o solventes orgánicos, así
como las cromatografias por intercan,bio iónico, cotr
flltración en gc1, por afinidad dc sustrato, con ligando
colorante o por interacción con soportes hidrófbbos.
La capacidad para explotar las técnicas del D¡-A
recombinante con objeto de expresar las enzimas eu
huóspedes convenientes, ha revolucionado la purifi-
cación enzimática, al proporcionar grandes cantidades
de enzimas, lo cual permite, en la mayor parle dc los
casos. la rápida purihcación l.rasta la hornogencidad.
El progreso de la purificación se valora mediante la
medición del incrcmento en la actividad especítica
de una enzima (activrdad por unidad de masa), y la
homogeneidad tinal, mediante electroforesis en gcl de
poliacrilamida (EGPA). La localización intracelular
precisa de ias enzimas, se inltere rnediante técnicas
histoquímicas y de fraccionamiento cclular acopladas
al análisis enzimático de cortes tisulares o de fi'accio-
nes provenientes de hornogeneizados celulares. Las
isozimas. variantes físicamente dif-erentes de la mi.-
ma actividad catalítica, se presentan en todas 1as fbnna:
de vida y de tejidos. Los patrones isozimáticos distrn-
tivos de las cnzimas séricas no funcionales. poncn de
manifiesto la lesión de tejidos hunranos especificr,s.
y también proporcionan inlbrmación diagntisrtct
'.
pronóstica valiosa. Finalnrente, la capacidad d.- 1.,.
cndonucleasas de restricción para detectal c¿it.ttb' ,-'.
sutiles en la e structura génica. penr-ritc a1 rnédrcr. .L.-.=-
nosticar las enfcrmedades genéticas en 1as cLi¡l:. .-.,
mutaciones se traclucen en enzitnas dcfectu...:r.
ti-rn cion ales.
Si bien casi todas las enzimas son :r: .i
los RNA cat¿riíticos. conocidos cr,1r.j r .'
ertrlizan lc hidrólisi:. sullrrulr-'rl- -
- '-
-
enlaces foslodiéstcr en los R E.:.,. :.,, -
srrltart itrporlñnl(: r'rt l,'- , -
' .
.: -
involucradosenlant¡cl --r..- -.-.-- : - ' r

174. ___
_-__
Enzimas: cinética
-.§
ñ cloEs¡lrincipale s
@.
-:.re
ciones c,alelizadas por enzimas (concentraciones
.,-::l-3cloN
- -
- -:
-:r:ite rísticas de la cinética enzimática pro-
.-.1 . -rJtcamente, de los conceptos inherentes a la
-
- r: -: c¡ 1as reacciones químicas no catalizadas. Por
-*::
. - . .sle capitulo repasa, primero, aspectos de la teoría
::' -"
-'
elocidad de reacción, válidos para las reacciones
: -.:-,icas en general, para luego considerar los facto-
:. r.rr.ricos de las reacciones catalizadas por enzimas.
¡,t P c RTAr.* e tA m ! 0N,1 É ffi ! eA
:; lainzima
v d-@y la pre-
'::i:q:t_.-Uh&idores)
resultan de interés clinico. El
:,,'üfr o-6i oio gico carfrñál ¿é t i t o-iñas¡ I esta-
:-e;e clue la buena salud requiere de la conservación
::1 meclio interno corporal dentro de límites relativa-
::'.-nte estrechos. Así. la budna salud necesita de cientos
j¡
reacciones catalizadas por enzimas, y que éstas se
::s¿rrollen a las velocidades apropiadas. La insufi-
;:encr¿r paraalcanzar estos cbjetivos turba el equilibrio
:rrrrcostático de ios tejidos, con profundas consecuen-
.-,.rs potenciales. Portanto. unmédico debe conocerla
.rr,inL-ra en que e1 pH, las concentraciones de la enzi-
: ,, r del sustrato, y los inhibidores, influyen en la
. ¡:l¡d de las reacciones catalizadas por enzimas.
-
- ,-:.,' ejemplos ilustran este punto.
, :lr¡c idad de ciefias reacciones catalizadas por
'
.:: .:!ponde a las variaciones sutiles en el pH in-
üque caracterizan alaacidosis y alcalosis me-
s. Debido a que la vdlocidad de la catálisis
tica aumenta o disminuye en respuesta a las
iones correspondientes de la temperatura, la
la hipotermia trastorn an I a h omeostas i s, a l[mo-
a relaidad de muchas reacciones catalizhdas
por enzimas. Sin embargo, estos cambios sutiles pueden
volverse una ventaja para el médico. Por ejemplo, es po-
sible explotar la disminución de la actividad de todas
las enzimas que acompaña a la disminución de la tem-
peratura corporal (hipotermia), para disminuir la de-
manda metabólica global durante la cirugía de corazón
abierto, o el transporte de órganos parala cirugía de
trasplante.
La toxicología y la farmacología aprovechan el
conocimiento de los factores que afectan la velocidad
de las reacciones catalizadas por enzimas. Los enve-
nenamientos metabólicos, con.ro los producidos por los
mercuriales, el curare y los gases nerviosos, ejercen
sus efectos tóxicos mediante la inhibición de enzimas
y, en consecuencia, hacen más lentas, o intemrmpen.
reacciones metabólicas básicas. Finalmente, muchos
fármacos de imporlancia terapéutica actúan al distni-
nuir la velocidad de las reacciones metabólicasl por
competir con el sustrato natural de una enzima meta-
bóllca fundamental. Estos fármacos, a menudo, seme jan
los sustre-tos naturales. Los ejemplos incluyen la lovas-
tatina y la zidoludina (AZT), utilizadas en el trata-
miento de la hipercolesterolemia y el SIDA, respecti-
vamente; ambas ejercen sus efectos terapéuticos p..:
modificar la velocidad de las reacciones catalizad¡s
por enzimas.
LOS CAMBIOS EF{ LA EF,¡ERGíN I¡ERC
DETERMINAN DIRECCIÓN Y ESTADC
DE EQUILIBRIO DE LAS REACCIONES
QUíMICAS
Las reacciones químicas pueden rer enrr.e S
sible para una molécula A
1, una me.1e¡,.-,, !
las nuevas especies químicas P r
Qr
A+B-P+Q
t01

175. I ()) . Bioquímit:a de Harper (Capínlo 91
rnttrilCeS. tarnbién es posible la rcacción reciproca:
P+Q.A+B
Dc csta nlanera es como se tiende a representar las
rl'acciones químicas, es decir, col¡r'r si fleran "irrever-
sib1es", cuando los lactores termodinán,ioos clue 1as
in.rpulsan f'avorecen f¡ertemente la fbrmación de los
productos, esto es, de los compuestos hacia los cuales
apunta la flecha. Bajo cstas circunst¿rncias, práctica-
rnente todas ias moléculas reactantes se habrán
transfbrmado en los productos al completarse la reac-
ción. Si bien la secuencia invcrsa de los evcntos
siempre es posible. se prescnta con tan poca tiecuen-
cia que se puede ignorar su contribución a la química
general de la reacoión. Sin embargo. cn el caso de cicr-
tas reacciones químicas. entre las cuales se incluyert
muchas que acontecen cn las células vivas, Ia contri-
bución de la reacción "inversa" resulta importante y
debe tomarse en cuenta. Esto se reconoce al dibqar la
reacción con una doble t-lecha:
A+B=p+e
-El cambio. AG, dc la energia libre constituye la fuerza
temodinámica impulsora que determina la dirección
cn la que la reacción química tiende a procedcr, asÍ
como las concentraciones dc 1os reactantcs y de los
productos que se habrár.r lormado ulla vez que concluya
dicha rcacción, es decir, una vez quc se alcance un
estado de equilibrio. El cambio dc la energía libre
-
con fi-ecuencia clcnorninado simplemente la energía
libre de una reacción química, represcnta la dife-
rencia entle las energías, combinaclas, de las especies
quimicas del lado dcrecho de las f'lechas (es clecir, los
productos), comparadas con las correspondientes a
los compuestos en el lado izquierdo (esto cs, los reac-
tantes o sustratos). Cuando la cnergía libre sc mide
bajo condiciones estándar (capítulo l2) se designr
como AGo. Si los productos poseen una energía libre
menor que Ia correspondicnte a los reactantes, la AG'
tendrá signo negativo
¡,
1a reacción ticnde a proseguir'
tal como se dibu.ja, es decir, de izquierda a derecha. Ei
signo y la magnitud del cambio de la energía libre.
determinan hasta quó punto procederá dicha reacción
en la dirección señalada. antes de alcanzar el cstado
de equilibrio: csto se relaciona con la constante dc equi-
librio para una reacción de la siguiente manera:
^Go
= -RT ln Kq
R con ospondc a la constante de los gases, y T a la tcrnpe-
raftrra absoluta. En el caso dc lareacción dcscrita antes. ]
I
tPltol
Estas relaciones permiten el cálculo de 1a AGo, mediante
la medición de las concentraciones relativas de los
reactantes y de los productos, después de alcatzar eI
equilibrio. Con una AGo negativa, la K., resultará
mayor de uno, lo cual indica que la concentración de los
productos presente en el equilibrio, excede a la de
los reactantes. En cambio, con una AGo positiva, la
K"n resultará menor de uno y se favorecerá la acumu-
lación de los reactantes.
Obsérvese que en tanto la AGo y la K"o señalan la
dirección en la cual una reacción se desarrolla de ma-
nera espontánea, no indican si tal reacción se habrá de
desarrollar con rapidez. Esto se debe a que la energía
libre de la reacción, en su conjunto, es sólo una función
de los estados inicial y final de las especies reactantes.
Por tanto, la AGo es independiente de los mecanis-
mos por los cuales procede la reacción, y no informa
respecto a la velocidad de las reacciones. En otras
palabras. una reacción puede tener una AGo muy favo-
rable
1'.
sin embargo. desarrollarse a una velocidad casi
imperceptible.
I.AS REACCIONES PROCEDEN
A TRAVES DE ESTADOS
DE TRANSICIÓN
El concepto de estados de transición, formaparte fun-
damental de la comprensión de la catálisis de cualquier
clase, incluso de la catálisis por enzimas. Por ejemplo,
considérese una reacción de desplazamiento, en la cual
rin grupo L, enlazado inicialmente a R, se desplaza me-
diante el ingreso de un grupo E:
E+R-L=E-R+L
Este desplazamiento, en realidad, involucra un esta-
do de transición, E"R"L, cuya formación y subse-
cuente desintegración puede representarse mediante
dos "reacciones parciales", cada una con un cambio
característico de energía libre:
E + R_ L= E..R..L AG.
E..R-L=E-R+L
^GD
La AG¡ y la AG¡ cor:responden a los cambios en la
energía libre, relacionados con la fotmación y la des-
integración del estado de transición, respectivamente.
La AG, el cambio en la energía libre vinculado con la
reacción en su conjunto, corresponde a la suma de
las energías libres de la formación y desiqtegración
de1 estado de transición:
AG=AGe+AGo
Igual que en el caso de cualquier ecuación con dos
términos, no es posible inferir el signo o la magnitud
K.q =
tAl tBl
\

176. Enzima.s: cittética
.
de AGo o de AG¡ mediante la observación del signo
algebraico y la magnitud de la AG. Dicho cle otra ma-
nera, a partir de la consideración del cambio en la
energía libre para la reacción en conjunto, Ia AG, re-
sr"rlta imposible inlerir cualquier cosa referente a los
cambios de la energía iibre relacionados con la fonna-
ción y la desintegración de los estados de transición.
Las reacciones más complejas, involucran varios es-
tados de transición sucesivos, y proceden a través de una
serie de reacciones parciales, cada una con su cambio en
la energía libre. Es importante hacer notar que este cam-
bio para la reacción en conjunto, la AG, es indepen-
diente de la cantidad o la clase de los estados de
transición. Esta inferencia deriva de1 hecho de que la
AG corresponde a la suma algebraica de los cambios de
la energía libre para cada reacción parcial participante.
t{ ti &4 ffi íq.üs#§ HAfr Tü RH"S AF E i}'i,s.ru
LA \IEÉ-*$iá}AÜ ffiH REAEÜI*í}J
La teoría cinética o de colisión de la cinética quírnica,
incorpora dos conceptos básicos: I ) sólo pueden reac-
cionar las moléculas en colisión, es decir. las que se
acercan entre sí a una distancia apropiada para la fbr-
mación de los enlaces. y 2) para cada reacción química
eriste una trarrera energética, la cual debe sobrepa-
sarse para que una reacción ter.rga lugar. Para que una
colisión resulte en una reacción, las molécuias reac-
tantes deben poseer suficiente energía para superar esta
bar-rera energética. Por tanto, los lactores que incre-
mentan la energía cinética de las moléculas reactantes.
drsminuyen la barrera cnergética de la reacción o
incrementan Ia tiecuencia de las colisiones, deben au-
lrentar la velocidad de la reacción.
I .. i.t;r'i4lnffitgfA
¡l alu¡ento de temperatura incrementa la cantidad de
:roléculas capaces de reaccionar al aumentar tanto la
energía cinética de éstas, como la frecuencia de las
colisiones. Como se mucstra en la hgura 9-1, la canti-
¡¡d dc moléculas cnya energía cinética excede la
r,::ira energética de la reacción (bana verlical) se
. :::-11.ta a rnedida que aumenta la temperatura, des-
,: ,.
--:
:.li ii 1,) hasta una temperatura intermedia (B)
:
--:
- \Jer.nás. cualquier aumento en Ia tempera-
-. : -, : ir-..r ¡l movimientomolcculary,portanto,
-
: - .,:
'-
-: l: i.r! colisiones. Ambos factores colttri-
| --.
=r : - -rJ:-.i: ,Lt e¡ la lejOcidad de la reaCCión
- -- :. :t:i-:-.: :,--: :!t1 aiLLmento en latemperatura. Sin
3::-r:::--. . :-::::-¡:-¡,: de 1a r-eloCidad dC reacción
ilrr cor¡r:..: -:a;-l:- :-.:t..it:a. a qLte finalllente, Se al-
Canza .It: ,;t..-lit:..-r: :it la rlne 1aS mOléCUlaS
feactantes
) e nLr >a,: ¡s¡a'iie>. Drcha temperatnra
lrnritante. tiende a ser err:¡ntadantente alfa para los
Earrera €-nergética
cinética +
Figura 9-1 . Barrera energética de las reacciones químicas.
reactantes inorgánicos, moderadamentc alta para la
mayor pafte de las moléculas orgánicas, y bastante por
debajo de 100
oC
para casi todas las reacciones de
interés biológico.
ü+ncenlracióm qiei re*etafti*
Cluando la concentración del reactantc es alta. 1a can-
tidad de moléculas con energía suficiente para
reaccionar, así como la ñ'ecuencia de las colisiones.
también son altas. Esto resulta cierto ya sea que todas
1as mo1écuias o sólo una fi'acción de ellas, tengan
energía suficiente para reaccionar. Considérense las
reacciones que invoiucran dos moléculas dif'ercntes,
AvB:
A+Bo AB
Al duplicar la concentración de A o B se duplicará la
velocidad de reacción; al duplicar 1a concentración de
ambas, se incrementa cuatro veces la probabilidad
de una colisión, por tanto, la velocidad de reacción se
incrementa cuatro veces, y resulta proporcional a la
concentración de las molóculas reactantes. Los col'-
chetes se utilizan para designar las conccntraciones
molares*; * significa "proporcional a". La yelocidaci
sc expresa como:
Velocidad - [moléculas reactantes]
o
Vetocidad _
tAI tBI
Para 1a situación representada por
A+2Bo AB:
La velocidad se expresa como
Vetocidad - tAl tB] tB'
o
.:a
co
O'

177. 104 . Bio*í^i.o de Harper (Capítulo 9)
Vetocidad _
tAl [B].
P:r:r el caso qeneral en el cual n moléculas de A reac-
Jlrrn.]ll con m moléculas de B.
nA + mB ,+ A"B.
1a velocidad se expresa como:
Vetocidad *
tAf tBI.
La Kq es una proporc¡ón
entre constantes de velocidad
Toda vez que las reacciones químicas son ¡eversibles
patalareacción inversa, en la cual A*B* forma n mo-
léculas de A y m moléculas de B, se tiene:
AnB. --) nA + mB
la expresión apropiada de la velocidad corresponde a
Velocidad * [A,8.]
La reversibilidad se representa mediante flechas
dobles,
nA+mB=4,8.
Esta expresión se interpreta como: 'hmoléculasdeA
y m moléculas de B están en equilibrio con A.L-- El
símbolo "proporcional a" (-) puede sustituirse pa
el signo igual, mediante la inserción de una cmsr*nfc
de proporcionalidad, k, caracteristica de la reccim
que se estudia.Para el caso general
nA + mB
=4,B,
1a expresión de las velocidades de la reacción an-
terógrada §elocidadl) y de la reacción retrógrada
(Velocidaü1) resultan:
vd1Ídadr = &[AI[BP
Veloddaü = tLr[ABJ
Cuando la velocidad de las reacctones anterógrada y
retrógrada resultan iguales. se dtce que e1 sistema se
encuentra en equilibrio. es decir.
v
Kr _ [AnBm] _,..^
K¡
-1¡¡n1g¡,-""v
I-a proporción de fr1 respecto de k 1 se denomina la
cotrstrute de equilibrio, 1("n. En un sistema en equi-
librio. hay que considerar las siguientes propiedades:
l) I-a constante de equilibrio coresponde a la pro-
porción krlk-1 de las constantes de la velocidad
de reacción-
2) En el estado de equilibrio, resultan iguales las ve-
locirledes de reacción (no así las constantes de
la relocidad de reacción) de las reacciones ante-
rograda y retrógrada.
3) El equilibrio constituye un estado dinámico.
Armque en el estado de equilibrio no sucede nin-
gún cambio neto en la concentración de los reac-
tantes o de las moléculas del producto, A y B se
convierten continuamente en A*8. y viceversa.
{) Si se conoce la concentración de A, B y AnB. en
el estado de equilibrio, es posible asignar un va-
lor numérico a 1a constante de equilibrio.
Iá CINETICA DE LA CATALISIS
ENZIMATIGA
Las enzimas proporcionan estados
de transición alternos
Los estados de transición enzima-sustrato clásrcos
están en niveles de energía significativamente meno-
res que los de estados de transición que se forman en
hmismareacción en ausencia de catálisis enzimática.
Pr tanto, un factor importante, que contribuye a la
habili.l"d de una enzimapara acelerar la velocidad de
rmreacción determinada, es que la AG¡ de la forma-
ción & tm estado de transición enzima-sustrato, resul-
ta significativamente menor que la AGp de la misma
reacción no carralizada. Dicho de otra manera, las en-
zimas disminuyen la barrera energética de una reacción.
En consecuencia, una mayor proporción de las mo-
leculas del sustrato es capaz de reaccionar.
IáS ENZIMAS DISMINUYEN
LA BARRERA ENERGETICE DE LA
REACGIÓN, PERO NO AFECTAN LA K"q
Si bien una enzima afecta la AG¡ mediante su par-
ticipación dinámica en las reacciones que cataliza
Velocidadr = velocidad-r
K,[A]"IB]'= K-r[,\B,]
Por tanto"
-

178. (r-ease adelante), igual que todos los catalizadores,
permam sin cambio al completarse la reacción. La
prmia de ¡ma enzima no tiene efecto alguno sobre
la
"tGF'
de la reacción en conjunto, que es una función
¡inicamentedel estado inicial y final de los participan-
¡ss. Toda vez que la constante de equilibrio de una
rroi<rn química es una función del cambio de la ener-
gía libre estándar para una reacción
^Go
=
_RT en K"q,
se deduce que las enzimas y otros catalizadores no
pueden influir en la dirección
-o
modificar la cons-
tante de equilibrio- de una reacción química. Es deciE
si se intenta, de manera explícita, incluir la presencia
de la enzima en el cálculo de la constante de equili-
brio de una reacción
A+B+Enz--P+Q+Enz
la expresión de la constante de equilibrio
K.q=
se reduce, inmediatamente, a una expresión idéntica a
1a que coresponde a una reacción que procede en au-
sencia de la enzima:
x"o=iHEl
tAItBI
Las enzinnas catalizan la formación
o ruptura de los enlaces covalentes
Para la reacción de transferencia de grupo
D-G+A+A-G+D
un grupo G, se transfiere desde un donador D-G, al
aceptor A. La reacción, en conjunto, involucra la rup-
rura del enlace D-G, y la formación de un nuevo
enlace A-G.
Las reacciones de transferencia de grupo, catali-
zadas por erzifia, pueden representarse como sigue:
D-G-\,- Enz <-- .>A-G,Y
J< >Enz-G r A
,, -::-:a- , r. .-t-..3.tiza tres características importantes
i¡ ..s :::;:.::3s ¡1. transferenciade grupo, catalizadas
po: e.-z_:t::
1) Cada ie.lCJlt-ii ¡e¡cta1 implica tanto la ruptura.
como 1a tbmt¡.-rr.n de un enlace covalente.
2) La enzima es un reactante que interactita tanro
con D-G como con A.
3) En tanto que para la reacción en conjunto la enzi-
ma actua de manera catalítica (es decir, se requiere
sóio en cantidades mínimas y se recupera sin
cambio, una vez que la reacción se completa), para
cada reacción parcial, constituye un reactante
estequiométrico (es deciq se requiere en una pro-
porción moiar de 1:1 con el resto de los reac-
tantes). En este tipo de mecanismo catalítico, la
aceleración de la velocidad se iogra al generar un
proceso alterno de dos etapas; en éstas, los esta-
dos de transición poseen valores de AG, mucho
menores que los de una transferencia por colisión
en una etapa, en ausencia de la enzima.
Muchas reacciones bioquímicas adicionales,
pueden considerarse como casos especiales de
transferencia de grupo, en los cuales pueden estar
ausentes D, A, o ambos. Por ejemplo, las reaccio-
nes de isomerización (como la interconversión de
la glucosa-6-fosfato y la glucosa-1-fosfato) pue-
den representarse como reacciones en las que D y
A están ausentes:
'-(
Enz
)-".)
E¡2-5-----
Las enzimas ap!'oxirnan a los reactantes
y aL,¡mentan su concentraeién local
Para que se lleve a cabo cualquiera de 1as reacciones
anteriores, 1a totalidad de los reactantes debe aprori-
marse hasta la distancia de formación de enlaces (o de
ruptura de enlaces). Para una solución química sin
catalizadores, la concentración de las molécu1as
reactantes es homogénea en toda la solución; esta si-
tuación ya no se presenta después de introducir un
catalizador; éstos poseen dominios superficiales ciLr:
enlazana las moléculas de la reacción. Si bien este en-
lazamiento es un proceso reversible, la constante d-
equilibrio del conjunto para el enlace favorece en srl:
medida la formación dé las variantes enlazadas.
-n"s
que de las variantes iibres de las moléculas reacrai.iies
Cualitativamente, esto se podría representar como s I--g
'. :
Reactante + catalizador ;-
complejo reactante-catal zac :
-
Cuantitativamente, se podría expresar 1a tu::2" :. ,
relación entre un reactante R, y un catailz.::- - .-
términos de la constante de disociacion. i: -;- . t:_-: :
complejo R -C. o la constanre dc ¡;.t .. ^ -
-.-
reacción
R- C==R + C
- _trI tct
^"
-
[R'cl
Enzimas: cinética .
105

179. (Cupíttrlo 91
Por taoto. rm valor bajo de la K¿ representa un com-
plejo R{ estrechamente enlazado.
Una consecuencia importante es que, cuando un
reactante etTaza a w catalizador, eleva la concentra-
ción del reactante en una parte restringida de la so-
lución, muy por encima de su concentración en una
solución libre del catalizador. Por tanto, ya no se ffata
de la química de soluciones homogéneas, sino de la
cüímic4 de soluciones heterogéneas
. Si el calalízador para una reacción bimolecular
(dos reactantes) enlaza a ambos reactantes, la concen-
tración local cle cada rcactatte se incrementa por urr
factor, que depende de su afinidad individual (valor
K¿) por el catalizador. Debido a que la velocidad de la
reacción bimolecular
A+BrA-B
en su conjunto es, como se mencionó anteriormente.
proporcional a la concentración de ambos, A y B. el
enlace de A y B al catalizador, puede resultar en tm
incremento enoÍne (de varios miles de veces) de la r e-
locidad de la reacción en conjunto.
LA CATALISIS TIENE LUGAR
EN EL SITIO ACTIVO
Una propiedad crucial de las enzimas corresponde a
su capacidad p ara enlazar los reactantes, con un incre-
mento concomitante en la concenfración local de los
reactantes y, por tanto, en la velocidad local de la reac-
ción. Las enzimas son catalizadores ext¡emadametrte
eficientes, y muy selectivos. Para comprender esfas
propiedades distintivas de las enzimas, se requiere
definir el concepto de sitio "activo" o "catalitico".'
EI gran tamaño de las proteínas, con respecto a
los sustratos, condujo al concepto de que ula región
restringida de la enzima, el "sitio activo", tenía a zu
cargola catálisis. Inicialmente, resultaba dificil com-
prender e1 motivo del gran tamaño de las enzimas,
cuando, aparentemente, sólo se requería una porción
de su estructura para el enlace de1 sustrato y 1a catáLi-
sis. En la actualida{'se reconoce que la interacción
con el sustrato tiene lugar en una porción bastante
mayor de la proteína de 1ó que se ..rprso iniciálmente.
Ura vez que se reconoció la necesidad de sitios
alostéricos de tamaño equivalente, el tamaño de las
enzimas dejó de constituir una sorpresa.
*
Si bicn muchos textos cquiparan los sitios actn o ¡ catalítico de
las enzimas, en éstas existen otros sitios
"actiros"
encatgados de ia
regulación de la actividad cnzimática rlás qlie de la cnzirnoiogía
intermedia del proceso catalítico.
El rnodeb de un sitio catalítico
rígido erglica muchas propiedades
de las erzimas
delo de un sitio catalítico, propuesto por Emii
rer- risualizó la interacción entre el sustrato y Ia
na en términos de una analogía "cerradura y lla-
Este modelo de cerradura y llave o de plantilla
--
- -.::: 9 2). sigue siendo útil para 1a compren-
: - J|IaS prooiedades de las cnzimas. Dor. : 3r'Ias propiedades de las cnzimas. por
. : ¡n1ace ordenado c1e dos o rnás sustratos
-- I , ,¡ lq at¡á+ie q ,-le lc nr ¡ n¡q ,-le <ctr rre.iÁn ,lF-
: -nlace Ordena0O Oe OOS O mas SustratOS
-:
, o la cinética de la curva de sarur'ación de
un sustrato sencillo.
Lc sustratos inducen camb¡os
de conformación en la enz¡ma
Si bisn el modelo de Fischer explicó la especificidad
de las interacciones enzima-sustrato, la rigidez del sitio
rtirode laenzíma,implícita en dicho modelo, resultó
incapaz de explicar los cambios dinámicos que tienen
hryaórrante la catalisis. Unmodelo que considera am-
bos aspectos de la catálisis enzimática, corresponde al
modelo del ajuste inducido de Koshland. En el mo-
delo de Fischer, se presume que el sitio catalítico está
preconfigurado para ajustarse al sustrato. En el mode-
}o del ajuste inducido. el sustrato induce un cambio en
la conformación de la enzima, de la misma manera
er que la introducción de la mano en un guante, indu-
ce c*mbios en la forma del guante. El enlace con el
s¡¡strato alinea los residuos de aminoácidos u otros
grupos en la enzima a una orientación espacial correc-
a para el enlace del sustrato, la catálisis o ambos: La
prrz'rn4
a su vez, induce cambios recíprocos en los
§¡süzrtos correspondientes, los cuales modifican la
sieatación y 1as conflguraciones, hacia las de un es-
udo de transición y, por tanto, dicha enzima úilizala
energía intrínseca del enlace, liberada por la interac-
ciirn sustrato-elzima a fln de disminuir la AGp.
En el ejemplo (frgura 9 4), los grupos hidrofó-
bicos ) los cargados (con rayas) están involucrados
en el enlace del sustrato. En la catálisis, están invo-
lucrados una fosfoserina (-P)
, y el
-SH
de un residuo
de ci*eína- Otros residuos, no involucrados en pro-
ceso alguno. esfán representados por los residuos Lis
y Met Fn ausencia del sustrato, los grupos catalítico
Figura 9-2. Representación de la formación de un comple-
jo EnzS de acuerdo con la hrpótesis de la plantilla de Fischer.
106 . Bioquímica de Harper

180. Enzima.c: cinética . l,'
,r'ü /'*'/--' '"--}.
I / z' 7 >\
'i+¡i¡)\*-_+!
'.ñ\- ::\_> '__-_ ._. -i,
§rgi).4É g
Figura 9-3. Representación de la acsorción secuencial de
una coenzima (CoE) y de dos sustratos 1S- y Sr) a una enzi-
ma en términos de la hipóiesis de la plantllla. Se presupone
que la coenzima posee un grupo fundamental para el enla-
ce del primer sustrato (S,), lo cual, a su vez facilita el enlace
del Sr.
y de enlace del sustrato, están separados por una dis-
tancia de varios enlaces. La aprorirtiacrón del sustrato,
induce un cambio en la confbmtacion de Ia proteína
de 1a enzima. el cual alinea conectamente los grupos
para el enlace del sustrato y para la catáiisis. Paralela-
menie. se modifica la orientación espacial de otras
regrones; la Lis y la Met están ahola más cercanas entre
si qligura 9-4).
Los análogos del sustlato. pueden producir algu-
nos, pero no todos, los carnbios coffectos en la confor-
mación (figura 9-5). Con la adhesión del sustrato ver-
daderc, (A), todos los grupos (mostrados como puntos
negros) se llevan al alineamiento corecto. La adhe-
sión de un análogo de1 sustrato que resulta demasiado
"abultado" (figura 9-5B) o demasiado "esbelto" (fi-
gura 9 5C) induce alineamientos incorrectos IJna
característica final, consiste en el sitio que se muestra
como una pequeña muesca a la derecha. Es posible
visualizar una moiécula reguladora enlazada a este
punto, la cual'Jala hacia abajo" uno de los brazos
polipeptídicos que poftan un grupo catalítico. En este
caso, es posible que tenga lugar el enlace del sustrato,
pero no 1a catálisis. Como se ilustra en el modelo del
ajuste inducido. los residuos comprendidos en ei sitio
catalítico pueden quedar distantes entre sí en la es-
tructura primaria, pero espacialmente cercanos en la
estructura tridimensional (terciaria).
Mueh*s residuCIs asminaaciie
contribuyen al sitio aetÉvo
¿Cuáles son las porciones de una enzima que contri-
bu¡,en, o forman parle del sitio activo? Esta pregunta
Flgura
-
= =:
-===-.,
- :n bid mensional de un ajuste in-
:uC rr -:r .''.: -' -.-a: :e conformación en la estructura
ie:a :'::= -. l:s=-,.^:a as posicrones relativas de los
Tes o'.cs '-':¿-=-'.¿ =:
,-:es y después del enlace del
su strato.
Enz + S EnzS
ABC
Figura 9-5. Representación de los cambios de conforma-
ción en la proteína de la enzima al enlazar el sustrato (A) o
análogos inactivos del sustrato (8, C) (Después de
Koshland.)
se responde mejor al examinar la estructura tridirnen-
sional de los complejos ternarios (tres componentes),
formados por Llna enzima y dos sustratos. Sin embar-
go, incluso en el estado cristalino, en presencia de
todos los sustratos,la catálisis tiene lugar, 1o que
complica la interpretación de la infbrr-nación. A pesar
de esto. se ha demostrado la utilidad de examinar la
estructura de los denominados complejos ternarios
abortivos, colxpuestos de un sustrato y un producto, o
de los cornplejos formados por la enzima, un sustrato
análogo y un inhrbidor. Estos complejos, que no
pueden transformarse, proporcionan información
aproximada del sitio activo durante la etapa inicial de
Ia catálisis: el enlace del sustrato. Estos estudios mues-
tran que muchos residuos aminoacilo están en contacto
con los sustratos o las coenzimas enlazados y, por tan-
to, constituyen parte del sltio activo.
E1 gran tamaño y el carácter tridimensional de los
sitios activos, detetminan su visualización óptima en
las pantallas de 1as computadoras, al utilizar progran.ras
que penniten girar la estructura en todas las direccio-
nes, magnif,icar las porciones de interés y observar 1as
estructuras en tres dimer.rsiones. Las iimitaciones de
la página impresa, permiten sólo una representacitin
imperfecta de los sitios activos, sin embargo, es po:1-
b1e establecer algunas generalizaciones.
i*cs sltr*s *r:tiyos *ftr'! .fr#úiie¡'!ei€
"$e
lm*el;uffin ep hcmclli*luras
E,n el caso de 1as enzimas formadas por urll -r,:
unidad, el sitio activo con frecuencia reside ¡r- -:-..
hendidura de la enzima. Uno de estos ejenr'.ri,:: ,. -
rrcsponde a la lisozirna. unt erlzirna pte:tlt:- ,
lágrimas y en el moco nasal, la cual lisa 1a ¡-,::, : --
lular de ntuchas bacterias grampo5rti a- t :"' . -'
por el aire. Constituida por una cadena ¡¡,.:.: - - ,
sencilia, de 129 residuos. la lisozinta ¡rr>3: ,-r j -;-
, -
dura central profunda que alberga r.rn s,:r,-- ;..-. -
seis sul¡sitios (figura 9-6). los c,-r-. ..
=:'
.-. - .-
sustralos. Lo: re:idtLo. r'c-1.,
..
- ,''.- -
-
enlace, selocaliz¡nentrel.').. ,- . ,,---.
los grupos ca¡t¡ori1¡ J:l r,. :- .
: j
rccer. este itltttr.- ¡¡
-.- :: I :: i : -
- - :

181. (Capítulo 9)
4., As3 1C]
-,. a: á, Ser 100
Trn Ái
/
lte 98
le)
Y
Ata 107
Asn 59
.( 1ro
.16g
Asn 46 ()
Asp s2
I
Gtu 35
J. Ala
'1
10
€
Ser 36 \
\^
t)
Ars 114
Figura 9-6. Representación bidimens¡onal del sitio catalÍt cc
en la región hendida de la lisozima. De A a F, represeniar
las porciones glucosilo de un hexasacárido. Algunos res -
duos en la región de la hendidura, se muestran con los nL-:-
ros respectivos en la secuencia de la lisozima. (Adap:a:a
de Koshland.)
sustrato, mientras el Asp 52, cargado negati ani-a.:.
estabiliza desde la pafte posterior al ion c3r'lütili :i-
sultante.
El sitio catalítico de la ribonucleasa. tan:br¡ ..
localiza en el interior de una hendidl-r¡a srmr..: . : ::
la lisozima; transversales a ésta, se encu-arl- l: s .-
siduos His 12 e His 119 localizados. di ;;'.-:r. . -l
la evidencia química, en el sitio catalíticü
Los sitios activos de las enzimas
multiméricas pueden localizarse
en las interfases de ias subunidades
En el caso de ciertas enzimas con multiples DL': :il
tidos o subunidades, el sitio activo reside en la titer,-.:
entre dichas subunidades. Los residuos amino¡'-.-u-
procedentes de los dos sustratos, contribu)'en ai sit:c,
activo, al servirpara enlazar los sustratos o para hter-
venir en la catálisis. Un ejemplo corresponde a
'a
enzima HMG-CoA reductasa, que es la enzima li-
mitante de la velocidad en la síntesis de1 colesrerol
(figura 9 7).
Los residuos catalítieos
están altamente conservados
Cierlos aminoácidos. en parlicular la cisteína y los
aminoácidos hidrorilicos. ácidos o básicos, tienen fun-
ciones importantes en 1a catálisis. Estos residuos sirven
como nucleófilos, catalizadores básicos o ácidos ge-
nerales, o como aceptores de un grupo en transferencia.
Es probable que el mecanismo de ia reacción quími-
ca, sea idéntico para todas las r,ariantes de una enzima
que catalizan una reacción, o un tipo de reacción, cual-
quiera que sea el tejido o la forma de vida de proce-
dencia. En consecuencia, los aminoácidos que realizan
Fgra $7. Estructura de una unidad de la HMG-CoA reduc-
tesa de fa bacteria Pseudomonas mevalonii. La subunidad
mrsta de dos dominios, el más pequeño (abajo izquierda)
orrrthrc un pliegue de enlace nucleótido compuesto de hoja
py háies a. Los residuos aminoacilo están numerados para
ffirel tazado del curso del polipéptido, desde la terminal
arirc (N) hasta la terminal carboxilo (C). Obsérvese que el
polipéptido inicia en un gran dominio, ingresa al dominio
peque¡o, y iermina en el dominio grande. (Cortesía de C
La*rrence, V Rodwell, y C Stauffacher, Universidad Purdue.)
frnciones altamente específicas en la catálisis y, en
algrmamedida, los aminoácidos adyacentes, tienden a
effi sumamente conservados, incluso entre géneros.
El cua&o 9-1 ilustra esta conservación de la estructu-
ra primaria, en los sitios catalíticos de enzimas hi-
&oliticas relacionadas, pero diferentes. El cuadro 9-2
ilr¡str¿ la conservación de los patrones de la estructura
pimaria a través de los géneros de la enzima biosin-
tética HMG-CoA reductasa. Sin embargo, toda vez
que es posible constmir un patrón estructural terciario
a pmtir de estructuras primarias diferentes, la estructu-
ra primaria de las enzimas está mucho menos conser-
rada que la estrucfura terciaria.
MÚLTIPLES FACTORES INFLUYEN EN
I.AVELOCIDAD DE LAS REACCIONES
CATALIZADAS POR ENZI MAS
Temperatura
Si bien e1 aumento de la tempera-hrra incrgmefia la
volocidad de una reacción catalizad4por una enzima,
esto resulta válido sólo en un intervalo de temperatura
estrictamente limitado. Inicialmente, la velocidad de
la reacción se iacrementa conforme la temperafura

182. Secuencia alrededor de la serina @
Enzimas: cinética '
Cuadro 9-1 . Secuencias de aminoácidos vecinos a los sitios catalíticos de algunas protea§as bov¡nas.
Las regiones mostradas corresponden a las que se hallan a cada lado del sitio catalítico
de los residuos serilo (S) e histidilo (H).
Enzima
Tripsina
Quimiotripsrna A
Quimiotrips na B
Trombina
D S C Q D G@C C P V V C S G K
S S C M G DOC C P L V C K K N
S S C M G D@C C P L V C Q K N
D A C E G D@O O P F V M K S P
Secuencia alrededor de la histidina @
V V S A A@C Y K S G
V V T A A@G G V T T
V V T A A@C G V T
V L T A A@C L L Y
" Rep'c:;: ::
=¡
autorización de Dayhoff MO (editor): Aflas of
19i 2
,..:r'::.:. debido al incremento de la energía cinética
:. -:: :ro1éculas reactantes. Finalmente, sin embargo,
: .:.ergía cinética de la enzima excede la barrera
:-:r,setica para Ia ruptura de los débiles puentes de hi-
::!rgeno y de los enlaces hidrófobos, los cuales
Jt¡nServ&n la estructura secundaria-terciaria de dicha
enzima. A esta temperatura, predomina la desnatu-
lalización, con la pérdida concomitante, rápida, de la
actividad catalítica. El intervalo de temperatura en el
cual la enzima conserva una confomación estable y
catalíticamente competente, por 10 general depende
de la temperatura
-y
la excede moderadamente- de
las células en las cuales se presenta. Las enzimas
de 1os humanos conservan una temperatura corpo-
ral de 37
oC,
suelen ser estables a temperaturas de
hasta 45 a 55 "C. Las enzimas de los microorganismos
que habitan en los manantiales termales y las troneras
hipertérmicas del fondo del océano, son estables por
amiba de 100 "C.
El Q,u o coeficiente de temperatura, representa el
tactor por el cual se incrementa la velocidad de un
proceso biológico por un aumento de 10 "C en la tem-
peratura. La velocidad de muchos procesos biológicos,
Cuadro 9-2. La estructura primaria de algunas
regiones del sitio catalltico puede conservarse
_a ,
=:
--=
Sequence and Structure,Vol 5. Nat¡onal B¡omedical Research Foundation,
por ejemplo, la velocidad de contracción en un cora-
zón, casi se duplica por un incremento de 10 "C en la
temperatura (Q,o :
2). La modificación de la veloci-
dad de muchas reacciones catalizadas por enzirnas.
inducida por un aumento o disminución de la tempe-
ratura colporal, constituye un factor de sobrevivencia
para los tipos de vida como de las lagarlrjas, que no
mantienen constante su temperatura corporal. Por e1
contrario, los organismos homeotermos como los hu-
manos! toleran sólo modificaciones muy limitadas de
la temperatura cotporal. Por tanto, en los humanos.
cambios en la velocidad de las reacciones debidos a
variaciones en la temperatura, resultan de importan-
cia fisiológica limitada, excepto en la fiebre o en la
hipotermia.
En los organismos homeotermos, un incremento
en la cantidad de moléculas con suficiente energía
cinética para superar la bar:rera energética de las reac-
ciones, ofrece pocas opciones fisiológicas. Entonces.
¿cómo
incrementan las enzimas la velocidad de 1as
reacciones? La respuesta reside en la capacidad de
las enzimas para disminuir la barrera energética de las
reacciones, así como para incrementar la concentri-
ción local de los reactantes.
Porlo general, almedir la actividadenzimátic¡ ¡ : .-
rentes valores de pH, la actividad óptila Se t r:;r -
en valores de pH entre 5 y 9. Sin embargo. tiil¡: - ,-:i -
tas enzimas (p. ej., la pepsina) son actilas a
"
. - :: , -.
pH bastante alejados de este inten'alo.
La forma de las curas de la activided. -, : - -: -
- -
tes valores de pH está determinada por 1.' .
=-
-
.
-
l) La desnaturalización de 13 .'i,i ::-.-, .
'
bajo.
2) Las modiflcacione. :¡ ., :'::,, . - - -
,
zirna o de lu. .t:'L:
'
e1 pHpuede.',I.'ii-:t ::-. -,-
-
' !: --==---=- :: a-':a: ccs que rodeanlos residuosdeglutamato
3 :: :-=:: :: :-r: -= :19 Jarticipan en la catálisis a cargo de Ia
s-,z,Ta il.lG-l::, i??-c:asa. Los residuos circulados se desvían de
ra sea-e'c ¿ :e :a.:gis3 cara la enzima de los mamíferos.
a través de géneros*
M G A C C@N V I G Y
M G A C CON V I G Y
M G A C C@N V I G Y
S G A C C@N V I G Y
L N A C CoN v L G Y
= G A C C@N V I G Y
Aminoácidos

183. (Cupítulo
9)
:..:r-_r .j...un ru:iduo
!tte ¡r.,.._
.__:.
- -,.1..r..c rlel sustrato u _t. ..
-:-- -..: - .:: - ;,.:ntplo. considérescurla enztilt:
- _ _ :- :.-,ii1\.r (EnZ-) que reacciona CLrr LI..
:_i :t,- j¡,.¿rga
positir,,a (SH
):
Enz-+g¡1-rEnzSH
{ Lin pH ba¡o, la Enz- se protona y picr<ie sri .::. :
r"-g:lli a:
' Enz- + H* r EnzH
4
y" p¡t alto, el SH* se íonizay pierde su car-qa po_
sitiva:
SH-oS+H*
Toda vez que, por definición en este ejemplo- lor
:ni._o:
elementos que interactuan son Ét Sii ¡- ru
Enz-, los valores extremos del pH disminukín ia con_
centración efectiva de Enz- y de SH* y, por tanto. dis_
minuirán la velocidad de h róacción (águra 9g)- Solo
en la porción sombreada
"o., "*""r,"r" "o.lráo*Enz y S en el estado iónico apropiado, y las.or.*
traciones máximas de Enz y A" § se piesentan con la
carga coffecta a pH X.
Las enzimas también pueden sufrir cambios en La
conformación por variaciones del pH. Es posible qrrc
para conservar una estrucfura terciaria o cuaternaria
activa, se requiera un grupo con carga, distal a la re_
gión a la cual se enlaza el sustrato. Conforme se cambia
la carga de este grupo, es posible que la profeina se
desenrolle, se haga más compacta o se disocie en
protómeros; en cualquier caso, habrá pérdida de la
actividad. Dependiendo de la intensidad de estos cam_
bios, la actividad puede o no restaurarse cuando la
enztma regresa a su pH óptimo.
I-a relocidad inicial de una reacción corresponde a la
r-elocidad medida antes ¿" tu fo.ma.ion J"üáiu",i_
dad deproducto suficiente para qu" tu r"u""1ári.r'r".ru
tetrql lugar. La velocidad inióial ¿e una-r"a"ci¿,
=*li1d"
¡nt enzima, siempre ., piáp.*iá.ái
"
r,
corcemración
de la enzima. Sin emUa.go,
"riu
ur"r"_
rrció{r es válida sólo para tas vetocidaíes i;l;;.r.
LA
LA ENZIMA
[Enz] = 9.1 [9/mL = 10-s molar
[S] = 0.1 m§/ml = 10-3 molar
Iá@NCENTMC¡ÓN
DE- SUSTRATO AFECTA
¡..AVELOCIDAD DE LA REACC¡ÓN
Eni
gxnlicación siguiente, las reacciones enzimáticas
se t¡lahn como si tuvieran un solo sustrato y un solo
proaucto. Sibien éste es el caso en ulg*rriJuüion",
"*g=dp
por enzima. la mayor pa,t-e áá1ai reáccio_
Ites E€ne dos o más sustratos y productos. Sin embargo,
hI c¡nsideración no invalidá ia explicacion.
Al incrementar la concentración de un sustrato
[S];
aI tiempo que el resto de las condici;;;;;;;;;;"*,
lg1stante,
la velocidad inicial medida v¡ (Ia vetoci_
¿t medida cuando ha reaccionado muy poto-r*t uto;,
s incrementa hasta alcanzar
""
uut* [*i*ol n*
tfigura 9-9).
I-a velocidad se incrementa conforme aumenta la
cmmnrración del suskato, hastaunpunto en el que se
dil-que laenzima se..satura,,"or, ái"ho sustraá. La
daidad inicial medida, alcar:iz;a un v alor máximo que
no se modifica por incrementos subsecuentes dJ la
cmrcntración del sustrato, debido a que existe un gran
ases¡o molar de sustrato respecto a la enzima. por
eierrylo. si una enzima con peio molecular de 100 000
rmcbna con un sustrato de peso molecular 100, y
ambos se encuentran a una concentración de I mg/
mL. existen I 000 moles de sustrato por cada mol de
henzim¡. Unas cantidades más reales pueden corres_
poodcr a
pH
Figura 9-9. Efecto de la concentración del sustrato sobre Ia
velocrdad de una reacción catalizada por enzima.
Figura 9-8. Efecto del pH sobre Ia actividad enzimátrca

184. Enzi¡na.s: cinétic'a . l
para dar un exceso molar de 106 de sustrato respecto a
la enzima. Incluso si [S] se disminuye 100 veces, el
sustrato todavia se encuenlra €n 'n exceso molar de
10 000 veces respecto a la enzima
Las situaciones en los pmtos A, B y C de la figu-
ra9-9, se ilustran en lafigtra9-10. En lospuntos AyB,
sólo una parte de la erzima presente se combina con
el sustrato, a pesitr dt €xistir muchas más moléculas
del sustrato que & la enzima. Esto se debe a que la
constante de equilibrio & la reacción Enz + S: EnzS
(formacióndelorylejo EnzS) no tiene un valor infi-
nito. Por lffi, a los puntos A o B, el aumento o
dismimriiin de [S] incrementa o disminuye la canti-
dad d€ fu. enlazada a S como EnzS y, por tanto,
l¿ y deperylede
[S].
Ea el pmto C, prácticamente toda la enzima se
oodine con el sustrato; así, un incremento subse-
rr'.'ür de [S] no se traduce en mayor velocidad de la
rmifo, debido a que no queda enzima libre para reac-
cinm' Bajo e-stas circunstancias, la velocidad de la
reacción depende únicamente de
-
y, en consecuen-
cia, queda limitada por- larapidez ala cuaTprocede
la caüílisis en el sitio catalítico de la enzima.
El caso B señáIa una situación de mayor interés
teórico, en la cual exactamente la mitad de las mo-
lécula§ de la enzima está "safurada" con el sustrato.
En concordancia, lavelocidad corresponde a la mitad
de la velocidad máxima (V^
"/2)
obtenible con esa
concentración particular de enzima.
La ecuación de Michaelis-Menten
La concentración del sustrato que produce la mitad de la
velocidad máxima, denominada 1l- o constante de
Michaelis, puede determinarse experimentalmente al
graficar ia i,¡ como una flinción de [S] (figura 9-9). La
K., se expresa corno concentración molar.
Cuando [S] es aproximadamente equivalente :i
la K,,,. la ri es úluy sensil¡le a los cambios en lS] y 1a
enzirna traba.ja a Ia mitad de su velocidad rnáxirna. De
hecho, muchas enzimas poseen valores de K,,,. que se
aproximan a la concentración fisiológica de sus
sustratos.
La expresión de Michaelis-Menten
Vi=
V'"'
!9¡
K, +
[S]
describc c1 comportamiento de muchas enzimas con-
lorme varía la concentración dcl sLrstrato" En una
reacción catalizada por enzima, 1a dependencia de Ia
velocidad inicial de [S]
y de.K.,, puede ilustrarse cva-
iuando la ecuación de Michaelis-Menten. en las
si guientes condiciones :
1) Cuando [Sl es mucho menor que la 1(* (el pun-
to A, en las figuras 9-9 y 9 l0). La adición dcl
tórmino [S] a la K,, en el denominaclor, cambia
muy poco el valor de ósta. de tal manera que el
térn,ino fSl
puede eliminarse del dcnominador.
Toda vez que la tri,,,, y la K,., corresponden a colts-
tantes, es posible sustituir la proporciórr de ambas
por Llna constante nueva, la K:
v,
= [*S];v
= *#
=
h
[s] =xlsr
fu significa "aproximadamente igual a".]
En otras palabras, cot'i una concentreción de
sustrato considerablemente por abajo de la rcque-
rida para producir la mitad de la vclocidad márinr.,
(cl valor l(,,,), la velocidad inicial. u¡, dependc Lle
la concentración de1 sustrato fSl.
2) Cuando [Sl es mucho mavor que la 1(,o (el pu:,-
to C, en las figuras 9-9 y 9 10). La adicion .1:
términoK,,, al [S]
en el denorninador. cai-nbia ltt..'
f' ¡)
r. F,
t€
L1F
*}J
(C
/ ft
*f-\
.
k-("
l§ry','
*o J¡§'t+)
h) r.
or*JÚ
r.} ,f1}, 11
É-, [*)
(#.J
d\g |
-.._t
u ,^ ffi. ,Yl,
¡sffi§c?ffi3§.
L L-\.
f o/
\q?
f¿--,
I I -:
1--: : .
c
sustrato (A), altas (GFigura 9-10. Representación de una enzima a bajas concentraciones de
,., C corresponden a los de la figura 9-9.

185. (Capítulo 9)
poco el l-alu del denominador, por 1o que el térmi-
no,Q puede eliminarse del denominador:
v,=
Va3¡IS] ..r,
-Y.er,[Sl -
rrvt=
o* ¡5¡;vr
=
[s]
=
vmax
Esto est¿blece que, cuando la concenfación deI
sustrato [S] excede por mucho el valor de la K-,
lavelocidad inicial, v;, es máxima, es decir la Z*,.
3) Cuando [S] = r(. (el punto B, en las figuras 9-9
y 9-10).
y,- Vrrr[S] .r¡
=
Ymax [S]
=
Vr", [S]
=
Yr*
-
Km lsl
+ [s] 2lsl 2
Esto establece que, cuando la concentración del
sustrato iguala el valor de laK-, 1a velocidad ini-
cial, vi,resulta máxima. También señala la manera
de establecer el valor de laK-, es decir, cómo de-
terminar, experimentalmente, la concentración
del sustrato a la cual la velocidad iaicial corres-
ponde a la mitad de la velocidad máxima.
Para determinar la K^y lá V,,*
se utiliza una variante Iineal
de la ecuación de Michaelis-Menten
La medición directa del valor numérico de 1a l* en el
laboratorio (y por tanto el cálculo de la K*), a menudo
requiere de concentraciones altas, poco prácticas. de
sustrato, con el objeto de alcanzar 1a saturación. Para
superar este problema, las expresiones lineales de la
ecuación de Michaelis-Menten permiten extrapolar fá-
cilmente la V^u*y \a K^, a partir de las velocidades de
la reacción medidas con concentraciones de sustrato
menores que las de la saturación. Es posible inverti¡
y factorizar la ecuación de Michaelis-Menten como
sigue:
Se invierte:
.r,
-
Vrur[S]
''- Kr+ [s]
,, _ Kr+ [SI
''-
v.ur[S]
Se factoriza:
esta ecuaci.,n. se ajusta a la ecuación general de la recta
y=¿.y+l
S- '
:, , ', . se grafica como función de x, o de l/[S], la
,:-:;-s:.-,-rón en/', b, corresponde a lll/^,,,, y la pen-
j,.:::. ¡. corresponde a K,nlL',n,. Es posible asignar
--:--
',
¡lor a 1a intersección r negativa, estableciendo
j.,.3 :
0. De esta forma:
__ b_ 1
^-;--K.
t.:: gráf-rca se denomina de doble recíproca, es decir,
.. ::;iploca de la u1 (1/vi) se grafica contra la recípro-
,, :e Sl (1/tsl).
La K,,, puede estimarse a partir de la gráfica de
doble recíproca o de Lineweaver-Burk (figura 9- 11),
--. .zando, ya sea la pendiente y el intercepto en I, o
-- .ntercepto negativo. en.t. Toda vez qLle [S] se ex-
::;:f, en molaridad, las dimensiones de la -lK* se
:1.:r.san en molaridad o moles por iitro. Debido a que
'
:i. es independiente de [Enz],
ia velocidad, li, pue-
-3
-resarse en cualquier unidad. El tratamiento de
:: r l!- reciproca, requiere relativamente de pocos pun-
.: > :.1ra definir la K,,., y constituye el ntétodo más
,. . . - . zado para determinar esta constante.
Erperimentalmente, el uso del criterio de Line-
'.,. ::. :r-Burk para determinar la K,", puede dar lugar
, ,.:: :nt-asis injustifrcado sobre los datos obtenidos a
:-r is .Lrncentraciones de sustrato. Éste seria el caso,
:*:nitr ias concentraciones de sustrato seleccionadas
:":" :1 ¡srudio, difierenporun mismo incremento cons-
:':ie. Ta1 inconveniente puede superarse mediante la
s:i:.-clon de concentraciones de sustrato cuyas recí-
procas drlieren por incrementos constantes.
Figura 9-1 1. Gráfica de doble recíproca de Lineweaver-Burk,
de 1/v contra 1/[S], utilizada para valorar la K*y la V^.,.
'=J' "=t3l
1-Kn.1+ [SI
Vi Vmax tS] Vr", [S]
1-ñ!.J* 1
Vi Vma, tsl Vmax
.l
t¡JSe simplifica:

186. Enzimas: cinética-t,-'
Un criterio opcional para 1a valoración experimen-
tal de la K,,, y de l3 trl,.., corresponde al de Eadie y
Hofstee. La ecuación de Michaelis-Menten se reordena
para quedar como sigue:
Para valorar ia K* y la V^u*, se grafica el término v,/
[S]
(eje de 1a1) respecto del término v1(eje de lax). La
intersección¡ corresponde a V^*lK,n,y la intersección
r corresponde a7a V,ou*. La pendiente corresponde a
-71K,..
Si bien los criterios de Lineweaver-Burk y de
Eadie-Hofstee resultan útiles en casos selectos, la de-
terminación rigurosa de la K- y de la tr/-u*, requiere de
tratamiento estadístico.
Los valores de la K* tienen considerable valor
:::¡tico. Con una concentración de sustrato de 100
. .--:. l¡ ,(.-. una enzima actlará, básicamente, a su
:,:),.n.r
-'
eltrcidad y. por tanto, la velocidad máxima
r I- . r :e¡letará la cantidad activa de 1a enzima. por
lo
general. esra siruación es la deseable en el análisis
de las enzimas. E1 r alor de 1a K* indica la cantidad de
sustrato a utilizar con objeto de medii la V^,. Los tra-
tamientos de doble recíproca también se aplican
ampliamente en la er-aluación de 1os inhibidores
enzimáticos.
La K, puede aproximarse
a una constante de enlace
tr-a alinidad de una enzimapor el sustrato, equivale
¿ la inversa de la constante de disociación, la K¿, para
e1 complejo enzima-sustrato EnzS.
rnz+S5EnzS
k1
K
K.
o=
K,
Planteado de otra manera, mientras menor sea la ten-
;:rcia dei sustrato y la enztma a disociarse, mayor
.:¡ ¡itará 1a añnidad de la enzima por el sustrato.
r- -,
alor de la K. de una enzima por su sustrato
.ir : ::, ¡uede servir como una medida de su K¿. Sin
: - r :-_- . :-1:a que esto resulte verdadero, debe incluir-
::
--:
:-::stción en la derivación de la ecuación de
',1 - .: .-l.l;rt¿n. La derivación supone que la pri-
.t:t: :-:t: :; . :eacCión Catalizadapor enzima
k-
Enz + S: EnzS
k.
rr :.; -:t :;uilibrio. En otras palabras,
:. ;..,,;:¡;ión del complejo EnzS. en
Enz + S, debe ser mucho más rápida que su disocia-
ción en enzima + producto:
EnzS3EnzS+p
k4
En la expresión de Michaelis-Menten, el término
[S]
que da \: V,nu*12 corresponde a:
lsl=Í?7-6' =
¡1^
pero cuando
se tiene
k-,>> k,
kz+ kto k-t
v
[sl=
[,,_x"
Bajo estas condiciones, 11K,":l/K¿: afinidad. Si 1a
suma É2 + k , no es aproximadamente igual a fr ,, e1
término l/K,, subestima la alinidad, 1/K¿.
La ecuaeión de i-li!l
Ciertas enzimas y otras proteínas fijadoras de ligando.
como la hemoglobina, no presentan la cinética de sa¡¡-
ración característica de Michaelis-Menten. A1 graficar
[S] contra la vi, la curva de saturación resulta sigmor-
de (figura 9-12). Generalmente, esto indica el enlal-e
cooperativo del sustrato a múltiples sitios. EI enla-
ce en uno de los sitios, afecta el enlace en los otrt ¡.
tal como se describe en el capítulo 7 parael caso de i
hemoglobina.
Vi
tsl
=
-Vt .
I Vmax
+
Km Km
/
Figura 9-12

187. (Cupítulo 9)
En el mo de Lr ciné*ica sigmoide de saturación
del s¡¡stm¡o. il) s(xl vrilidos los métodos de evalua-
cim gnifica de la concentración del sustrato, la cual
da lugr a la velocidad máxima, comentada antes (no
se gen€ra lineas rectas). Para evaluar la cinética
dg@ide de la saturación, se utiliza la gráfica de la
ecr¡acion de Hill, una e cuación derivada, originalmen-
te, par¿ describir el enlace cooperativo del O: a la
hemoglobina. Escrita de manera lineal, la ecuación
de Hill es:
los
--Vi " =
nlog[S] - logK'
" V-r, -Vi
donde k' es una constante compleja. La ecuación es-
tablece que cuando [S]
es baja, comparada con fr'. la
velocidad de la reacción se incrementa a la eaesima
potencia de [S]. La figura 9-13 presenta una gnifica
de Hill, de los datos de una enzima con cinética de
enlace cooperativa. Al graficar el término v1(Ir*-r.)
contra el logaritmo de [S],
se obtiene una línea recta
con inclinaciín: n, en donde z corresponde a tm
parámetro empírico, cuyo valor depende de la canti-
dad de sitios para el enlace del sustrato, así como de lia
cantidad y tipo de interacciones entre estos sitios
de enlace. Cuando r: 1, los sitios de enlace actuande
rnanera independiente uno del offo, y se obtiene '¡ra
safuración simple, es decir, se observa rrll comport¡l-
miento cinético de Michaelis-Menten. En el caso de
n >1,los sitios son cooperativos; en este caso, amayor
valor de r?, mayor es la cooperación y, por tanto, resrl-
ta más sigmoide 1a cinética de la saturación. En el caso
de n <1, se dice que los sitios presentan cooperati-
vidad negativa.
A la mitad de la velocidad máxima (vi: Y*.12\-
vL(V^u*- vi) :
1 y, por tanto, el logaritmo de vt(Y*-
v,) :
0. En este caso, para determinar S5e, es decir, la
concentración del sustrato que produce la mitad de
la velocidad máxima" setrazauna línea perpendicu-
lar al eje de las r, desde el punto en el cual é1 logaritrno
de v/(V^*- ,,) :
0.
EL ANALIS¡S CINETICO DIFERENCIA
LA INHIBICIÓN COMPETITIVA
DE LA NO COMPETITIVA
Si bien los inhibidores de la actividad enzimática se
diferencian con base en la anulación o no anulación
de dicha inhibición por el aumento de la concentra-
ción del sustrato, muchos inhibidores no presentan las
propiedades ideales de la inhibición pura competitiva
o no competitiva, analizadamás adelante. Una manera
alterna dé clasifrcar a los inhibidores consiste en ha-
cerlo de acuerdo con su sitio de acción' Algunos inhibi-
dores se enTazan a la enzima en el mismo sitio del
-4 sso -3
Log IS1
Flglra 9-13. Valoración gráfica de la ecuación de Hill para
deterÍ*nar la concentración del sustrato que produce la mi-
¡ad de h velocidad máxima. Este método se utiliza cuando
b cirÉüca de saturación del sustrato es sigmoide.
slstrato (el sitio catalítico); otros se enlazan a algún
sitio distante (un sitio alostérico) del sitio catalilico.
Los inhibidores competitivos típicos
semejan al sustrato
I-a inhibición competitiva clásica, tiene lugar en el sitio
de enlace (catalítico) del sustrato. La estructura quí-
mica de un inhibidor análogo al sustrato (I), por 1o
-sEneral
es semejante a la del sustrato (S). Por tanto,
diL[s inhibidor se combina, de manerareversible, con
la Enzima para formar un complejo enzima-inhibidor
lEnzf). en lugar de un complejo EnzS. En presencia
de ambos, el sustrato y el inhibidor, compiten por los
mismos sitios de enlace en la enzima. Un caso clásico
de inhibición competitiva es el del malonato (I) con el
succinato (S), por la deshidrogenasa succínica,
La deshidro genasa suc c ínica c ataliza 7a formaciín
del fumarato, mediante la eliminación de un átomo de
hidrógeno de cada átomo de carbono cr del succinato
tñgura 9-14).
El malonato ( OOC-CHr-COO )
puede com-
bina¡se con la deshidrogenasa para formar un complejo
EnzI. Este complejo no puede deshidrogenarse, toda
vez que no existe manera de eliminar ni siquiera un
átomo de hidrógeno de un carbono u del malonato, sin
que se forme un átomo de carbono pentavalente' La
única reacción que puede real\zat el cornplejo EnzI,
H*c*coo-
11
ooc*c--H
suEinato
Fu;naráto
Figura 9-14. Reacción de la deshidrogenasa succínica

188. Enzimas: cinética', -' :
es su descomposición para resresar a enzima libre más
inhibidor. Para la reacción rer"er:ib1e
Enz-laEnz+l
la constante de e,luLi-i:-,:. ,\. es:
- -
[Enz][l] -xr
^
-
[En. ¡-x-'
La acción J: - s -r:ibrdores oompetitivos puede en-
tenderse l:- .nr::r:,¡s de las siguientes reacciones:
'- z,Enzl
(inact¡vo) ----x-+Enz + P
-vtr'lz <
{5\.EnzS (activo) ; Enz + P
-,
. ¡irrcidad de formación de1 producto, depende ex-
: :.ir.amente de la concentración del complejo EnzS.
Supóngase que el inhibidor se enlaza flrmemente a la
enzima (K; :
un valor pequeño). En este caso, existe
poca enzima libre (Enz) disponible para combinarse
con el S y formar el complejo EnzS y, finalmente,
Enz + P, por tanto, la velocidad de la reacción (for-
mación de P) será lenta. Por razones análogas, una
concentración igual de un inhibidor que se enlaza
con menor fuerza (Ki: un Valot alto) no disminuirá de
manera tan notable la velocidad de la reacción ca-
taltzada.
Supóngase que con una concentracióu fija de I se
aña<le más S. Esto incrementa la probabilidad de que
Enz se combine con S, en lugar de hacerlo con I, por
tanto, aumenta ia proporción de EnzS respecto de Fnzl
v en consecuencia. la velocidad de la reacción. Con
una concentración suficiente cle S, Ia concentración
de EnzI resultará despreciable y, en este caso, la velo-
cidad de la reacción catalizada será la misma que en
ausencia del inhibidor (figura 9 15).
F¡grra 915. Gráfica de Lineweaver-Burk de la inhibiciÓn
cornpemiva tífica. Obsérvese la eliminación total de la inhi-
bki5fl a rrabres altos de [Sl Oajo
1/[S]).
La Eráfiea de doble reoíprooa facllita
la evaluación de los inhibidores
La figura 9-15 representa un caso tipo de inhibición
competitiva, en una gráfica de Lineweaver-Burk. La
velocidad de la reacción (r;,) con una concentración fija
del inhibidor, se midió con diversas concentraciones
de S. Las líneas trazadas a travós de los puntos dei
experimento, coinciden en el eje de las ¡.
Toda vez
que la intersección¡ corresponde a llV,no,, dicha inter-
sección establece que, a concentraciones infinita- mente
altas de S (l/tsl :0), la v¡ es la misma que en ausencia
del inhibidor. Sin embargo, la intersección en el eje
de las -r (la cual se relaciona con 1a K,,,) varía con Ia
concentración del inhibidor y adquiere un valor mayor
( 1/K'.. es menor qLle 1/K.,) en presencia de1
inhibrdor. Por tanto, un inhibidor competitivo au-
menta la 1f," aparente (K',") por el sustrato. Debido a
quc la K., coresponde a la concentración de1 sustrato
a la cual la concentración de la enzima libre es igual a
la concentración de la enzima presente como EnzS, se
dispone de enzima libre suficiente para combinarse
con el inhibidor. Para el caso de la lnhibición compe-
titiva simple, e1 intercepto en el eje de las -t es:
1
x-(t+-!l ).
Kt'
La K* puede valorarse en ausencia de I, y la K¡ puede
valoraise mediante la ecuación anterior. Cuando la
cantidad de moles de I añadida es mucho mayor que
la cantidad de moles de la enzima presente, por 1o ge-
neral se puede considerar a la [I] como la concentración
del inhibidor que se añadió (conocida).
Los valores de la Kr para una serie de inhibidores
análogos del sustrato (competitivos) indican cuáles de
éstos ion los más eficientes. A baja concentración, los
que presenten valores menores de la K;, pr-oducirán
un grado mayor de inhibición. Muchos fármacos
clínicamente eficaces, actuan como inhibidores com-
petitivos de actividades enzimáticas importantes en las
células microbianas y animales.
Los inhibidores no comPetit¡vos
revers¡bles disminuYen la V,",,
pero no afectan la K,
En la inhibición no-competitiva, no existe competencia
entre el S y el L Por 1o general, el i¡hibidor pre§€rüa
poco pareóido estructural, o ninguno, con S y- prede
i.rpot
"rse
que se enlaza a un dominio diferente de h
enzima. Loi lnhibi¿ores no-competitiros rer-ffsible§
disminuyen la velocidad máxima alcanzable a -
concentiación determinada de enzima lrtis¡niryn b
Z.*) pero, generalmente, no afectaa la -áL-Iod¡ re
q"éi
V
S pueden unirse a sitios diferenres & h ilÉ
áu,
"t
potibl" la formación de mbm oqtqi¡x-Ed
y EnzIS. Debido a que FnzIS pude c¡ci¡--
U1
I§]

189. 'I
I
I
I
i
formar producto. pero a una velocidad menor de la
correspondiente ¿ F¡rzS, la reacción puede hacerse más
lenta- pero no se intemrmpe. Pueden presentarse las
reacciones competitivas si guienles:
4,Enz-t*gU
Enz§u
*i)enr-ls
o Enz + P
'-'*enz-s?'
)
Enz+P
En caso de que S tenga una afinidad igual por Enz
1-
por EnzI (I no afecta la afinidad deBnz por S), se oF
tienen los resultados mostrados en la f,rgura 9 16- al
grafrcar 1/v1 contra 1/[S], en presencia y ausencia del
inhibidor. Se presupone que el enlace de I no modifi-
ca significativamente la confotmación del sitio actiro-
Los inhibidores irrevers¡bles
"envenenan" a las enzimas
Diversos'tenenos" enzimáticos, por ej emplo- la ¡-odo-
acetamida, iones de metales pesados (Ag-, Hgr-)- oxi-
dantes, etcétera, disminuyen la actividad de la enzima
Por 1o general, estos inhibidores modifican químicameoe
residuos de aminoácidos en la erzima que tienen ñ:n-
ciones fundamentales en la catálisis. Este proceso nr-r
puede revertirse por eliminación del inhibidor libre
restante, ni mediante el incremento de 1a concentra-
ción de sustrato. E,stos inhibidores, a menudo no tiEnen
semejanza estructural con el sustrato' Sin embargo-
cuando el sitio del ataque químico no se localiza en el
interior del sitio catalítico, la presencia del sustrato o
del producto a menudo ejerce un efecto protector- al
impedir o retardar el acceso del inhibidor a los resi-
duos de aminoácidos que son su blanco en el interior de
La enzima. El análisis cinético del tipo anteriormente
descrito, puede no diferenciar entre 1os venenos
enzimáticos y los inhibidores no-competitivos rever-
sibles. En todo caso, la inhibición no competitita
reversible es poco común. Desafortunadamente. esta
diferencia no siempre se aprecia, debido a que ambas
inhibiciones no-competitivas, la reversible y la irre-
versible, presentan cinéticas similares.
.1
tal
tvl
Figura 9-16. Gráfica de Lineweaver-Burk de la inhibición
no-competitiva reversible.
La mayor parte de las reacciones
involucran dos o más sustratos
I-a explicación precedente sobre las reacciones catali-
ze¡l*s
¡nr
enzima, considera sólo a las que involucran
srstralGs v productos únicos. Sin embargo, la mayor
pute de las reacciones bioquímicas involucra dos o
más s¡-stratos y productos. Si bien el análisis cinético
detallado de las reacciones multisustrato escapa al
trsposito
de este capítulo, más adelante se consideran
las reacciones de dos sustratos y dos productos deno-
minadas"Bi Bi".
Términos especiales describen las
reociones enzimáticas complejas
Pua caracter izar las reacciones complej as catalizadas
Fr
enzima, se utilizan las convenciones siguientes:
ls§$stratos se denominan A, B, C y D, según el orden
€n que se enlazan ala enzima. De igual manera, los
¡roórctos
se denominan P, Q, R y S, de acuerdo con e1
orden en que abandonanla enzima. Las variantes de
l¡enzima se denominan E, F y G, donde E coffespon-
de a la enzima libre.
Los términos Uni (1), Bi (2), Ter (3) y Cuater (4)
irrfican el número de reactantes y productos. Si bien
mrrhas reacciones catalizadas por etzima involucran
rás reactantes y productos (p. ej., las reacciones Bi
Ter), aquí sólo se:consideran las reacciones Bi Bi, es
decir, É que tienen dos sustratos y dos productos. Sin
embago, cabe señalar que el desarrollo de las ecua-
cirnespara aescdbir e1 comportamiento de reacciones
más complejas, catalizadas por enzima, se lleva a cabo
rylir:ado
las mismas técnicas básicas utilizadas para
derhar la ecuación de Michaelis-Menten.
Reacciones en secuencia
o por desplazamiento único
En las reacciones en secuencia (secuenciales) todos
los sustr¿tos deben combinarse con la enzima antes
de la liberación de producto alguno. Las reacciones de
este tipo. también se denominan reacciones de des-
plazamiento único, debido a que el grupo a transferir
-(G)
p"tu directamente desde el sustrato donador
A---G al sustrato acePtor B.
Segím lamanera en que los sustratos se enlazan a
la enzima- se establece una diferencia entre las reac-
ciones con ordm aleatorio y las reacciones con orden
obligatorio. En las primeras, cualquier sustrato pue-
de ser el primero en enlazarse, para formar E-A o
E-8. En cambio, en las segundas sólo A puede reac-
cionar con E. en tanto que B reacciona únicamente
con el complejo E-A (frgura 9-11).Una explicación
para el orden obligatorio en la adición del sustrato es
que, la adición de A induce un cambio de conforma-
c1ón que alinea residuos esenciales para el enlace de B
'

190. Enzimas: cinétic'tt
.
A
I
P
t
B
l
t
o
t
E EA.FP F FB.EQ E
Figura 9-17. Representación de las tres clases de meca-
nismos de la reacción Bi Bi. l-as líneas representan la enzima,
y las flechas, la adición de los sustratos y la salida de los
productos. Arriba: un mecanismo Bi Bi ordeqado, caracte-
rÍstico de muchas oxidorreductasas dependientes de NAD(P)"
Centro: una reacción Bi Bi aleatoria, típica de algunas
deshidrogenasas y cinasas. Abajo: una reacción de ping-
pong, característica de las aminotransferasas (transaminasas)
y de la quimiotripsina.
Las reacciones en ping-pong
El término ping-pong se aplica a los mecanismos en
los cuales se liberan de la enzima uno o más productos
antes que todos 1os sustratos se hayan enlazado, Las
reacciones Bi Bi de ping-pong cor:responden a las reac-
ciones de doble desplazamiento, debido a que el grupo
.: ransferir (G), se desplaza primero de A G, me-
I¿nte E. y luego de E G, mediante B, para formar el
::.-.lucfo Q-G.
La información cinética permite
diferenciar los tipos de mecanismo
¡(
nlbrmación cinética del estado de equilibrio y las
rciones de lavelociclad arlrooiadas. sc r-Ltilizan oaraelociclad apropiadas. sc r-Ltilizan para
ccntración del sustrato A, emplcando diferentcs cern-
jurtos de concentraciones (constantes) del sustlato B.
Por lanto, la in{brmación se obtiene para B comt
sustrato variable, y para A como sustrato constante.
A1 expresar los datos en grál'rcas de dol¡1e recíproca.
los patrones de las 1íneas revelan el tipo de mecani>-
mo. Por ejemplo, las línc¿rs paralclas, diagnostican r-ur
mecanismo Bi Bi de ping-pong, y las 1íneas que
intersectan en el cuadrante negativo, diagnostican un
mccanismo Bi Bi ordenado.
Los estudios de inhibición por producto, sc utili-
zan para completar esta clase de aná1isis cinéticos^
así como para dif-ercnciar entre 1os mecanismos Bi Bi
orcienados y los mecanismos Bi Bi aleatorios. Por
ejemplo. en una rcacción Bi Bi en equilibrio rápido.
cualquiera de los productos constituye un inhibidor
competitivo de A, a [B]
constante. y dc B, con [A] cons-
tante. Los patrones de inhibición más complejos de
1as reacciones Bi Bi ordenad¿rs, involucran patrones
tanto cor.npetitivos como mixtos de inhibición. depen-
diendo de qué producto se estudia, así como de qué
sustrato varía y cuál se conser\¡a constante.
.¿, : -_:r
. ::ti:¡--.:.:-l
L r I e m pe ra I u ril. p H, c oncen t rac i ó rISILZUniitjCa* !:on -
.rcan la r c-
l-or-irlad delrcissial§9qqlizq4lq
pgr§:rzr"rjr*s, con
e&etosrmporlanfes-en-l¿salldy]a qnrtg!lg{g_q_.-I-as
enzimas modifican la velocidad de rcacció¡¡tedi¿nie
I I Ia disrnliución de h ener§iá dc actir ación para h lbr-
mación c1e estados de transición; 2) al sen ir como aglu-
tinante del sustrato, 1o que incrementa la concentración
local del sllstrato, y conservan a éste en las conforma-
ciones que lavorecen reacciones químicas especíltcas:
y 3) al proporcionar residuos de aminoácidos clivos
grupos funcionales tienen tareas específicas en 1a ca-
tálisis. Aunque 1as enzimas modifican profundament"
la vclocidad de las reacciones. no alectan ias constar.iie.
de equilibrio, o los cambios en la energía libre del ct l--
junto de las reacciones. La catálisis enzimática rnr --
lucra estados de transición de rnenor energía qr-re 1. .
correspondientes a las reacciones no catalizatle..
que disn.rinuye la barrera energética dc la reac.i.r.
E,l enlace del sustrato y la catálisis sc gener.ilr .'
el sitio catalítico (aotivo)" una región tridimen:i,,:-.,
-
-
la enzima qtre pr-lede contener, además de los res : .
dc aminoácidos. coenzimas cl iones nret¿ilico. L . - -
tios activos. con fiecucncia se locaLizan en h.'r..- -
de las enzimas. o en las interf-ases LIE- 1a: :rit..:' -,,--
cn c1 caso de ias cnzimas multirnérica-s. \i .i:':
los sustratos, los sitios catalíticos puede: j.. : , .
-
de conformación. 1os cuales pu.¡.'r. :-:".
mucho más a1lá del sitio cataliti¡¡ rr'.'i,.:--:': , -
clcl 0, a la i.rcmoglobri.irt, l.¡,- . -.,
.' - - - i
r-nacir.¡r'r. rnclLicidi,s lrol' -' i r
iir';L'n.i i'.,.. l..
-
:1i1. : -.-.
-
. :
ciar los mecanismos. Los téminos en estas ecua-
!-G de doble recíproca
I¡ ürenciar los mecanismos
:inéticas son análogos, si bien más numerosos,
la ecuación de Michaelis-Menten para sustrato
)ichos términos incluyen: l)la V^*,la veloci-
a reacción medida cuando A y B se presentan
,," : -,¡i¡nes de saturación: 2) las concentracio-
, I :'-'.lreljdas para alcanzar ia mitad de la
j' :-.,t aL1ando el otro sustrato se encuen-
-.,. ,,l >titur¿tltte; y 3) 1as constantcs dc
, ':.'recion de A v ts de la cnzima.
secuenc¡ales
ü€s tipos de mecanismos,
vclaided inicial de lacon-

191. 1-i . j (Capítulo 91
.d rr,.J-;; :--.; rr:elllpelarttra de una enztma aurreu-
:.. -, .: ¡ ¡.¿:¿ i¡ i¡ re¡.'ciu-,t-i se increnlenta; sin eul-
Ii::.,- . -::,- !L.a!-Je sr¡1tr hasta alcanzar el pr-rnto en qLre
--r ::-.::S.-: Jinetica de 1a enzima ercede a la requel'l,i:
r:r: ,¿ r-:iprura de 1as ñlerzas débiles no-covalellte.
J!- lrintienen ias estructuras seclrndaria y terclJri-
:r¡¡r. as de dicha enzima. En este punto. la actrr
jd¡L'
.irsminul'e abruptamente. Los cambios r¡ás moder.¡r-
dtrs efl la temperatura, también af'ectan 1a velocrd¡:
de las reacciones catalizadas por enzimas úi lzi o ¡r3¡¡
.
en el caso de los organismos honeoterlrlos, co111tr -r :
humanos, en una extensión estrictamente limitad¿.
Los cambios moderados en el pH (es decir. erl :
intervaio de 5 a 9) afectan Ia actividad enzimátic¿l :'''--.
modificar la carga de 1os grupos R débilmentc ácid,'r
'
básicos de los aminoácidos que participan ya sea er ' -
catálisis, en el enlace del sustrato o en la conlbill---,-
ción del sitio catalítico. Los cambios en e1 pH tall-r:-;
pueden modificar la carga de los sustratos. PoL ¡¡t' -.
las enzimas actilan óptimamente a valores espe;i:--. '- '
de pH (pH óptimo). Los extremos de pH desna:i::--
-
zan 1as enzimas al protonar o desprotonar los resi
j
-- -
-
de aminoácidos ácidos o básicos, de tnanera Qll3 :: . :
1,a
no pueden formar los enlaces salinos que caii>::-
van 1as estlucti¡ras secundaria y tcrciaria v. en aig --:-- '
casos, tarnbién la estructt¡ra uttatemaria.
En casi todas las situaciones de interés tlsiol¡-: -
co, la concentración molar de la enzima [E]
es infin:'
por órdenes de magnitud, a la concentración nl,'i-,-
áe su sustrato [S].
Por tanto, y toda vez que se dispone -:
abundante sustrato pa.ra reaccionar con ia enzit.l.l¡ -
-
bre. cr.ralquier incremento o disminnción erl .-
concentración de la enzima. se acoirpaña por c1 .. -
rrespondiente aumento o disminucióll de 1a r eloctJ*.-
de reacción. Sin embargo, los cambios en la collc:1.-
n'ación del sustrato [S]
af-ectan la velocidad de re &r-t .l
sólo cuando se dispone de sul'rcielrte enzima iible p":'
reaccionar. A su vez, con el enlace de toda 1a enzt¡l---
en forma cie un complejo -EnzS (condiciones de I -
los incrementos subsecuentes de IS]
ya no au111.:li;l
la velocid:rd de reacción. La ecuación de Mich¡el.-
\'lenien desclibe los cfectos de 1a concentración c:-
sustrato sobre 1a actividad de muchas enzimas. La cons-
tante de \lichaelis (K,,,). conesponde a la concentra,-
j¡'::
del sustrato requeridapara alcanzarlamitad de la ve-
locidad m.íxima de la reacción (V^*12; la mitad de la
enzima esrá en la forma EnzS). Los valores de la K. se
expresan en unidades de molaridad y se determinan
gráficamente. Parauna gráfica de doble recíproca de
I r; respecto a l/[S], la intersección x corresponde a
-l
.r(*
1-
la interseccióny corresponde a llV^*.Elefec-
to de [S]
sobre la velocidad de una reaccióncatalizada
porenzimas alostéricas, se describe mediante la ecua-
cióa de Hill. La mayor parte de las reacciones catali-
zadas por erlzima, involucran dos o más sustratos o
poú¡ctos. Las diferentes clases de reacciones Bi Bi,
reírcsiones que involucran dos sustratos y dos produc-
tsr se diferencian con base en: a) si el sustrato se une
de rnanera secuencial o aleatoria, y b) si los productos
-
liber¿n antes de que todos los sustratos se hayan
rmido ala enzima (reacciones ping-pong Bi BD'
Los análogos de sustrato, que se enlazan de manera
relssible al sitio catalítico y actuan como inhibidores
coryetitivos de las enzimas, incluyenmuchos fá,rmacos
rzliosos en medicina. La mayor parte de las sustan-
cias químicas que poseen poca o ninguna semejanza
con los sustratos , y que se enlazatal sitio catalítico o
haatguna otra región de la enzima, actúan como inhibi-
dues no-competitivos de la actividad enzimática. Dicho
de manera breve; los inhibidores competitivos dismi-
mry-en la K^ aparente, pero carecen de efecto sobre la
I-:. entanto que los inhibidores no-competitivos, dis-
minu¡'en la V^u* sin afectar la K-. Estos inhibidores
1roeden
diferenciarse mediante la medición de la acti-
iidd eorimática con diferentes con- centraciones de
ysüato, en presencia y en ausencia del inhibidor. Pos-
ffii<rmente, ambos conjuntos de datos se grafican como
I r; ontra l/tSl. En el caso de la inhibición competiti-
ra tipica, las dos líneas intersectan en el eje de las y
tes dscir- laV^u*rro cambia), pero la intersección en el
eje& las-r (-1lK*) disminuye como consecuencia de
la¡resencia del inhibidor (es decir, aumenta laK- apa-
rente). En la inhibición no-competitiva, el intercepto
en el eje de las y (llV^ *) disminuye en presencia del
inhibidor(es decir, la Z.u* disminuye), pero no se afecta
el intercepto en el eje de las x. I
REFERENCIAS
Bender ML, Bergeron RJ, Komiyamall/I: The Bioorgatti,
Che mis try of Enttn a ti t Ca¡alr'sls. Wil ey-lntersci ence.
1984.
Freeman RB, Hawkins HC (editors): The EnzymoLog.r o/
P o s ttr atts latic¡na l Mo difi c a t i on ol P ro t e ins. Academic
Press.1985.
Lawrence CM, Rodwell V\Ñ', Stauffacher CV: Crystal
stt'ucture of Ps¿udomonas mevalonii HMG-CoA reduc-
tase at 3.0 angstrom resolution. Science 1 995;268: 1 758
Scgel IH: Ezz-rrzre Kinetics. Wiley Interscience, T9T5'
Sucfnng Cf : Enz-vme Chemistry. Chapman & Ha1l, 1 990'
SymonJRH: Small catalytic RNAs. Annu Rev Biochem
1992.61:.641.
Watsh CT: Errymtic Reaction Mechanisms. Freeman, 1 979'
Walsh CT: Suicide subsüates, mechanism-based enzyme
inactivators: Recent developments' Annu Rev Biochem
1984;53:493.
Véase también las referencias del capítulo 7.

192. 10
Enzimas: mecanismos de acción
Victor W. Rodwell, PhD y Peter J. Kennelly, PhD
grdrR*DL"Jee
tén*
Los mecanismos de la catálisis enzimática reflejan rnuy
de cerca los mecanismos de 1a reacción química. Sin
embargo, a diferencia de los catalizadores orgánicos
o inorgánicos, más sencillos. 1as enzir.nas poseen una
especificidad para el sustrato muy elevada, y una enor-
me eflciencia catalítica, a consecuencia de1 prolongado
desarrollo evolutivo de los sitios activos, exquisita-
mente adaptados para una catálisis selectit,a y rápida
de reacciones particulares.
Las vías o rutas por ias cuales las enzimas con-
viefien los sustratos en productos involucran, más que
¡"rn intermediario enzima-sustrato sencillo, una suce-
:ión de intermediarios enlazados a la enzima. La meta
lnal del estudio de estos mecanismos consiste en co-
'-,rccr,
a nivel molecular, la razón de la eficiencia y la
::oecificidad catalítica de las enzimas. Este propósito
:quiere la identiflcación de1 paso limitante de la ve-
:idad de la reacción, en conjnnto la caracterización
-.
.rrs intennediarios enlazados a la enzima, así como
'
.lentillcación de los iones metálicos o grupos fun-
-r..naies de los residuos de aminoácidos, coenzimas o
--:.1pos prostéticos que parlicipan en ei enlace de los
:,r:1r3toS. 1os productos y los intennediarios en el sitio
.:- .,,. rr. que intervienen directamentc en la catálisis. Por
:
* lil con el metabolismo intermedio, el estudio de
. - ;:::'.¡diarios en las vías metabólicas, se ha deno-
'
- : :.rLrdio de los intermediarios enlazados a 1a
- . .: --¡r'n.ian
durante la catálisis, "cnzimolo-
: - -
- - -, ," En estc capítulo, las características
: - -
-
-
- -. -, ., .-:rálisis enzimática se ilustran me-
- :- - , -
- '-:
,,- ttrrrtlipsina, unaproteínacotnparati-
,-: . , - _:,-::tL'eottttenecoe[zimas,grupos
-: - -......,'..
IMPORTANCIA BIOMEDICA
Los eventos moleculares que acompañan la conver-
sión de los sustratos en productos, constituyen el objeto
de estudio del mecanismo de acción de las enzimas.
Estos estudios conducen a un criterio razonado, para
la terapéutica y el diseño de fánnacos, áreas con gran
potencial de desarrollo en el futuro inmediato. La in-
formación estructural de alta resolución, obtenida
mediante la cristalografla de rayos X, combinada con
la información mecanística facilita, en la acfualidad,
el diseño de fármacos inhibidores de enzimas especí-
ficas como la HMG-CoA reductasa, la enzima marca-
paso de la biosíntesis del colesterol. Los estudios
mecanísticos también sugieren las vías en las cuales
es posible utilizar la tecnología del DNA recombjnante,
y la mutagénesis puntual dirigida, para modificar la
especificidad enzimáfica o 1a eficiencia catalítica. Es-
tas técnicas, tinalmente, habrán de facilitar el diseño y
la introducción, a los humanos, de enzimas con las
propiedades especí ñcas deseadas.
LA "ENZIMOLOGfA INTERMEDIA"
DE LA QUIMOTRIPSINA ILUSTRA
CARACTERISTICAS GEN ERAI-ES
DE LA CATALISIS ENZIMATICA
La quimotripsina cafaliza la hidrólisis de los enlaces
peptídicos en los cuales el grupo carboxilo pror iene
de un aminoácido aromático (Fen, Tir o Trp). rr de
uno con grupo R no polar voluminoso (ir,Iett. I.'*:,-
que muchas otras proteasas, la quimotripsiaa tambt::
cataliza la hidrólisis de ciefios ésteres. Si bien i¡:.-
pacidad de la quimotripsinapara catalizar la hid:,:,--...
del éster carece de imporlancia hsiológica. ie;-.,- .-
estudio del mecanismo catalítico.
119

193. ---
120 . Bioquimica de Harper (Capírulo l0)
Figura 10-1 . pnitrofenilacetato (PNPA).
El su-strato sintéticop-nitrofenilacetato (figura I 0-1 )
-)cilita ei análisis colorimétrico de la actividad de la
quimotripsina, debido a que lahidrólisis de dicho com-
puesto libera p-nitrofenol. En medio alcalino, éste se
convierte en el aniónp-nitrofenilato, de color amarillo.
cuya concentración se puede determinar fácilmente me-
diante un espectrofotómetro, instrumento que mide la
absofliancia de la luz, a longitudes de onda deter.rninadas.
LA CINÉTICA DE
-FLUJCI-
I NTERRI-' MPI DO" REVELA
LA'ENZI MOLOGíA I NTERMEDIA"
DE ¡.A QUIMOTRIPSINA
La cinética de la hidrólisis del p-nitrofenilacetato
por la quimotripsina, puede estudiarse en un aparato de
"fl uj o-interrumpido". Los experi mentos cle fl uj o-inte -
mlmpido utilizan cantidades de la enzima equivalentes
a ias del sustrato (por 1o general cantidades equimola-
res de la enzimay del sustrato) y miden los eventos que
acontecen en ios primeros milisegundos que siguen a
la mezcla de la enzima y el sustrato. El aparato que
n-ride el flujo tiene dos jeringas: una con quimotripsina
v otra con el p-nitrofenilacetato. La mezcla instantá-
nea de la enzima y el sustrato se logra mediante un
dispositivo mecánico que expulsa de manera rápida I
simultánea los contenidos de ambas jeringas enuntubo
angosto que pasa a través de un espectrofotómetro. La
absorbancia resultante de la mezcia, se transmite a una
computadora para su visualización y análisis.
La liberación del p-nitrofenilato
es bifásica
La liberación de1 anión p-nitrofenilato tiene lugar en
dos fases diferentes (figura 10 2): 1) una fase "explo-
?iernpo (ms)
Fgua 10-2. Cinética de la liberación del anión pnitrofenilato
con la hidrólisis del p-nitrofenilacetato a cargo de la
qulnoúipsina en un aparato de flujo interrumpido. El "fenol
liberado'se calculó a partir de la densidad óptica del anión
p-niúofenilato.
siva-- caracterizadapor la liberación rápida del anión
¿nirofenilato, y 2) una liberación adicional, subse-
cuente y más lenta, del aniónp-nitrofenilato. El carácter
bifisico de la liberación del anión p-nitrofenilato re-
sulta comprensible en términos de las etapas sucesivas
de Ia catrálisis que se muestran en la figura 10 3.
La etapa lenta corresponde
a la hidrólisis del complejo
qu¡motripsina-acetato (QT-Ac)
[im vez que la totalidad de la quimotripsina disponible
se ha convertido en QT-Ac,
no puede continuar la li-
beración del anión p-nitrofenilato, sino hasta que se
libere más quimotripsina a consecuencia de la lenta
remoción hidrolítica del anión acetato, a pafiir del com-
pkjo QT-Ac (frgura 10-3). La fase "explosiva" de la
libmación del aniónp-nitrofenilato (figura 10-2) co-
rreryonde a la conversión de toda la quimotripsina libre
disponible en complejo QT-Ac, acompañada de la li-
beración simultánea del anión p-nitrofenilato. La
liberación de este anión (fenol; PNPA) subsecuente
a la fase explosiva resulta de ia liberación lenta de la
quimotripsina mediante la hidrólisis del complejo
QT-Ac. Esa quimotripsina libre queda disponible para
la formación subsecuente de complejos QT-PNPA y
QT-Ac. con la liberación concomitante de PNPA. En
realidad. la magnitud de la fase "explosiva" (es decir,
los moles de aniónp-nitrofenilato liberados) es direc-
tamsnte proporcional a la cantidad inicial de moles de
quimotripsina.
e-r+ P*A._cr*HPel+** L i' *,
Rápida
Figura 10-3. Etapas intermed as en a catál sis de la hidrólisis del ,e.n t'¡':- ¿..'.a'.r..' a quimotripsina. (QT, quimotripsina;
PNPA, p-nitrofenilacetato; QT-PNPA complejo quimotripsina-qnitrofef a:e:aic ¡i-¡¡ l3mplejo quimotripsina-acetato;fenol,
anión ¿nitrofenilato; Ac-, anión acetato.) La formación de los compie os QT-DNPA,, QT-Ao. es rápida con respecto a la hi-
drólisis del complejo QT-Ac.

194. Enzüna.s: ntecan.ismos de accititt .
: ) -
La serina 195 tiene una part¡cipación
fundamental en la catálisis
El grupo acilo del intermediario acil-Ql se enlaza a
un residuo de serilo mu-l. reactivo (la serina 195) de la
quimotripsina. La
-eran
reactividad de la Ser 195 se
demuestra por su capacidad para reaccionar con el
diisopropi lfosfofl uorhidrato (DIPF) ; los 27 residuos
restantes de serilo de la quimotripsina no poseen esta
propiedad (fi-zura 1614). Con otras proteasas de se-
ri¡a se presentan reacciones análogas.
La deritatización de la Ser 195 inactiva a la quirno-
tripsina uchas otras proteasas se inactivan con eI DIPF
mediante un mecanismo análogo. Estas proteasas se
denominan "serina proteasas" o "proteasas de serina".
Un complejo amplificador de carga
funciona como lanzadera de protones
durante la catálisis
El amplificador de carga de la quimotripsina involucra
tres residuos aminoacilo en posiciones distantes de la
estruchra primaria, pero a una distancia apropiada para
formar enlaces en la estructura terciaria. Estos resi-
duos coresponden al Asp 102, His 57 y Ser 195. En
tanto que la mayor parte de los residuos con carga de
la quimotripsina se localizan en la superficie de ia mo-
lécula, los correspondientes a la red de carga se en-
cuentran "enterados" en el interior no polar de la
molécula. Los tres residuos se alinean en el orden
Asp 102-His 57-Ser 195.
Recuérdese que la Ser 195 constituye el residuo
que la quimotripsina acila durante la catálisis. El acer-
camiento de1 anión acetato (proveniente delp-nitrofe-
nilacetato) al átomo de oxígeno en el grupo R de la
Ser 195, desencadena un desplazamiento secuencial
de protones, que son "lanzados" desde la Ser 195, a
través de la His 57, hasta ia Asp 102 que pasan (figura
10-5). Este lanzamiento amplifica la reactividad quí-
mica del oxígeno del grupo serilo, y acelera la velo-
cidad de la acilación.
Durante la desacilación del intermediario acil-
Ser 1 95, los protones se "lanzan" en la dirección inver-
\a- )' esto facilita la liberación clel grupo acilo y la
OHF
:-: .- . i-- [*rÁ-,
o
-.
P=
'r
0
Enz*CH2*0*P=0
I
O
L/\
Figura 104. Reacción del hidroxilo primario de la Ser 195
de la quimotripsina con el diisopropilfosfofluoridato (DIPF).
ii
-,,t\-
-C-O-
. - .H-¡lí.-----,\*N. . . -1r-C-s*r
i' w-/ 7
AsD¡lt
-
¡
{-ris sub'
(es decir. ÁÉ
t
t
I
I
I
I
.t
l-,1
-,il-ü-.,-..i'.!/
f,l
-H
L, ,.'qÉr
l-
' I
'a-'
'-
')
Figura 10-5. Operación de la "lanzadera" de protones de la
quimotripsina durante la acilación de la Ser 195 por el sus-
trato (Sus).
restauración de la Ser 195 a su estado original. Se estima
que una serie análoga de lanzamientos protónicos
acompaña a la hidrólisis de un sustrato fisiológico de
la quimotripsina, como un péptido.
Igual que muchas proteasas, la quimotripsina se
libera de los ribosomas en forma de precursor erzimá-
tico, catalíticamente inactivo, denominado proenzima
o cirrógeno. Como se expiica en el capítulo I l, la con-
versión de la proenzirna quimotripsinógeno a la enzima
activa quimotripsina involucra una serie de eventos
proteolíticos selectivos que, finalmente, resuitan en e1
desenmascaramiento del sitio activo y en el aiineamien-
to del complejo amplificador de carga que es respon-
sable de la catálisis.
Catálisis por la fructosa-2,6-bifosfatasa
La fosfohidrolasa fiuctosa-2,6-bifosfatasa (capítu1o I 1 r
catahza la remoción hidrolítica c1el fosfato en e1 ca¡bo-
no 2 de la fructosa-2,6-bifosflato. La figura 1 0 6 ilust¡:
la participación de siete residuos del sitio actilo d'.--
rante la catálisis a cargo de e sta fosfohidrolasa. A1 rcu-
que la catálisis a cargo de las serina proteasas. esta .;-
tálisis involucra una "tríada catalítica", que en est- .-l> -
consta de dos residuos His y uno G1u. Tambrén se rius,
'
la estabilización del sustrato, altamente electrtr.r¡=:. -
vo, por ias cargas positivas de los resjduos de -=
',
-..
!-AS COENZIMAS PARTNCI PAN
DE MANERA DIREÜTA
EN LA CATÁLI§I§ Eh,¡ZiMÁTICA
Laparlicipación directa de las co:nzr:::: .-- : -, .-
se iluslra nlás adelarttc. 1.3:'.r.--
corno aminol|anslcr'.r.r.,,. . :. .:. - -i
- . -'
transanlinasas. L:ta: .'r . .' --
. - -
deloseruporLt.-L-.- -, --
-
--

195. /11 . ,Q (Capítulo 101
\- - -..'-/---_
. s Ir
Or-- '. '
:::
E-P. HzO E.P
Figura 10-6. Catálisis a cargo de la fruciosa-2,6d'ffi-
1) La carga negativa cuádruple del sustrato efllazado se
estabiliza mediante interacciones carga-carga con hArg 5/,
Arg 307, Arg 352 y Lis 356. Un integrante de la tríada
catalítica, et Glu 327, estabiliza la carga positirra de ta FfE
392.2) Él nucleóf¡lo His 392 ataca el grupo tosforitc dd 9Z
y transfiere el fosfato a la His 258 para fornar un intermedb
rio enzima-fosfato. La fructosa-G-fosfato abandona la er¡zirla-
3) Un segundo ataque nucleofílico a cargo de una mc,láilb
de agua, posiblemente ayudado por el Glu 327 que aüín
como base, forma un fosfato inorgánico. 4) El ortofos{ato
inorgánico se libera a partir de la Arg 257 y de la Arg 307-
(Reproducida con autorización de Pilkis SJ et al: GPho§-
phof ructo-2-kinase/fru ctose-2, 6-bisphosphatase: A rnetabd¡c
signaling enzyme. Annu Rev Biochem 1995;64:799.)
grupos c[,-oxo (o cx,-ceto) de los u-oxo ácidos, como pi-
ruvato, oxalo-acetato o o..cetoglutarato; estas reaccio-
nes son importantes en la biosíntesis y el catabolismo
de los aminoácidos (capítulos 30 y 31). Igual que en
muchas reacciones que requieren de coenzimas,la ca-
tálisis a cargo de las transaminasas involucra los me-
canismos de ping-pong comentados en el capítulo 9,
con la liberación de un producto previa a la adición del
segundo sustrato (figura 10-7).
LOS RESIDUOS EN EL SITIO
CATALÍNCO PUEDEN ACTUAR COMO
CATAL¡ZADORES AC I O O.ERS E
Una vez que el sustrato se enlaza al sitio catalítico, los
grupos fimcionales con carga (o susceptibles de adqui
rirla) de las cadenas laterales de los residuos amino-
acilo adyacentes pueden participar en la catálisis por
fireiona como catalizadores ácidos o básicos.
Eristendos categorías amplias de catálisis ácido-
base: la catálisis ácida (o básica) general y la especí-
fu- A las reacciones cuya velocidad varía en respuesta
a cmbios en las concentraciones de Ht o de H3O*,
p€ro que son independientes de la concentración de
oum ¿icidos o bases en la solución, están sujetas a
e¡t<lkis ácida específica o a catálisis básica especí-
fic.- A las reacciones cuyas velocidades responden a
ú¡dos los ácidos (donadores de protones) o bases
laceptores de protones) presentes en la solución, se
les mnoce como sujetas a catálisis ácida general o a
¡rrif¡sis básica general.
[a variación del pH
y de la concentración
del amortiguador, permite distinguir
enüe la catálisis ácido-base
gEneraly la específica
Cumdo la velocidad de la reacción cambia como fun-
ciah del pH, a una concenhación constante del amor-
tigedrx, 5s dice que dicha velocidad corresponde a una
rrtáIisis básica específica (con un pH mayor que 7),
o bien, a una catálisis ácida específica (con un pH
rrerxlr que 7). Cuando la velocidad de la reacción, a
pII mnstante, aumenta a medida que se incrementa la
concentración del amortiguador, se dice que dicha
reaccim está sqeta a una catálisis básica gen'eral (con
rm pH mayor que 7) o a una catálisis ácida general
(conrmpH menor que 7).
Como un ejemplo de catálisis ácida específica,
considérese la conversión de un sustrato (S) en un
producto (?), que tiene lugar en dos etapas: una rápi-
da y reversible de transferencia protónica,
-___ ___---
.... .::=
c- -..'3i¿
,a€ -
il
\,
| Át^1ña
/
iáru).*l"ru, 1
E . Fru-2.6-P"
Ala
/cHQ
E*cHo§_+E
\¿¡*
CH.NH. F.tr
CG
-E/
"
l"E-SH.NH"&E
S + H3O- a- SH. + HrO
CH2NH2 -cHO
Glu
tf,
I --4 !-^ul.
\
eG Gtu
E-P . Fru"6-P
Figura 10-7. Mecanismo de ping-pong en la transaminación.
de piridoxal y enzima-fosfato de piridoxamina. respectivamente
E-CHO y E-CHTNH: representan los complejos enzima-fosfato
(Ala, alanina, P r. pjruvatc CG. «-cetoglutarato; Glu, glutamato.)
Glu\
327
His
3S2
Arg

196. Ettzímas: ntecanismo.s de acciítn .
I )-l
seguida de una ctapa más leli:,
,.. "r.ri tanto. determi-
nante de Ia velocidad. de r:¡:;::'.,::.lienio del sustrato
protonado en plodnct.'
SH -l:C+P?H.O.
-A.1 incrementr:]; -: ,
',::::ración
dei ion hidronio
[H.O ].
se rrr.r.: : ,r -, .,
',:iu¡cidad
de la reacción por
ei aruren.., .l¡ . - ,r.-.::¿!-ión del SH'. el ácido con-
.jugai1.. J: ...,. ,.-. ;!ii es el sustrato para el paso
limit¡:r.. :. ., : --.1¿d de la reacción en conjunto.
E','-.::.-,.',.r.1-.ii,C¿l]1ente!
Verocidad
=
oj:,
=
,( tsH I
-- : ' ::t¡ducto, t: tienrpo, Á- constantc cspeci-
-, -:
.:i.rcrdad y
ISH ]
: concentración del ácido
,
'.
,.::.lo dcl sustrato.
:¡,di,r rcz que la concentraciór.r dcl SH depende
-.
.-is conccntraciones de S y de H.O , la expresión de
.: i elocidad general, para las reaccioncs con catálisis
.icrda específica cs:
d tPI
1¡_=
K,[S][H,O+l
Nótese que un requerimiento de la catálisis ácida es-
pecífica consiste en que ia expresión de 1a velocidad
contenga sólo términos con S y H,O-.
A continuación considérese que, además de la
catálisis ácida específica ya descrita, también existe
1a catálisis a cargo del ion imidazolio de un amorli-
guador de imidazol. Toda vez que el imidazol es un
ácido débil (pK" alrededor de 7), constituye un mal
donador de protones, y en consecuencia, la reacción
S + imidazol - H-; SH- + imidazol
es lenta, y se conviefie en la determinante de la velo-
cidad de la reacción en conjunto. Obsérvese que las
etapas rápida y lenta se revierten cuando el mecanis-
mo cambia de una catálisis ácida específica a una
general. La expresión de la velocidad para la catálisis
ácida general con frecuencia resulta compleja, y por
esta razón se omite comentarla.
LA M UTAGÉru TSIS PI.J NTUAL
DI RIGIDA, APOR.TA PREDICCIONES
MECANISTICAS
Las técnicas de la bioiogía molecular proporcionan
herramientas poderosas para ia investigación de los
mecanismos de acción de las enzimas. Entre dichas
herramientas, destaca la capacidad de modificar, a
voluntad, la secuencia de las bases nucleotídicas de los
genes, y expresar proteínas en huéspedes unicelulares,
como las células de mamífero cultivadas, o la bacteria
Escherichia coli. La combinación de las técnicas mo-
leculares para la resolución de la estructura tridimen-
sionai, mediante la cristalografia de rayos X, y las in-
vestigaciones cinéticas típicas, permite predicciones
detalladas de los mecanismos a través de los cuaies
actúan las enzimas.
Cuando la información lisica y cinética involucra
a un residuo aminoácido determinado en la ejecución
de una función específica en la catálisis (es decir, parti-
cipa como una base general o como un reactivo en la
transferencia del grupo), es posible obtener la conf,rnr-ra-
ción de esta inferencia mediante el cambio de dicho
aminoácido por otro incapaz de llevar a cabo la fun-
ción propuesta. En algunos casos, esto puede lograrse
mediante la modiflcación química de la enzima. Sin
en,bargo, un criterio más general consiste en utilizar
la mutagénesis puntual dirigida para mutar el gen
codificante de ia enzima, y a continuación expresar
y caracteizar la enzima modificada por la mutagénesis.
La mutagénesis puntual dirigida puede sustituir un
aminoácido deteminado por cualquier otro amino-
ácido. modifrcanclo la secuencia de ias bases de un
codón específico. La mutagénesis puntual drrigida tam-
bién puede generar sustituciones múltiples de ami-
noácidos. Se incorpora al gen nativo aislado (ín vitrct)
un oligonucleótido colto (p. ej., un 19mero) produci-
do mediante síntesis automatizada, que codifica a un
amiroácido mutante. Enseguida, se produce un gen
mutante mediante la adición de DNA polimerasa, DNA
ligasa y trifosfatos de desoxir-ribonucleósido. A conti-
nuación, este gen mutante se incluye en un vector de
expresión, detrás de un promotor poderoso, y se e\-
presa; la enzima resultante, modificada por rnutación.
se puril'rca y se examinan sus propiedades.
Lܧ IÜNES METÁL¡COS PUEDEÍ{
FAÜILITAR EL ENLACE DEL §LJ§TRATC
Y I-A CATALISIS
Másdc 25oAdetodas laseuzirnasconticnen',,1,- -
-
tálicos fuerlemente enlazados o requieren de tal¡. - .,
para su actividad. Las funciones de los ion¡s nrr.: - :
se estudian rnediante cristalografia de r¡.,.,.
",
-
genes de resonancia magnética (IR.-\Í,
) ::: -:-
-
por aceieración de electrone s (R-\E ) Lt¡ ;r- .; r --
conel conocimiento acerca de 1a lom:.,: -r,:-'--
dacióndeloscomplejosmetairc..s..>. a -:r-,:
-.
-:
-.-
ciones dentro de 1a eslela de .-.,,r:: :'-,, -
-:
-
rnetálicos. pernritc
|r'r'rL
r . :
la ltulción de l.r. i.,ttc.
lica. E>ta: ñrre .:,,. .i . - -'

197. 12 (Cnpítulo l0)
-
.: : rr1 r [ :r L, r r nzi m ¿s . ..ittr enen una cantidad defl-
.
-- r- - .; : -,- -,-:-,¡t¡,nal. e1 cual retienen durante
- : --
:: - : - : j enzimas acfivadas por metal enla-
:.' : t- : .:.;: a.arn ntenLrr fuerza y, pof tanto, fequiefetl
-- : - - . -;
r:t3if,les. Por tanto, la diferenciación en-
: .--.r : a:lzlilas V enzimas activadas por metalcs.
:: r::: ::. -¡ atrnidad de una enzima parlicular pol el
r : i.,riicLr con'espondiente. Los nrecanismos medialt-
.;
-- s .-ilaies 1os iones metálicos realizarr sus funcionc5
r-'-:3aen ser similares en las metaloenzimas y cn las
irzln]as activadas por metales.
En le catállsis partieinan emmpiejos
ternariq:s esn metales
En el caso de los complejos temarios (1res componc':--
tes), integrados por el sitio catalítico (Enz). r"rn ,i:
metáiico (M) y el sustrato (S), con una estequiolnetn.l
de
.l
: I :1, son posibles cuatro esquemas:
Enz-S-M
Complejo con puente
de sustrato
M-Enz-S
Complejo con puen:e
de enzima
más de la participación estructural, parece retener en
su sitio y activar a un sustrato (el ATP).
,aM
,/l
piruvato
cinasa _ATp
\
\creatina
B. Complejos con puente de sustrato
En6 r)
I-a formación de complejos ternarios con puente de
sustrato constituidos por los trifosfatos de nucleósido
con enzim4 metal y sustrato, parece deberse al des-
plazemiento del HuO de la esfera de coordinación del
metal por el AIP:
ATP+ + M(HrO)6r.=ATP
-
M(HrO)3, + 3H2O
- continuación la enzima se enlaza para formar el
complejo temario:
ATP
-
M(HrO)3? + Enz <-Enz
-
ATP
-
M(HrO)3'?-
Se considera que en las reacciones de las fosfotrans-
tbrasas los iones metalicos activan los átomos del
fósforo y forman un complejo rígido de polifosfato-
adenina con la conformación apropiada, en el complejo
c .rtgrnario activo.
C. Complejos con puente metático
Enz-M-soenz-Y-\é
Mediante la información cristalográfica y de secuen-
ci*miento, se ha establecido que en muchas proteínas
rm re¡iduo histadilo tiene a su cargo el enlace metálico
en el sitio activo (p. ej., carboxipeptidasa A, fosfatasa
alcalina fosfolipasa c, rubredoxina y proteínas con
hem. como la mioglobina y la hemoglobina; capítu-
lo 7). En muchos casos de complejos EnzM binarios
(de dos componentes) el paso limitante de la veloci-
dad corresponde a salida,del agua de Ia esfera de
coordinación del ion metálico. En muchas peptidasas,
la actilación de los iones metálicos es un proceso len-
to, que requiere muchas horas. Probablemente lareac-
ción lenta es el reacomodo de la conforrración del
complejo binario Etrzillpara adquirir una confotma-
ción actir-a: por ejemplo,
El enlace meuílico:
Enz + t(Hzolo
Ráp¡do
>
Enz - M(Hz0)', + nH,O
El reacomodo para adquirir una conformación activa
nz ):
Enz-M-S
Complejo con puente
metálico sencillo
,M
gn/|
\§
Complejo cíclico con
puente metálico
Los cuatro esquemas se pueden presentar en el caso
de las enzimas activadas por metal. Las metaloenzi-
Ina: no pueden formar complejos EnzSM debido a que
r''tiencn el nretai durante la purilicación (es decir. r'a
!-rrnstrtllven EnzM). Es posible establecer tres gene-
r¡iLz¡rciones: 1) Lamayorpafie de las cinasas (AfP: fos-
tbti¡nsierasas). pero no todas, forman complejos con
pllr-ntr' tle s,.rstrato de1 tipo Enz-nuc1eótido-M. 2) Las
tbst'oranstirasas qLrc utilizan como sustrato alpiruvato
o a1 tbsibenoipnuvato, las enzimas catalizadoras de
otr?rS riircu-itruc-s dc1 losfbenolpiruvato y 1as carboxi-
lasas. t'r¡rnr:rr.r coilplcjos con puente metálico. 3) Una
enzima cleten¡inada puede fomar un tipo de complejo-
puente con L1n s'ristr¡1to
1' un puente de tipo diferente
con otro sustritto.
A. Complejos con puente de enzima
(MEnzS)
Se estin,a que ios metales en 1os complejos co11 puen-
te enzimático tienen a su cargo funciones estructurales
en el r.nantenimiento de la confor¡lación activa (p. cj..
glutamina sintasa) o participan en la fbnnación de un
puente n.retálico con un sustrato (p. ej.. prrur rto cinasa').
En el caso dc la piruvato cinasa, el ion metálico, ade- Enz + M(H,O) ,, n!!L
), Enz"- M(H,O)o.,

198. Enzirnas : mecan is mos cle a c: ct tt tt
Sin embargo, en el caso de las metaloenzimas, el com-
plejo ternario con puente mefálico debe formarse me-
diante la combinación del sustrato (S) con e1 complejo
binario EnzM:
-.V
Enz-M + S=- Enz- M
-
S o Enz.
I
\é
retálicos desempeñan
nciones en la catálisis
Los iones metálicos pueden participar en cada uno
de los cuaro mecanismos conocidos, por los cuales
las enzimas aceleran la velocidad de las reacciones
quimicas: 1) la catálisis ácido-base general, 2) la cafá-
lisis cor-alente, 3) el acercamiento de los reactantes, y
{l lainó¡cción de rigidez o tensión en la enzima o en el
s¡¡strato. Los iones metálicos que con más frecuencia
paticipan en la catálisis enzimálica son el hierro, el
magnesio, el cobalto (en la coenzima Brz)
Y
el manga-
neso. Si bien la mayor parte se presenta como cationes
bivalentes (p. ej., Mg'*), el hierro y el manganeso, en
particular, pueden sufrir cambios en su estado de oxi-
dación durante las reacciones en las cuales se trans-
fieren electrones entre los sustratos. Los metales que
sufren cambios redox por io general se presentan en
grupos prostéticos especializados como el hem o los
agrupamientos hiero -azufre.
Los iones melálicos, al igual que los protones, consti-
tuyen ácidos de Lewis (electrófilos) y pueden compartir
un par de electrones para formar un enlace sigma. Los
iones metálicos también se pueden considerar "super-
ácidos", ya que se presentan en solución neutra, con
frecuencia poseen una carga positiva >1 y pueden for-
mar enlaces m. Además (a diferencia de los protones),
los metales pueden seryir como plantillas tridimensio-
nales para la orientación de los grupos básicos de la
etzima o del sustrato.
Los iones metálicos también pueden aceptar elec-
trones a través de enlaces o o'ÍE para activar electró-
filos o nucleófilos (catálisis ácido-base general). Me-
diante la donación de electrones, los metales pueden
activar a los nucleófilos o actuar, por sí mismos, como
nucleófilos. La esfera de coordinación de un metal
pr,ede aproximar entre síataeruimay el sustrato (apro-
xirrr¡,-ión) o formar una distorsión que genere quelatos,
ra sea en la enzima o en el sustrato (ngidez o tensión).
LIn fun merálico también puede "enmascarar" a un
re-leoñlo 1'así evitar una reacción secundaria muy
probiHe- Finalrnente, es posible lograr el control es-
ueo+imico del cr¡rso de una reacción catalizadapor
enzima medimte la capacidad de la esfera de coordina-
ción del metal para actuar como una plantilla tridi-
mensional-
)- retener asi a los grupos reactivos en una
orientación espacial específ,rca (cuadro 1 0-1 ).
Cuadro 10-1 . Ejemplos seleccionados
de funciones de los iones metálicos en el
mecanismo de acción de las enzimas*
" nhaB-teoo at+aUv.fuE§ nñtufe"rq,árpvn¡g ca!4tp11 wi 2,Fághá
m,*lgfflm,
ÉeyerFD, r-ardy H" r,rjnbiiok K-(edLdresl.
RESUMEN
La proteasa quimotripsina (QT) ilustra muchas de las
características generales de la catálisis enzimáfica, ir'-
cluidas la formación de intermediarios enlazados a 1a
enzima (QT-PNPA y QT-Ac), la tafivaleza, por eta-
pas, de la catálisis (tres reacciones parciales), el carácter
limitante de la velocidad de sólo una de las reacciones
parciales (hidrólisis del QT-Ac),
y la liberación secuen-
cial de los productos (el fenol seguido por el acetato).
Las funciones de aminoácidos particulares en el sitio
catalítico se ilustran con la participación de un resi-
duo Ser (Ser 195) como aceptor de un grupo (Ac-)
que se transfiere al agua y mediante las participacio-
nes específicas de los residuos Ser, His y Asp en la
formación de un complejo amplificador de carga- Este
complejo ilustra, además, que residuos de aminoácidos
muy distantes en la estructura primaria (Ser 195, His
57 y Asp 102) pueden formar porciones contiguas de
un sitio catalítico enzimálíco. La proteólisis selectiva
de la proenzima inactiva quimotripsinógeno crea el
sitio activo y mueve los tres residuos que forman el com
plejo amplifrcador de cargaparuque dichos residuot
queden a la distancia requerida patala formación de
enlaces.
Durante la catálisis, los residuos del sitio caralitico
pueden actuar como ácidos generales (Glu- -{spt o
como bases generales (His, Arg, Lis). La adición dt
los sustratos y la liberación de los producta: proü
tener lugar de manera ordenada o aleatoria En el rrc
canismo de ping-pong (p. ej.. la tran:aminrim¡ h
reacción procede mediante la alter¡ancia de L¡'* ctc
tos de adición del sustrato r'liber*-ión del prufun-
Enzimas de cobamida
Piruvato carboxilasa, carboxi-
peptidasa, deshidrogenasa
alcohólica
Proteínas con hierro no hem
Piruvato cinasa, piruvato carbo-
xilasa, adenililo cinasa
Función del ion metál¡co
Enmascarar a un nucleófilo
Activación de un nucleófilo
El metal actúa como nucleófilo
Efectos de rigidez o tensión
liasas, piruvato descar-

199. 126 . BioEtínica cle Harper
((.-apítulo 101
Los iones metálicos facilitan el enlace del sustrato
r' 1a catálisis al formar varias clases de complejos con
pllentes de enzima, de metal o de sustrato. Los iones
metáljcos pueden funcionar como catalizadores áci-
dos generales o pueden facilitar el acercamiento de
1o,q reactante s. I
REFERENCIAS
Coleman JE: Structure and mechanism of alkaline
phosphatase. Annu Rev Biophys Biomol Struc
1992;21:441.
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-.
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Regen L: The design of metal binding sites in proteins. Amu
i.:r Bioplrys Biorrol Stt-uct 1993;22:257.
-.
-':¡: :::lt¡bién referencias en 1os capítulos 7 y
g.

200. 11
Enzimas: regulación de la actividad
Victor W. Rod',t,e;
c^t-
!' Peter J. Kennelly, PhD
:l!=4,:: - oc¡Ó¡u
Er, .. - -': rulo se seleccionaron cjemplos que iius-
t:i:. - : : 3!-anisrnos mediante los cuales se controlan
i :-..3sos metabólicos y de otro tipo a través de la
::' : :l;acrón de la cantidad de enzima, o bien de su
; : ¡icia catalítica. Se intenta caracterizar los patro-
'.:.
qenerales de la regulación. En todo el libro se hace
:eterencia a muchos ejemplos específicos adicionales,
que ilustran las diversas características de la regulación
metabólica.
¡ fvq F*ffi,TAf,i C EA B E #tu1 É n ¡ üA
Sobrevivir en un ambiente dinámico, en ocasiones pe-
ligroso, requiere que los organismos y las células que
los constituyen sean capaces de coordinar cuidadosa-
mente los procesos metabólicos, y de regularlos en
respuesta a los lactores intemos y externos relevantes.
La regulación enzimática desempeña una función im-
portante en ia homeostasis (establhzación de nna
actividad metabólica equilibrada y productiva), así como
en la determinación de la cronometría y la naturaleza
de los procesos dd larga duración (como la división y
Ia diferenciación celulares, que afectan el crecirniento
y el desarrollo de un organismo). Los mecanismos por
los cuales las célu1as detectan las variaciones ambien-
tales de imporlancia y reaccionan ante las mismas son
de interés para los profesionales en el área de las cien-
cias biomédicas, que van desde la endocrinología y la
acción de las drogas hasta el cáncer y el proceso de
envejecimiento. Se sabe que las disfunciones de la re-
gulación resultantes de la acción de agentes patógenos
o de las mutaciones genéticas, participan en el inicio o
progresión de muchas variantes de cáncer y algunas
cle diabetes, y se les ha involuorado, asimisrno, en la
fibrosis quística y la enfermedad de Alzheimer.
Las enzimas son indispensables para catalizar los
cambios químicos y físicos en el interior de las célu-
las. Por tanto, la regulación de la actividad enzimática
constituye el punto central para el entendimiento de la
dinámica de la regulación en las células normales, así
como de 1as disfunciones de la regulación, vinculadas
ccln la enfermedad. Los trastornos en la regulación de
la actividad enzimática, pueden ejercer ef'ectos agu-
dos sobre el metabolismo celular y los cambios, a largo
plazo, del patrón de expresión génica, proceso que se
dirige y controla, básicamente, mediante la acción de
las enzimas. Muchos patógenos atacan elementos de las
redes reguladoras celulares. ya sea mediante la intro-
ducción de enzimas reguladoras externas, las cuales
"sobrepasan" los mecanismos de control normales, o
por incapacitar porciones de los sistemas celula¡es de
detección-respuesta, lo que provoca que dichos sistemas
ignoren señales relevrntes. o se inactiven en ausenui¡
del promotor ambiental apropiado. La bacteria Yersittia
pestis, el agente causal de la peste durante la EdaC
Media, invade las células de la víctima, por medio de
una tirosina tbsfatasa proteínica. Como un componente
fundamental del ataque, con frecuencia mortal, del pa-
tógcno, esta fosfatasa hidroliza los grupos fosforil:
que normalmente están esterificados, a residuos c:
tirosina, en proteínas clave; esto modifica SU C.lf :'
cidad catalítica, y otras propiedades funcion¡,:.
Muchos virus oncogénicos codifican a tirosinctn,rs*.
proteínicas. Una vez que estas cinasas se e\pre:r:, r-
las céluias, lbsforilan los residuos de tirosina de eii-ir.-:
que participan en las cascadas de regulación::.:
-
sables del control de los factores de la trans.: :- -
génica. La activación consecuente de fact¡re s := .
--
,
cripción normalmente silentes, modifi;r 3. :. -.
-.
la expresión génica, 1o que finalmenle. : :.'-. : - . -
inicio y la progresión del cáncer. Ll t-'..:' --
cholerae. el agente causal del cile:.. i -:
--
-
vías detección-respuestJ n :- * - -' .-'

201. 128 (Capítl¡lo I I )
afectadas. La toxina colérica modif,rca de manera
covaleate. mediante adenililación, ciertas proteínas G,
que rincrrlm muchos recq)tores celulares de superh-
cie con las enzimas intraceltrlares reguladas por dichos
recEltores. En las células epiteliales del intestino, la
adenililación dalugar ala activación crónica, descon-
trclad4 de la enzima adenililciclasa, lo que desenca-
denarm flujo continuo de agua hacia el lumen intestinal.
[-a diarrea masiva resultante, da lugar a la deshidratación
y la muerte.
Muchos fármacos funcionan a través de inhibi¡ la
aclividad enzimálica. Por ej emplo, las hipercolesterole-
mias familiares, se tratan con agentes como la lovas-
tatina, que impiden la síntesis del colesterol al inhibir
la eniima 3-hidroxi-3-metilglutaril coenzima A reú¡c-
tasa. Muchos de 1os antibióticos utilizados para las
infecciones bacterianas, actuan mediante la inhibición
específica de eúzimas fundamentales para el crecimien-
to y la replicación de los patógenos. Por ejemplo- la
penicilina inhibe la enzima requerida para la sintesis
de la pared celular bacteriana, en t¿nto que la esurry
tomicina inhibe la actividad de los ribosomas bacte-
rianos, con 1o cual impide la síntesis proteínica- Algunm
fármacos inducen la síntesis de enzimas responsables
del procesamiento y la degradación de dichos fuma-
cos. Con frecuencia se requiere del procesamiento
enzimático para convertir un fármaco en su \aiatrte
fisiológicamente activa. La inducción de tales enzinas.
por un fátmaco, puede tener efectos notables sobre el
procesamiento o la degradación de otro, y esto consti-
tuye una causa importante de interacciones farmasr
lógicas (capítulo 61).
LA REGULAC¡ÓN DEL METABOLISMO
GENERA LA HOMEOSTASIS
El concepto de la regulación homeostática del medio
interno, propuesto por Bernard a fines del siglo toc
enfatiza la capacidad de los animales para conservar
constantes sus ambientes intracelulares, a pesar de los
cambios en el ambiente externo. Este concepto impli-
ca que, durante periodos largos, una célula o un
organismo logran un estado de equilibrio en el cual, la
cantidad de calorías ingeridas en los nutrimentos equi-
vale al gasto de energía; la cantidad de calor generado
corresponde al calor disipado; la cantidad de bloques
estrycturales conzumida, corresponde a la excretada o
degradada, etc. También incluye que las células res-
ponden a los retos ambientales como calor, acidez o
disponibilidad de minerales y nutrimentos, de tal ma-
nera, que conserva o restaura la estabilidad interna.
La base subyacente al logro y conservación de la
homeostasis radica en las velocidades, cuidadosa-
mente equilibradas y coordinadas, de las reacciones
catalizadaspor enzimas, y en la capacidad de respues-
ta de estas velocidades a los cambios en los ambientes
externo e interno de la célula. Una célula o un organis-
mo pueden definirse como enfermos, cuando responden
de manera inadecuada o incorrecta a una señal interna
o a estrés de origen externo. El conocimiento de los
i-actores que afectan la velocidad de las reacciones
catalizadas por enzimas, es fundamentalpara la com-
prensión del mecanismo de la homeostasis en las
células nomrales, y para comprender las bases molecu-
Iares de la enfermedad.
1á REGULACIÓN DEL FLUJO
DE METABOLITOS Y DE OTROS
PROCESOS CELULARES PUEDE
SER ACT¡VA O PASIVA
I-os valores de la K. para la mayor parte de las enzi-
rnes. es decir, la concentración de sustrato a la cual la
catiílisis avar,za con una velocidad correspondiente a
lamitad de la velocidad máxima, son iguales o simila-
res a los valores de la concentración de los sustratos
enequilibrio, en el interior de la célula viva. A prime-
ravista parecería un desperdicio no utilizar siempre la
márima capacidad cafalíttca de cada molécula de en-
zima. Sin embargo, la evolución de enzimas cuyos
valores de la K. corresponden a concentraciones típi-
cas del sustrato, proporciona una vía para ajustar el
flujo de metabolitos a través de cada reacción indivi-
dual. Como puede observarse en la figura 1 1-1, en la
mayorparte de las enzimas que presentan un compor-
ürmiento cinético de Michaelis-Menten (capítulo 9),
u¡a enzima que actúa a una concentración de sustrato
cercana a la K., puede incrementar o disminuir la ve-
lcidad o el flujo de la reacción, a través de un paso
*{§J..4
Figura 11-1. Respuesta diferencial de la velocidad de una
reacción catalizada por enzimas, a una cambio en la con-
centración del sustrato, para una enzima que trabaja a su
ffi o muy por arriba de dicha K..
"/
.*-Il
r§
/
13
t
l
l
I
l
I

202. Enzimas: regulación de la actividad . I)
individual cafahzado por enzinta. mediante un ligero
aumento o disminución de 1a concentración del sus-
trato. Este ajuste autornático de la velocidad de la
reacción, en respuesta a cambios en la concentración
del sustrato, ayuda a consen'ar e1 flr¡o equilibrado de
los metabolitos, requerido para la homeostasis. Por el
contrario, una enzima diseñada paratrabajar a su má-
xima velocidad, es decir una con una K- mucho menor
que la concentración f,rsiológica promedio de su sus-
trato, carece de 1a habilidad para aiustarse a incrementos
en la concentración de sustrato. Para tal enzima, toda-
vía son posibles 1as disminuciones en la velocidad de
la reacción inducidas por el sustrato, pero se presen-
tan sólo cuando 1a concentración de dicho sustrato
disminuye de manera abrupta.
Las respuestas cinéticas sencillas a cambios en la
concentración del sustrato, representan un meclio im-
portante, pero pasivo, para la regulación de la actividad
enzimática. E,stas respuestas resultan extremadamen-
te útiies para coordinar el flujo de los metabolitos en
una célula en reposo, pero ofrecen pocas posibilida-
des para responder de manera actiya a las variables
ambientales. El resto del presente capítulo se centra
en los mecanismos utilizados para regular, de manera
activa, la actividad enzimática en respuesta a las seña-
les internas y externas relevantes.
LA COM PARTI MENTALIZACI ÓI\i
ASEGURA LA EFICIENCIA
M ETABÓLICA Y SIMPLIFICA
LA REGULACIÓN
Las reacciones catalizadas por enzimas que tienen lu-
gar en una céiu1a animal, se cuentan por miles. Para
entender 1a forma en que 1as células controlan y coor-
dinan esta enofine maquinaria química, es fundamen-
tal el conocimiento de 1a arquitectura básica de las vías
metabólicas. La regulación puede lograrse de manera
eficiente y económica, al asig,rarunas cuantas enzimas
limitantes de la velocidad, para la catálisis de pasos
"de compromiso" en las vías anabólicas y catabólicas
unidi-reccionales.
El flujo de los metabolitos tiende
a ser unidireccional
Todas las reacciones químicas, incluso las catalizadas
por enzimas, son reversibles en cierta proporción.* Sin
embargo, en las células vivas tales flujos invertidos se
*
Una reacción rcalmcnte reversible, prescnta un valor numérico
pequeño de la AG. A ula reacción con un valor negativo granclc
de la AG se le
¡ruede clcnominar "ef-ectir.amente irreversible" en
Ia rnayor partc de 1as situaciones bioc¡ríriricas.
presentan pocas veces, debido a que no se acumui¡:-.
los productos de la reacción. En realidad. 1os ploduc-
tos dc ia reacción se consumen rápidan-rente o se elimiu¡r,
rnediante otras reacciones cat¿rlizadas por enzimas^ pala
las cuales estos "productos" sirven como sustrato. La
climinación de los productos de 1a reacción mediante
este ptocedimiento significa que. incluso las enzilnas
catalizadoras de las rcacciones con valores AG cerca-
nos a cero, como las isomerasas y las ntutasas. con
fiecuencia trabajan en las células. de manera unidirec-
cional. La eliminación de los prodlrctos cle un¿r reacción
mediantc reacciones en cascada, catalizadas por
enzimas, acopla los pasos individLrales de una r¡ía rneta-
bólica. de tal manera que la acumulación de energía
libre resultantc dc los pasos, jala el flr¡o de metabo-
iitos en una sola dirccción. En las células vivas. el flujo
de metabolitos a trar,és de las r,ías anabólicas y'
catabólicas, es análogo al flu-io del agua a través de un
mbo. Si bien el tLrbo posee la capacidad fisica de trans-
lerir el agua en ar¡bas direcciones. en 1a prácticzr. al
quedar un extremo más abajo que el otro (análogo a
una gran dilerencia de energía libre). el flujo resulta
estrictamerlte unidireccional. Incluso. si el tutro sc do-
bla o tuerce para simular etapas indir.iduales catalizadas
por una enzima con valorcs A(i pequcr'ros o un tantc)
destavorables, e1 f1u.io a través de diciro tubo permanece
unidireccional debido al glan cambio neto en la altura
del conjunto. misl.no clue equrvale al cambio, acumu-
laclo. tle 1a enelgia hbre (figura I I 2). Por tanto. el
r s'Ltlrtl.rcr cquiiibno. en el cual tiene lugar e1 flujo
Figura 11-2. Los metabolitos ' -. =- '
".
que se presentan carnbios -rt-.-=' r: -'
AG. A semejanza del f'-.c .= . -. : .
'
metabolitos €s ur d 'e]'a .'= l. . . -.
''via"conunpasc'^'::-:: :: . : :. -::
un valor oe la ¡G ':":- : . . . 3

203. 7
130,). (Capítulo I l1
r.ir:;;;-: :-.: . 3s r¡:aarenstico de la vida. Esto se lo-
¡:: s,:' : ::':- .: r:uerte de las células. La célula viva es
'i-r :r>:.:ri :n equilibrio dinámico (figura 11 3), en e1
: ..:- ,.s , rrr!'enlraciones promedio de los metabolitos
J *- :-:.. eil colro intemediarios en las vías unidirec-
::¡.:.lles. se conservan relativamente constantes
:r:anle penodos prolongados. Sin embargo, a corto
li,rzo. se presentan variaciones en la concentración de
los metabolitos y las enzimas, que tienen gran impor-
tancia fisiológica.
La nafuraleza unidireccional de las vías meta-
bólicas, las convierte en funcionalmente específicas,
Toda vez que la mayor parte de las vías cumple sólo
una función metabólica especializada, la intervención
reguladora en estas vías se puede lograr sin afectar cle
manera adversa el flujo de otros n:retabolitos.
La eficiencia metabóliea requ:iere ia
§eperac¡Ón de las vía§ opue§ta§
Las células contienen vías catabó1icas pa1'a degladar 1as
moléculas biológicas complejas y obtener 1os bloques
estruclurales moleculares básicos y enelgía. )'\'ías
ana-
bólicas, las cuales cnsamblan estos bloques en entid3-
des químicas más grandes, como las proteinas. el R \
de translerencia y los fosfolípidos. Estas r'ías anabo-
licas, a menudo están equipadas con encr-eia ce1u1ai..
que proporciona la f,rerza termodinámica irnpulso::,
necesaria para que se desarrollen de manera esponr;-
ltea. Debido a que los procesos anabólicos y catabrr..-
cos no son 100% eficientes termodinámicamer.irc. .-
presenta un desperdicio importante de energía \.1itl:;-
riales cLrando, por ejemplo, una molécula de R-\.i
nrens aj ero. parcialmeilte sintetizada, debe hidlo I i z¡:. ;
nredrante ribonucleasas, en los ácidos nuclerco: q.:.-
1a intesran. Por otra parte, las células deben conteile:
nbonucleasas si pretenden reutilizar los componente.
de las r.nolecuias del mRNA una vez que éstas a r,-.
se necesiten. Por tanto" resulta deseable separar .,
compafiil.n!'ntalizar 1as r'ías opuestas, anabólica I
catabolica. Ei, ntucitos casos. la compartimentalizactou
se logra pLrr iit-dios t-isicos, En 1as células eucarioras
g.".:es
\
\
^-:t-
muchas enzimas que degradan a las proteínas y los
polisacáridos, se confinan en el interior de vesículas
especializadas denominadas lisosomas, separadas del
resto de la célula mediante una membrana lipídica. La
biosíntesis de los ácidos grasos tiene lugar en el citosol,
en talto que la oxidación de los mismos, acontece en
el confinamiento de las mitocondrias. En los organismos
multicelulares, el concepto de la compartinentalización
fuica se ha extendido todavía más, hasta la segrega-
ción de algunas vías metabólicas en el interior de tipos
celulares especializados.
r,:na segunda modal idad de c omp artim entaliza-
ción se logra al aprovechar la gran especificidad por
el s¡¡strato, de las enzimas. Las vías catabólicas no
cotrstituJien un reflejo exacto de las anabólicas. De ser
..' :: . ¡s r Ías podría ser temodinámicamente
. .'3.¡.r
Que
su inversa exacta debería po-
alq de AG de igual magnitud, pero de signo
En cousecuencia, las vías anabólicay cata-
bóli:a sigm cáminos distintos y termodinámicamente
I'os cuales utilizan intermediarios me-
tabOlis especÍñcos. La hidrólisis de las proteínas en
aminoácidm, es termodi¡ámicamente espontánea. El
ersambh de los minoácidos en proteínas, debe aco-
flarr
a la hidrólisis del ATP. para crea¡ una vía distinta
]¡ t€modin¿ímicamffte favorable. Cuando no existen
bilrcras fisicas, la utilización de vías qnímicamente
dife¡entes" con intermedios únicos, crea una comparti-
memalización química Por ejeuplo, Ias vías que llevan
a la oxidación de los nutrimentos para producir energía
eu el ciclo del ácido tricarboxílico (ATC) y la cadena
de trmsporte deelectrones, utilizan NAD(H) como aca-
rreads de electrones. En muchas vías biosintéticas,
l,os electrones requeridos para las etapas reductoras se
tramportan mediante un acaffeador de electrones co-
nexo, el NADP(H). La capacidad de las enzimas para
diferenciar con gran fidelidad entre estas macromo-
Iéculas muy similares, separa de manera eficaz el flujo
de los electrones destinados a la generación del ATP,
del flujo destinado a propósitos biosintéticos.
Es posible controlar toda una vía
metabólica mediante Ia regulación
de una sola reacción de "compromiso"
En las células, tienen lugar miles de reacciones
catalizadas por enzimas.
¿De
qué manera se pueden co-
ordinar
-v
controlar todas estas reaccion es para alcanzar
la homeostasis? La naturaleza simplifica la tarea de
control al regular el flujo a través de la vía completa,
controlando sólo una enzima, mediante la selección
de una o más enzimas que catalizan una de las reac-
ciones de la vía correspondiente. Una reacción de
"compromiso" es aquélla en la cual el producto de la
reacción es exclusivo para dichavia es decir, la única
enzimaparala cual tal producto sile como sustrato,
. ;e¡ue¡asl
t'-
\./
ilz
t
Besldiios
Figura 11-3. Célula ideal en el estado de reposo. Observe-
se que el flujo de metabolitos es unidireccional.
Nutrienl§§+

204. Enzimas: regulación de la actit'idod ' ):
es aquella que cataliza la reacción siguiente de la vía'
Por éjemplo, la síntesis de la malonil-CoA representa
la reaccién de "compromiso" en la biosíntesis de áci-
dos grasos (capítulo 23).La malonil-CoA tiene sólo
un pásible deitino metabóiico. Al inhibir la acetil-
CoÁ carboxilasa (la enzima responsable de la síntesis
de la malonil-CoA), todos los pasos subsecuentes de
esta vía se detienen rápidamente ante la carencia de los
sustratos. Por tanto, es posible controlar la velocidad
neta de la biosíntesis de ácrdos grasos, a través de la
resgulación de una sola enzima clave' La naturaleza ha
sinipUncaao en gran medida la tarea de 1a regulación al
aplitar este principio a otros proceso§ metabólicos'
La regulación es más efectiva cuando la
enzima que se altera, cataliza un paso
limitante de la velocidad
Las vías metabólicas consisten en una serie de reac-
ciones catalizadas por enzimas, que se asemejan a
líneas de ensamble (desensamble) biomoleculares'
Cada paso en Ia vía, posee cierta capacidad catalítica
total, equivalente al número de moléculas de la enzi-
ma muliiplicado por su capacidad catalítica intrínseca'
Si bien, bioquear por completo cualquier paso catalizado
por enzima, cortaráel flujo a través dela.totaljdad de
ia vía, en ocasiones, se desea disminuir la velocidad
del flujo o, en algunos casos, acelerarlo' Para modifi-
car la iegulación de una vía se requiere selec^cionar a
urra enzima que, por su concentración o por eficiencia
relativa, cataliza-un paso lento de 1a vía, comparado
con los otros. Este punto de cuello de botella se cono-
ce como el paso limitante (de la velocidad) de 1a vía'
Es posible obt"tt"t una disminución inmediata en el
flujo a través de la vía completa, si se inhibe.la efi-
ciencia catalítica o se disminuye la cantidad de la
enzima cataTízadoradel paso limitante' Aún más im-
portante resulta considerar que un incremento en la
fapacidad catalítica del paso limitante de la veioci-
dad, genera un aumento del flujo a través de 1a vía
"o*o
* todo' Las enzimas catalizadoras de los pasos
limitantes de la velocidad en las vías bioquímicas, ac-
túan como gobernadores naturales del flujo metabólico
y, por tanto, constituyen los blancos más efectivos para
iniervenir en la regulación de la vía'
LA REGULACIÓN ACTIVA
óE ú cAPActDAD cATAL¡rlcA
SE LOGRA MEDIANTE DOS
MECA¡{ISMOS GENERALES
La capacidad catalítica de1 paso limitante de la veloci-
dad en una vía metabólica, es producto de la concentra-
ción de las moléculas de 1a enzima, y de su eficiencia
cataliticaintrínseca. De esto se deduce que es posible
influir en la capacidad catalíficá,,mediante uncambio
en la cantidad-de enzima, o al modificar la eficienci'a
catalítica intrínseca de la enzima de las propias mo-
léculas de enzima.
REGULACIÓN DE LA CANTIDAD
DE ENZIMA
La velocidad de síntesis
y de degradaclón determinan
Ia cantidad de enzima
La cantidad absoluta de una enztmaestá detenninada
por su velocidad de síntesis (ic,) y de degradación (k¿"*)
ing.nu
||4).Lacantidad de una enzima en una célu-
iu i""4.
inciementarse por un aumento en lavelocidad
de síntesis de la enzima (incremento de la (), una dis-
minución en 1a velocidad de su degradación (dismi-
nución de la k6"*), o por ambas. De igual modo, una
cantidad menoi áe la énzima puede derivar de una dis-
minución de la h, de un incremento de la k¿"*, o de
ambos procesos. En los humanos se presentan ejem-
plos de los cambios en la k y en la ku"*' Enlodos los
iipos de vida, ia síntesis de enzimas a parlir de amino-
aóiaos, y su degradación hasta aminoácidos son, proce-
sos diférentes, catalizados por conjuntos de enzimas
completamente diferentes. Así se logra, fácilmente, 1a
reguiación independiente de la síntesis de enzima y de
su degradación (figura 11{).
I-os inductores estirnulan
la síntesis de enzíma
Las células pueden sintetizar enzimas específicas en
respuesta a inductores específ,rcos de bajo pe.so molecu-
1ar. Por ejemplo, 1a Escherichia coli crecida en g1u-
cosa no iataboliza la lactosa, debido a la ausencia de
la enzima B-galactosidasa, que hidroliza 1a lactosa a
galactosa y glrrcosa. La adición de lactosa o de ciertr-'s
ñ-galactOsidos al medio de cultivo, induce 1a sinte¡is
dJfi-galactosidasa, y de una galactósido peflneasa ].
eI cultivo puede, así, catabolizar la lactosa'
Éryt??l*
--(
]-*
A¡nl#dÉ
Figura'11-4. La cantidad d¿ a :-: -: ::':
poi el equilibrio neto entre
'a s'^::: : :: :
'
-,-.-
ilación Oe ésta, La (
Y
la k...
velocidadparadPrmBÓb
respectivamente.

205. r
(Capí¡tlo 11)
Si bien muchos inductores son sustratos para
las enzimas a las que inducen, los compuestos estruc-
tr¡mlmente similares al sustrato pueden ser inductores,
pero no sustratos. Éstos se denominan inductores
gratuitos. A la inversa, un compuesto puede ser un
sustrato, pero ao un inductor. Los inductores, con fre-
cuenci4 inducen a varias enzimas de una vía catabólica
(p. ej., la lactosa induce alalS-galactósido permeasay
a la B-galactosidasa).
Las enzimas cuya concentración en una célula es
independiente de la adición de un inductor, se denomi-
nan constitutivas. Una enzima particular puede ser cons-
titutiva en una cepa, inducible en otra y estar ausente
en una tercera. Las células capaces de ser inducidas
respecto aur-r- enzima particular, por 1o general con-
tienen una concentración basal pequeña, medible. de
Ia enzíma, aún en ausencia del inductor exógeno. I-a
dotación genética de la célula, determina tanto la na-
turaleza como la magnitud de la respuesüa a un inú¡c¡r-
Por tanto, "constifutivo" e "inducible" son términos
relativos, igual que "caliente" y "frío", los cuales rc-
presentan 1os extremos de un intervalo de resprcm-
La inducción enzimática también se presetrrt etr
las células eucariotas. En los animales, ejemplos de
enzimas inducibles, incluyen triptofano pirmlasa-
treonina deshidrasa, tirosina-cx-cetoglutarato t:mse-
minasa, invertasa, enzimas del ciclo de la r¡¡ea IflIC.r
CoA reductasa y citocromo P450.
Los productos finales reprimen
la síntesis de enzima
La presencia de un metabolito, producto de ti&
tesis en el medio de cultivo bacteria¡o, poede di§-
minuir la nueva síntesis de dicho metabolito pr l¡ rÍ¡
de la represión. La inducción y la repnesión, inru
lucran elementos cis, secuencias específicas dd DNA
localizadas corriente-arriba de los genes codificms
de una enzima determinada, y proteínas con actividrd
trans reguladora. Ademiís, metabolitos aspecíñcu
actúan como corrqnesores o coindrrctores, los cuahs,
al enlazarse a unaproteínacon actividad trans ñi¡\
fortalecen o debilitan el v'mculo de ésta con el eb-
mento cls. Por tanto, una alta @ncentración intrarelula
de un metabolito, como una purina o un aminoácido,
puede bloquear la síntesis de las enzimas involucradas
en su propia biosíntesis. Por ejemplo, enla Salmonella
typhimurium, la adición de histidina reprime la sínte-
sis de todas las enzimas de la biosíntesis de la His, y la
leucina, reprime la síntesis de la primera de las tres
enzimas indispensables para la biosíntesis de la ku.
Sin embargo, la biosíntesis de la enzima se reanuda si
se elimina o se agota un intermediario biosintético fun-'
damental en el medio de cultivo. Este proceso consti-
tuye la desrepresión.
L.,s eremplos anteriores ilustran la represión
por retroalimentación por el producto, caracterís-
ti;: :; .¡s
-'
ías biosintéticas bacterianas. La represión
por el catabolito, un fenómeno conexo, es la capaci
c": ie -:. rntermediario en una secuencia de reaccio-
:.:. :.:..lzadas por enzimas, para reprimir la síntesis
:: :,-.:.::ils catabólicas. Este efecto se observó por
::::.:.i',ez en E. coli creciendo con una fuente de
:::: :.r Xl diferentedela glucosa. La adiciónde glu-
- ::. r3rilrrc la síntesis de las enzimas vinculadas con
: :,:.:,¡lismo de X. Este fenómeno se denominó ini-
-.:,::.3i1te ei "efecto glucosa". Toda vez que los
-.----.nros oxidables, diferentes a la glucosa, produ-
-: :::;tos similares, se adoptó el término "represión
: : :. :atabolito", y está mediada por el cAMP. Los
-::.:rsmos moleculares de la inducción, represión y
:::::rre sión se comentan en el capítulo zll.
Los procesos combinados de síntesis y degradacrón
de las enzimas constifuye el recambio enzimáüco,
reconocido como una propiedad característica de to-
das las células de mamífero, desde mucho antes de
que se demostrara su presencia en las bacterias. La
eristencia del recambio proteínico en los humanos,
deducida a partir de experimentos dietéticos hace
mucho mas de un siglo, se demostró de manera con-
clu¡rente con el trabajo clásico de Schoenheime¡ justo
mtes y durante la Segunda Guera Mundial. A través
de la medición de la velocidad de incorporación a las
proteínas, de aminoácidos marcados con N15 y de la
velocidad de pérdida del Nls a partir de las proteínas
Scboenheimeq dedujo que las proteínas corporales
se encuentran en un estado de "equilibrio dinámico",
corre€pto extendido posteriormente a otros constitu-
)utes corporales, entre los cuales se incluyen los
lipidos y los ácidos nucleicos. Si bien el interés prin-
cipal de este capítulo se centra en la regulación de la
actividad y de la cantidad de las enzimas, debe
recordarse que todas las proteínas están sujetas a re-
cmbio constante. Esto proporciona un mecanismo
¡rra larenovación de las proteínas celulares, dado que
todas ellas poseen una vida funcional finita, debido a
que son objeto de un ataque químico constante. Las
fuentes comunes de daño proteínico incluyen, las oxi-
daciones de los residuos de histidina y cisteína, acargo
del oigeno molecular, así como las desaminaciones
hidrolíticasde laasparagina y de la glutamína,acargo
del agua.
l -l)
. 8i,,,¡,,.;r::(,/ .i.'!',.,.',.,.
\

206. de la octi'idacl
á-.a veloeieiad de degradaeién
de enximas esnce iiicas.
*st* ¡"*quiarjs
En el capítulo 31 se discute la degradación de las
proteínas de mamífe¡os a cargo de las vías dependien-
tes del AfP y la ubicuitina, y de las vías independientes
del AIP. La susceptibilidad de una enzima a la degrada-
ción proteolítica. depende de la conformación de di-
cha enzima. La susceptibilidad proteolítica se modifica
con la presencia o ausencia de sustratos, coenzimas o
iones metá1icos, los cuales modifican la conformación
proteínica. Por tanto, la concentración celular de los
sustratos, las coenzimas y, posiblemente, los iones,
puede influir en la velocidad a la cual se degradan
enzimas específicas. La arginasa y la triptófano oxi-
genasa (triptófano pirrolasa), ilustran estos conceptos.
La regulación de la concentración de la arginasa he-
pátrca, puede involucrar un cambio en la ( o en la ft¿"r.
Después de ingerir una dieta abundante en proteína,
se incrementa la concentración de la arginasa hepáti-
ca, debido a un aumento de la velocidad en la síntesis
de la arginasa. La concentración de la arginasa hepáti-
ca, también aumenta en los animales en ayuno, sin
embargo, en este caso, el aumento se debe a una dis-
minución de la degradación de la arginasa, en tanro
que la ft. permanece sin cambio.
En un segundo ejemplo, ia inyección de glucocor-
ticoides y la ingestión de triptofano. en 1os mamíferos.
aumentan la concentración de la triptc.fano o\1senasa.
La hr¡rnirtl3 1n.-iementa La r elo;rCa,i de la síntesrs
j: l: ,::.ieen,rs,t 1r.'rene:ia 1a l, r. Srn embarso. el
'.::pio;:n..
ur¡ 3I€Cti 1a i,. pero dismrnule la,tu." a1 es-
tabilizar la orisenasa conrra Ia digestión proteo-lítica.
Compárense estos dos e¡emplos con la inducción
enzrmática en las bacterias. En el caso de la arginasa,
el aumento de la ingestión de nitrógeno por una dieta
abundante en proteínas, puede incrementar las con-
centraciones de la arginasa hepática (capítulo 3 1), por
tanto, superficialmente, el aumento de la síntesis de la
arginasa semeja el correspondiente a la inducción por
sustrato en las bacterias. Sin embargo, en el caso de la
triptofano pirrolasa, si bien el triptofano puede actuar
como un inductor en las bacterias (afecta la k.), en los
mamíferos, el efecto de éste tiene iugar exclusivamente
sobre el proceso de la degradación enzimática (dismi-
nuve la k.").
La concentración de enzimas en los tejidos de
ios mamíferos, puede modificarse por una gran va-
riedad de factores fisiológicos, hormonales o dieté-
ticos. Se conocen ejemplos en diversos tejidos y vías
metabólicas, pero el conocimiento de los detalles
moleculares de estos cambios es incompleto.
Los glucocorticoides incrementan la concentra-
ción de la tirosina transaminasa al estimular la k". Este
fue el primer caso esclarecido de una hormona regu-
ladora de la síntesis de una enzima de mamífero. La
insulina y el glucagón, independientemente de sus efec-
tos fi siológicos antagónicos, incrementan, indepen-
dientemente, de 4 a 5 veces la /r.. El efecto clel glucagón
está mediado por la vía del cAMP.
SE DISPONE DE MULTIPLES
OPCIONES PARA LA REGULACIÓN
DE LA ACTIVIDAD CATALíTICA
La modificación de la eficiencia catalítica intrínseca
de las enzimas, proporciona un medio rápido para la
regulación de su actividad. La inducción de la sínte-
sis proteínica constituye un complejo proceso con
múltiples etapas que, en los humanos, requiere de ho-
ras para producir cambios significativos en la concen-
tración enzimática total. Los cambios en la estructura
y la función de las enzimas inducidos por el enlace de
ligandos disociables (regulación alostérica), o por la
formación o hidrólisis de enlaces químicos (modifi.
cación covalente), pueden acontecer en segundos, e
incluso en fracciones de segundo. En general, los cam-
bios en la concentración proteínica, constituyen el
mecanismo favorito para los cambios adaptativos de
largo plazo, en tanto que los cambios en la eficiencia
catalítica intrínseca de la población existente de mo-
lécu1as enzimáticas, dan origen a cambios transitorios
v rápidos.
ALGUNAS ENZIMAS ESTAN REGUI-ADAS
POR EFECTORES ALOSTÉR¡COS
La actividad catalítica de cierlas enzimas reguladoras.
se modula mediante efectores alostéricos de bajo pe:e,
rnolecular, que por 1o general, presentan poca o nin-
guna similitud estructural con los sustratos o la.
coenzimas de la enzimaregulada. Lainhibición por re-
troaümentación, se refiere a la inhibición de 1a actir ii:¿
de una enzima en una vía biosintetizadora, por un
f :: -
ducto final de dicha vía. Por ejemplo, en 1a biosi¡::...
de D a partir de A, catalizada por ias enzimas d¡ E:-:
aErrz.,
Erz, Enz2 Erzj
A+B+C+D
resulta tipico que una alta conuclrl.., - _ .
la conversión de A en B. Esto ilr,rl:.,:, .
-
un simplc "rie jamienro" ,1r , .
cepacidad de D p:rrr Lntrr., -
to. D actúa coulo Lrn efect,rr:l ,:t.: ,
un inhibidor por retrollinrt r.t=,: .
.

207. f -i:
(Cupítttlo 1l )
:-- - : : r--.3SiS de D. Típicamente, D
: r :.;:-.rble er-r un sitio alostérico,
- -
-
--.; ;;l sitio catalitico.
-: r: .¡ lnhibición por retroalimentación
- r,:i:111\a. no competitiva, paicialmente
"
-:. i!-secoplada o mixta. La inhibición por
::,i:cron. es la más fiecuente en las vías
> .:-:-,-.1s. Con frecuencia, el inhibidor por retroa-
r.r'r-r.iCitrn. es la última molécula pcqueña, antes de
: ::'.:cron.iolécu1a (p. ej., aminoácidos antes de pro-
:err¡s: nucleótidos antes de ácidos nucleicos). Por lo
general, la regulación por retroalimentación se pre-
senta en el único paso obligado de una secuencia
biosintética particular. Un ejemplo bastante estu-
diado corresponde a la inhibición por el CTP, de 1a
aspafiato transcarbamilasa bacteriana (véase adelante
y el capítulo 36).
Con frecuencia, una vía biosintética, se ramit-rca.
y la porción inicial está a cargo de la síntesis de dos r.
rnás metaboiitos básicos. La l'rgura 11-5 t¡uestla krs
sitios probables de inhibición por retroalinrentacttrlr
sirnpie, en una vía biosintética ramificada (p. e-¡ .. par':
aminoácidos, purinas o pirimidinas). S,. S, ¡' S. srr:
los precursores de los cuatro productos finales t,\. B.
C y D); Sa es un precursor de B y C, y S. es prcCllr:rri
'ólo
de D. Por tanto. las secuencias
Ss)A
So' B
S+)C
Ss )Ss) D
constituyen reacciones en secuencia lineal, las cuales
podrían ser inhibidas mediante retroalimentación por
los respectivos productos finales. De nuevo, la biosín-
tesis de los nucleótidos (capítulo 36) proporciona ejem-
plos específ,rcos.
Un control fino adicional, lo proporcionan múltiples
asas de retroalimentación (figura 11-6). Por ejemplo,
en presencia de un exceso de B disminuye el requeri-
miento de 52. Por tanto, la capacidad de B para disminuir
la producción de 52 le confiere una ventaja biológica.
Sin embargo, en caso de que el exceso de B, inhiba no
sólo la parte de la vía exclusiva de su propia síntesis,
sino también porciones comunes a la síntesis de A, C
o D, el exceso de B, interrumpiría la síntesis de los
cuatro productos finales. Es evidente que esto resulta
indeseable, sin embargo, existen los mecanismos para
eludir esta dificultad.
En la inhibicién acumulatiya por retroalimen-
taci¡in. el efecto inhibidor de dos o más productos
hrales sobre sólo una enzima reguladora, resulta es-
trictamente aditivo.
ga
1¿ inhihir:iiín multivalente o concertada por
retoalimentación, la inhibición completa tiene lu-
gar solamente cuando dos o más productos finales se
presentan simultáneamente en exceso.
En la inhibición por retroalimentacién coope-
rativa sólo uno de los productos finales, en exceso,
i¡hibe la e¡zima reguladora, pero el efecto de la inhi
bición debida a la presencia de dos o más productos
finales, excede en mucho los efectos aditivos corres-
pondientes a la inhibición por retroalimentación
acumulativa.
L
",,
¡ : ¡r¡to tr¿rnscarbatloilasa (Af Cas a) cataliza la
pi::'-e:: :e¡icción exclusiva de la biosíntesis de la pirini-
drn,,i r .-rgr-r:a 11 7). La ATCasa se inhibe por re troali-
Figura I I -6.
nh brción por retroalimentación múltiple en una
vía biosintética ramificada. Se presentan múltiples ciclos de
retroalimentacrón (flechas curvas continuas) sobrepuestos
a los ciclos de retroalimentación simple (flechas curvas pun-
teadas), los cuales regulan a enzimas comunes a la biosínte-
sis de varios productos finales.
FI
/-
S,+S+S+
,r-1É
t -.¡
-*,-"+*B
"¡-Jd
Figura 11-5. Sitios de lnhibción por retroalimentación en
una vía biosintética ramiflcada. S. a S. corresponden a los ¡n-
termediarios en la biosíntes s de los productos finales A a D.
Las flechas rectas representan a la enzima en la catálisis de
las conversiones señaladas. Las flechas curyas represen-
tan los ciclos de retroalimentación e indican Ios sitios proba-
bles de la inhibición por retroalimentación a cargo de produc-
tos finales especÍficos.
s2 + -r(

208. Enzimas: regulación de lo acti'idad
.
ASPARTATO
TRANSCARBAMOILASA
o
li
-^ó
HrT
_?r"
'
l.H
/ v- -u"
o''/ -
l',-
-coo-
H
Figura 11-7. Reacción de la aspartato transcarbamilasa
(ATC-asa).
mentación por el trifosfato de citidina (CTP). Después
de tratamiento con mercuriales, la AICasa pierde la
susceptibilidad para su inhibición a cargo del CTP, pero
conserva toda su actividad para la síntesis del carba-
milaspartato. Esto sugiere que el CTP se enlaza a un
sitio diferente (alostérico) de los correspondientes a
cada uno de los sustratos. La AICasa consta de múlti-
ples protómeros catalíticos y reguladores. Cada pro-
tómero catalítico contiene cuatro sitios para el aspartato
r sustrato), y cada protómero regulador, al menos dos
sltios para el CTP (reguladores).
Los sitios alqstér!ec y catalítico
están espae iainr*i:ie distante*
Monod obsen'ó la ihlta de similitud estructural en-
tre un inhibidor por retroalimentación y el sustrato
de la enzima cuya actrrrdad regula. Toda vez que
los efectores no resuitan isoestéricos respecto del
sustrato sino alostéricos ("ocupantes de otro espa-
cio"), Monod propuso que las enzimas cu1'a activi-
dad se regula mediante efectores alostéricos (p. ej..
inhibidores por retroalimentación), enlazan al
efector en un sitio alostérico, que es físicamente
diferente del sitio catalítico. Portanto, las enzimas
alostéricas son aquéllas cuya actividad en el sitio
catalítico puede modularse por la presencia de
efectores alostéricos en un sitio alostérico. La evi-
dencia que apoya la existencia de sitios alostéricos,
físicamente diferentes en las enzimas reguladas,
incluyen:
1) Las enzimas reguladas, modificadas mediante
técnicas químicas o lisicas, con frecuencia se tor-
nan insensibles a los efectores alostéricos corre:-
pondientes, sin modificación de su actividad ca-
talítica. La desnaturalización selectiva de los :i-
tios alostéricos se logra mediante el tratamiento
con mercuriales, urea, rayos X, enzimas pro-
teolíticas, concentración iónica o pH extremos,
envejecimiento entre 0 y 5'C, congelación o ca-
lentamiento.
2) Los efectores alostéricos con lrecuencia prote-
gen el sitio catalítico de Ia desnaturalización bajo
condiciones en las cuales los sustratos no lo hacen.
Toda vez que parece improbable que un efector
enlazado en el sitio catalítico sea capaz de pro-
teger cuando el sustrato no lo hace, esto sugierc
un segundo sitio alostérico en otra parle de la
molécula de la enzima.
3) En ciertas céluias mutantes bacterianas y de ma-
mífero, las enzimas reguiadas presentan una mo-
dificación de las propiedades reguladoras, pero
conservan las propiedades catalíticas del tipo
celular original. Por tanto, la estructura de los si-
tios alostérico y catalítico tiene un origen genético
diferente.
4) Estudios sobre la unión de los sustratos y de los
efectores alostéricos a las enzimas reguladas
demuestran que cada uno puede enlazarse (unir-
se) con independencia del otro.
5) En cierlos casos (p. ej., ATCasa), el sitio alos-
térico y el catalítico se locaiizan en protómeros
diferentes.
Lcs efcctos ffilostáár¡*ss pl¡eden
!nfluin sffibrc ia K* c !a
1./o""
La referencia a la cinética de la inhibición alostéri-
ca como "competitiva" o "no competitiva", respecto
del sustrato, conlleva implicaciones mecanicista.
desorientadoras. En este texto se prefiere defini.r-- dr¡¡
clases de enzimas reguladas: enzimas de la serie K
.'
enzimas de la serie V. En el caso de las enzimas a1.¡s-
téricas de la serie K, la cinética de saturaclon üi
sustrato es competitiva, en el sentido de qr,ie 1.: ,.'
aumenta sin efecto sobre la (uo,. Err las enz.r:--..
alostéricas de la serie V el inhibidor alostérrco c...:- -
nuye la tr/n,u* sin afectar la K- aparer,te. Las n:,-:
--
caciones en laK. o en la Ij,^, probablenren¡¡ ri:-.. :-
de los cambios en la conformación del si:1.. .... : -
inducidos por el enlace dcl efector alLrsle: .. ;r - : -
tio alostérico. En las enzimas alostertc:. ,:: , ,.-. ",
este cambio de la confomación :,.::¿: :. -'
enlaces entre ei sustrato \-lrrs ri!li'.-: r: : : -- --:
de éste. En las enzimas alrrs¡ir ::: -: - ::- : -
electo plirnario
¡Lred
'
qtle Se tfadr,l!'!- e:, ,.:'.: - r"' -
- -
-
:
o
il
-^^
H^N 'Cl.
¡H
-U , L.
2 o.Po- rr coo'
I ll
Carbamc. o
- -ASOa[aIO
loslalc
"r1

209. 136
i (Capítulo 1l)
bargo- es posible observa¡ efectos intermedios sobre
la ,K- y la I-* a consecuencia de estos cambios de la
conformación-
REGUI-AC6N POR
RETROALIMENTAClÓN
NO ES SINÓNIMO DE tNHIBrcIÓN
PCR RETROALIMENTACIÓN
En las células de mamíferos y de bacterias, los pro-
ductos finales "retroalimentan" y conffolan su propia
síntesis. En muchos casos, esto involucra una inhibición
por retroalimentación de una de las primeras enzimas
de la vía biosintética. Sin embargo, se debe diferenciar
entre regulacién por retroalimentación, un término
fenomenológico carente de implicaciones mecanicis-
tas, e inhibición por retroalimentacién, un meca-
nismo para la regulación de muchas enzimas bacte-
rianas y de mamíferos. Por ejemplo, en los tejidos de
mamíferos, el colesterol en la dieta restringe la sinte-
sis de colesterol a partir del acetato; sin embargo. esta
regulación por retroalimentación ao parece involucrar
la inhibición por retroalimentación de u¡ra enzima tgm-
prana de la vía biosintética del colesterol. Se afecta rma
erzima temprana (la HMG-CoA reductasa)- pero el
mecanismo involucra la intemrpción, por el colesterol
o un metabolito de éste, de la expresión del gen que
codifica a la HMG-CoAreductasa (es decir, represión
enzimálica). El colesterol, adicionado directamente a
la HMG-CoA reductasa, no afecta la capacidad cata-
lítica de ésta.
MUCHAS HORMONAS ACTIJAN
ATRAVES DE SEGUNDOS
MENSAJEROS ALOSTERICOS
El enlace de muchas hormonas a los receptores coffes-
pondientes en la superficie celular y muchos impulsos
newiosos, dan origen a cambios en la velocidad de
las reacciones catalizadas por enzimas en el interior
de las células blanco al inducir 1a liberación o la sínte-
sis de efectores alostéricos especializados denominados
segundos mensajeros* (capítulo 44). Uno de los se-
gundos mensajeros, mejor conocido, corresponde al
3',5'-cAMP, que se si¡rtetiza a parlir del AIP por la
enzima adenililciclasa en respuesta a la hormona
epinefrina. Otro correspo nde al C**, que se almacena
en e1 interior del retículo sarcoplásmico de las células
musculares. La despolarización de la membrana a con-
secuencia de un impulso nervioso abre un canal de la
*
El mcnsajcro primario o "primcro" corresponde a la lnolócula dc
la hornron¡ o al irnpuls,, ¡rervi,':o. lror
sr rnrsmüs.
¡¡s6!¡ana, que libera iones de calcio al citoplasma.
En éste, el Caz* se enlaza y activa a las enzimas
involucradas en la regulación de la contracción y de
la movilización de la glucosa almacenada en for-
ma de glucógeno. A continuación, la glucosa satis-
face el aumento en la demanda de energía de la con-
tracción muscular. Ofros segundos mensajeros inclu yen
el 3-5'-cGMP y los polifosfoinositoles, producidos
porlahidrólisis de fosfolípidos de inositol a cargo de
fosfolipasas reguladas por hormona.
IáS MODIFICACIONES COVALENTES
REGUI.ADORAS PUEDEN SER
RB/ERSIBLES O IRREVERSI BLES
En las células de mamíferos, las dos variantes más uti-
lizadas par a la modifi cación covalente corresponden
a [a proteólisis parcial y la fosforilacién. Toda vez
que las células carecen de la capacidad para reunir
las dos porciones de una proteína generadas por la
hiffilisis de un enlace peptídico, a ésta se le consi-
dera una modificación irreversible. La hidrólisis de
los fosfoésteres formados por la fosforilación cova-
lente de una proteína (en la cadena lateral de un resi-
duo de serina, treonina o tirosina) es termodinámi-
camente espontánea y objeto de catálisis rapida por
e[zimas denominadas proteinfosfatasas. Por tanto,
la fosforilación constituye un proceso de modifica-
ción reversible.
MUCHAS PROTEASAS SE SECRETAN
GOTIO PROENZIMAS
CATALÍNCAM ENTE I NACTIVAS
Cienas proteínas se fabrican y secretan en forma de
proteínas precursoras inactivas conocidas como
proproteínas. Cuando estas proteínas son enzimas,
las proproteínas correspondientes se denominan
proenzimas o cimógenos. La conversión de una pro-
proteína en la proteína madura involucra la proteólisis
selectir-a proceso que mediante uno o más "cortes"
proteoliticos sucesivos convierte a la proproteína en
una variante con la actividad característica de la pro-
teína madura (en este caso la actividad enzímática).
Ejemplos de proteínas fabricadas como proproteínas
incluyen la hormona insulina (proproteína : pro-
insulina), las enzimas digestivas pepsina, tripsina y
quimotripsi-na (proproteínas : pepsinógeno, tripsi-
nógeno y quimoripsinógeno, respectivamente), varios
factores de las cascadas de la coagulación sanguínea
y de la disolución de1 coágulo sanguíneo (capítulo 59), y
la proteína colágena del tejido conjuntivo (proproteína
:
procolágena).

210. Enzünas: regulación de la actit,idad '
I :
-
La conversión de ia proquirt.rotlipsrna (pro-QT),
un polipéptido de 245 residuos antinoacilo. a la enzima
activa u-quirnotripsina inr t¡lucra tres
.'coftes"
pro-
teolíticos y la lonlaciórt ric utt llltenrediario activo,
conocido con-ro r-quinrottifr stna
( IT-QT) (figura I 1 -8 ).
En la u-quimotripsina. las cadenas A, B y C perma-
necen asociadas debid.r a La plescncia en la cr-QT, de
dos puentes disulfl¡t entre ias cadenas (figura I I 9).
.;,r;.:. ,1,"1 :
'':.'. .:r:i- ,ij; i:l':,:i'.,.,:-,,.:: .,'
'
, tl"t',
¿,Cuál es ia rezón de que ciertas proteínas se secreten
como su r ariante inactiva? Ciertas proteínas se requie-
ren. básrcamente. todo el tiempo. Otras (p. ej., las
enzimas de la ibrmación y de la disolución del coágu-
1o sanguíneo) se necesitan sólo de manera intermitente,
pero inmediata. Ciertos procesos fisiológicos recuren-
tes, como la digestión, se presentan de manera regular
y predecible (si bien éste puede no haber sido el caso
en los humanos primitivus). Otros, como los corres-
pondientes a la formación del coágulo, disolución de
éste, y reparación tisular sólo necesitan estar "dispo-
nibles" en respuesta a la presión de un requerimiento
fisiológico o fisiopatológico.
Puede apreciarse fácilmente que los procesos de
la formación y disolución del coágulo sanguíneo deben
coordinarse en el tiempo con el objeto de lograr la ho-
meostasis. Además, la síntesis de las proteasas en forma
de proteínas precursoras, catalíticamente inactivas, sir-
ve para proteger el tejido de origen (p. ej., el páncreas)
de 1a autodigestión; ésta puede presentarse en la pan-
creatrtis, La síntesis de novo delasproteínas requeridas
pcdrÍa no se¡ 1o suficientemente rápida para respon-
der a l¡ presrcin de una demanda fisiopatológica como
1a pérdrda de sansre. Incluso debe disponerse de una
resen a de los amrnoácidr¡s precwsores. Adicionalmente,
e1 proceso de secrecrón pLrdrí.l ser ¡e1a¡ivamente lento
con relación a la demanda irsrolóeica.
l-a activaeión de la proquinrotripsina
requiere una proteÓlisis selectiva
El ejemplo de la conversión de una proproteína en su
variante madura y fisiológicamente activa, ilustra los
principios generales de la conversión de una propro-
teína en proteína:
1) El proceso implica una proteólisis selectiva,
que en algunos casos requiere de un solo corte
proteolítico.
2) En la proteína madura los polipéptidos forma-
dos pueden separarse o pefinanecer asociados.
3) El proceso puede conllevar (o no) un cambio
importante en el peso molecular.
4) Una consecuencia importante de 1a proteóiisis
selectiva es ia adquisición de una nueva con-
formación.
5) En el caso de la proproteína correspondiente a
una enzima el cambio de la conformación men-
cionado genera el sitio catalítico de la enzima.
En realidad, la proteólisis selectiva de nna pro-
enzima puede considerarse como un proceso que
desencadena cambios conformacionales funda-
mentales que "crean" el sitio catalítico.
Obsérvese que en tanto la His 57 y e1 Asp 102
residen en el péptido B de la u-quimotripsina,
ia Ser 195 reside en el péptido C (figura 11-8). La
proteólisis selectiva de la proquimotripsina
(quimotripsinógeno) facilita la aproximación de
los tres residuos de la red amplificadora de car-
ga. Esto ilustra ia manera en que la proteólisis
selectivapuede dar origen al sitio cataiítico. Ob-
sérvese también que los residuos para el contacto.
y los catalíticos, pueden ubicarse en cadenas
peptídicas diferentes, pero ,aún así, a una distan-
cia formadora de enlace respecto del sustratu'
enlazado.
i 1*/i4.r$
---t
t+/ r+^
Figurall-S.Conversióndelaproquimotripsina(pro-QT) enTT-quimotripsina i:-Q-
.. :-:.:. =- :-:- : = : - -
cx,-quimotripsina (cr-QT) madura y catalíticamente activa.
14ü 14Ein

211. 138-B
(Capírulo ll)
s_s >-5
Fr§ura 1'1-9. Enlaces disulfuro intracatenarios e rntercatenarios de la a-quimotripsina (a-eT)
-A
¡,i CD I FICAC!ér"J COVALHNITH
R E V E RS I BLE REGL.¡LA FNZI
prlA$
CLAVE DE LCIS fulAfu4íFERO§
Las proteínas de las células de los mamílero: strr.l
blanco de una amplia variedad de procesos de nrr.-
difi cación covalente. Algunas modifi cacionss. Coln rr
la glucosilación, la hidroxilación y la acilación con
ácidos grasos, introducen nuevas caracterÍsticas ¡:-
ttl-tcturales en las proteínas recién sintetizadas. Est:.
modificaciolles, por lo general, son permanenres \
persisten durante toda la vida de 1a proteína. Enrre l:rs
modificaciones covalentes utilizadas para reguLr: i.r
función de la proteína, co111o 1a metilacrón. la ¡¡¡-
nililación y la fosforilación-desfosforilacior.i. 1a últr::--.
constituye, por mucho, la de utilizacrón ntás drrur¿,-
da. La fosforilación de las proteínas se cataliza rrLr: r,1¡
enzin-ias denominadas protei n cin a sa s. que c ¡ i.ri iz=:-
la transferencia del grupo fosforiio gamma de1 p .:
los grupos hidroxilo de la cadena laterai de 10: i¡-rr-
duos serilo. treonilo o tirosilo para fonr.rar residLrc,:
o-fosfoserilo, o-fosfotreonilo u o-fosfotir-osi lo, respec-
tir-amente (figura I 1-10). Algunas proteincinasas rie-
nen como blanco las cadenas laterales de los residurrs
histidilo, lisilo, arginilo y aspartilo. La forma or.isr-
na1 de la proteína puede regenerarse mediante una se-
sunda reacción hidrolítica catalizada por enzimas co-
noci das como proteinfbsfatasas.
Una célula típica de mamílero posee más de 5 000
prrrteínas fosfbriladas, así como varios cientos de pro-
teincinasas v proteinfosfatasas, responsables de 1a
resp..r: 3 lnterconversión de dichas proteínas (cua-
drt¡ 1 1 1 r. La fhcilidad de las células para intercon-
\.ertir las enzitnas de las variantes fosfo a las desfosfo
es una razirn rtlporrante para explicar 1a frecuencia de
1 a fo s tb ri i ac i u¡ :r - d ¡ s tb s fori I ac ión como un mec ani srno
@§-,,,
Figura 11-10. Modificacrón covalente de una enzima regu-
lada por fosforilación-desfosforilación de un residuo serilo.
ADP
para e1 control de la regulación. Este proceso permite
que las propiedades funcionales de la enzima alectada
se modifiquen sólo por el tiempo en que dicha enzima
responde las necesidades específicas del organrsmo.
Una vez que el requerimiento pasa, la enzima puede
regresar a su forma original, Iista para responcler a1
sigriiente estímulo. Un segundo lactor que subyace la
amplia utilización de la fosforilación-desfosforilación
proteínica, radica en las propiedades químicas del gru-
po fosforilo por sí mismo. Para modificar las
propiedades funcionales de una enzima, cualquier mo-
dificación de su estluctura química debe influir en la
configuración tridimensional de 1a proteína. La alta
densidad de carga de ios grupos fosforilo enlazados a
la proteína, por lo general de 2 a un pH fisiológico, y
su propensión para fomar puentes salinos con los re-
siduos arginilo 1os convierte en agentes poderosos para
modificar la estmctura y 1a función proteínicas. La
:..sfori1ación por lo general tiene como blanco
aminoácidos distantes del sitio catalilico. r su ini]uen-
¡ia en 1a eficiencia catalírica intrinséca u orras
¡¡¡.predades de la enzima se basa en los cambios de la
;t¡:tbmración enzimática. En este sentido los sitios de
:o:ro:rlación y 1os sitios para otras modificaciones
.,r'' ii-rles pueden considerarse como otra forma de
:rr:r¡ al-¡s¡érico. Sin embargo, en este caso el "ligando
elr¡st:nct¡" se enlaza covalentemente a la proteína.
LA FCS trORi LAC'Óh¡ PRET§íNJ ICA
E S EXT R E MADAI.,4 H Í\JTE VHffiSÁTi L
La lbs,r¡ni¡;:or-desfoslorilación proteínica es un pro-
ceso r"e¡s¡ir1 ..
selecrir o. \o todas ias proteínas son
ob.jeto de esia nrrdit-rcacrón. r' de 1os muchos grupos
Cuadro 'l 1-1. Ejernpfos de enzimas de mamíferos
cuya actividad catalítica se modifica por
fosfor¡ tación-desfosfori lación covalente
Estado de actlv¡dad
Acetil-CoA carboxiiasa
Glucógeno sintasa
Piruvato deshicjrogenasa
HMG-CoA reductasa
Glucógeno fosforilasa
Citrato liasa
Fosforilasa b cinasa
HMG-CoA reductasa cinasa
E
E
E
E
FE
FE
FE
FE
FE
FE
FE
FE
E
E
E
E
E, desfosfoenzima; FE, fosfoenzima
*
0
-
P032*

212. Enzimos: regulación de I.a actividad . I3E
hidroxilo en las cadenas laterales disponibles en la
superficie de Ia proteína sólo se modiiica uno o bien un
pequeño subconjunto de ¡esrduos especíticos. Si bien
la función enzimática que se aiecta con más frecuen-
cia es la eficiencia catalítica de la proteína, la fosfo-
rilación también puede rnodrficar la afinidad por los
sustratos, la localizacrón lntracelular o Ia capacidad
de respuesta a la regul.r;ión por ligandos alostéricos.
La fosforilación pueJe lncrementar la eficiencia
catalítica de una enzrma convirtiéndola en su varian-
te activa, mientras que la fosforilación de otra enzima
puede conrertirl¡ en su variante intrínsecamente ine-
ficiente o lnactr a.
lvluchas proteínas pueden fosforilarse en múlti-
ples srtios o ser obieto de regulación a través de la
fosforilación-desfosforilacrón y por el enlace de
iigandos alostéricos. La fosforiiación-desfosforilación
en un sitio puede catalizarse por múltiples protein-
cinasas o proteinfosfatasas. Muchas proteincinasas y
la mayor parte de las proteinfosfatasas actúan sobre
más de una proteína y asimismo se interconvierten en
su variante activa o inactiva al enlazar a segundos men-
sajeros o mediante una modificación covalente por
fosforilación-desfosforilación. La interrelación entre
las proteincinasas y las proteinfosfatasas, entre las di-
ferentes consecuencias t'uncionales de la fosforilación
en sitios diferentes, o entre los sitios de fosforilación
y los sitios alostéricos, constituyen la base de las redes
reguladoras que integran múltiples estímulos ambien-
tales para generar una respuesta celular coordinada
apropiada.
En estas complejas redes reguladoras las diver-
s¡s enzimas responden a diferentes señales ambien-
;¡1es Por ejemplo, si una enzima puede fbsforilarse
en só1.- -ln sitio por más de una proteincinasa, puede
convertrrse de una variante catalíticamente eficien-
te a una rnefrciente (inactiva), o viceversa, en res-
puesta a una señal, Cuando 1a activación de la prote-
incinasa responde a Lina señal diferente de aquella
que activa la proteinfc.siatasa. la losfoproteína se con-
vierte en un punto de decisrón. La respuesta funcional,
por lo general la actividad catalítica. refleja el estado
de fosforilación. Este estado, el grado de fbsforilación
está determinado por la actividad relatir a de 1a protein-
cinasa y la proteinfosfatasa, que es un reflejo de la
presencia y la potencia relativa de las seña1es ambien-
tales que actúan sobre cada una. La capacidad de mu-
chas proteincinasas y proteinfosfatasas para actuar
sobre más de una proteína provee una vía para que
una señal ambiental regule coordinadamente múlti-
ples procesos metabólicos. Por ejemplo, las enzimas
3-hidroxi-3-metil glutaril- Co-A reductasa y acetil-CoA
carboxilasa, que controlan los pasos limitantes de la
biosíntesis del colesterol y de los ácidos grasos, res-
pectivamente, se fosforilan e inactivan mediante la
proteincinasa activada por AMP. Cuando esta prote-
incinasa se activa, ya sea por fosforilación o por otra
proteincinasa, o en respuesta al enlace del correspon-
diente activador alostérico, el 5'-AMP, se inhiben 1as
dos r,ías principales responsables de la síntesis lipí-
dica a partir de la acetil-CoA. Las enzimas intercon-
vertiblcs y las enzirr,as que catalizan dicha inter-
ccnversión no actúan como simples encendedores o
apagadores que trabajan independientcmente. Am-
bas enzimas son los bloques estructurales de las com-
putadoras biomolcculalcs necesarias para mante-
ner la homeostasis en las células, que lievan a cabo
un conjunto complejo de procesos metabólicos, que
deben regularse en respuesta a un amplio espectro
de lactorct anrbicntales.
La ¡iluuillua
el fluio de n
l covalente regula
rbolitos
La regulación de la actividad enzimática mediante la
fosforilación-desfosforilación presenta analogías con
la regulación por inhibición por retroalimentación.
Ambas proporcionan una regulación a corto plazo y
rápidamente reversible del flujo de metabolitos en res-
puesta a señales fisiológicas específicas. Ambas actúan
sin modificar la expresión génica; ambas actúan sobre
enzimas que catalizan reacciones tempranas de una
secuencia metabólica extensa (a menudo biosintética);
y ambas actúan en los sitios alostéricos más que en los
catalíticos. Sin embargo, la inhibición por retroalimenta-
ción involucra sólo una proteína y carece de caracterís-
ticas hormonal y neural. Por el contrario, la regulación
de las enzimas de mamífero mediante la fosforilación-
desfosforilación involucra varias proteínas y AIP r
está bajo control neural y hormonal directo.
I i l ;;.' i,.l'¡;'l
i:1.
¡'.i
La regulación de ia actividad enzimática contribur e c;
una manera importante a conservar la honreostasr.
conserva un ambiente intracelular e intraolganr. :
relativamente constante;frente a las amplias \'añLrJ.. r.;:
en el ambiente extefllo (como los cambios de ien::r.-
ratura, la presencia o ausencia de agua o de alr¡:-;:- .
específicos). Para lograr lahomeostasis. la r e1..¡::-- -.
numerosas reacciones bioquírricas debe r.'.: :'-.- -
necesidades fisiológicas.
¿Cómo
sg lLrg¡3 e::
Los valores de la K,,, para la ma Lr1- '-':::.
-: -'
enzimas, es decir, la conoentración de slis::-,:, - -
-
dichasenzirrrasuti1izan1amitaddesl'i.:.-
lítica intrínseca máxima. por lc, q::-::', :: : - , -
en. o cerca de. las conccntr¡. .
:
.
medio de la: rcs¡ectii n- r -
penniteincrenleritrl J -'
vcrsión flg 1,,. .¡..
' , -
eatáli-r.ütt 'l '... '.

213. r
(Capítulo ll1
::: : --- := ::.1-=,,s ireUb,óiicos individuales. Este
:'--:-:l_:.- - ::-.,. - :É:,iaOnselvaf UnaaCtiVidadmeta_
--, . :. .:- .-,=:a se complementa
"on
rn""unirrno,
:-r.._ -i :-_: ::.:¡,nden a factores externos, COmO las
: -: -, -:-
.,
-" ¿ctir tdad neuronal. En la mayor parte
:. .- .=. :re¡abólicas, para que la regulación acrir a
::.--:: ::áctrca v efectiva, el flujo dehetabolitos se
j
:-'-:
--.,1 :nediante una enzima catalizadora de un pasLl
':i
.-.-mpromiso" y limitante de la velocidad en dicha
" í¡..La capacidad catalítica de esta etapa conductora
es el producto de la cantidad de enzimá multiplicada
por la eficiencia catalítica intrínseca de la enzimi. Eus_
ten mecanismos que, al modificar ambos factores.
modifican la capacidad catalítica de reacciones fun_
damentales catalizadas por enzimas.
La cantidad de la enzima está determinada por e.
equilibrio entre la velocidad de la síntesis y la velocr_
dad de la degradación de la enzima. Muchas proteasas
y otras proteínas de exportación se secretafl corru-
proproteínas biológicamente inertes que deben sufrir
una escisión proteolítica selectiva para producir una
enzima o una hormona biológicamente activa. Los
ejemplos incluyen la quimotripsina, la insulina y las
proteasas de las cascadas de la formación y la disolu-
ción del coágulo sanguíneo. La secreción de una
enzima en forma de precursor inactivo proporciona
protección contra su actividad, en tanto faciiita cam_
bios rápidos de una actividad sin el requerimiento de
nueva síntesis proteínica. En la formación del sitio
catalítico, uno o más eventos proteolíticos inducen cam-
bios de conformación que aproximan y alinean resr-
duos previamente distantes. Los péptidos formados por
proteólisis selectiva pueden descartarse (p. ej., los dos
dipéptidos de la QT) o pernanecer enlazados medianre
puentes disulfuro (los péptidos A, B y C de la eT, 1
las cadenas A y B de la insulina).
La modulación de la eficiencia catalítica intrínse_
ca de las enzimas se logra a través de la regulación
alosté¡ica o de la modificación covalente. En la regu_
lación alosté¡ica, el enlace de los metabolitos y
segundos mensajeros a sitios diferentes, y a menudo
distanres ie- sr:ro !-atalítico, desencadena cambios
en la ,-:r-,1-:na;rón de la enzima que modifican la
I -.. ,:, ,. i= para los sustratos. En el caso de los
Dr,:,.rs_ _i :ttslnréticos, la inhibición por retroalimen_
i¡;r,-: r:..,:-ucra metabolitos reguladores localizados
''.-,t:i:e:.:3
:niba de la biosíntesis,, de la enzima en
--.r:s:.-: ¡ e3. la inhibición de la aspartato trans-
;.::.:-.-.s¡ a Cargo del CTP). En el caso de secuen_
Jrr! :3 :e¡;ciones catabólicas, los metabolitos
.,co_
r.,..-;_. :i:,it-r en la vía de degradación,, actúan como
:::-..:--:es de la enzima regulada (p ej., la inhibi_
:: .- :3 i¡ fosfofructocinasa por el AIp o el citrato). En
j+- r: j j. una enzima determinada pueda regularse
:' : ::::--¡hmentación por más de un metabolito, la ac_
:. : :e ios múltiples metabolitos reguladores puede
.:. -.:- :;umulativa, cooperativa o multivalente. Ade-
r:,::. *I metabolito determinado puede regular la
.::- . :¿d de varias enzimas, cada una exclusiva de una
!:.:-3:-.-1a particular de reacciones metabólicas (asas
:= :::¡alimentación múltiple).
:n
los humanos y otros organismos eucariotas la
.:.-'. :jad de muchas enzimas se regula mediante mo_
-
:-::.;:ón covalente, con mayor frecuencia por fosfo_
:.-..--.:,n dependiente del ATP, con la remoción por
.::,lLsis subsecuente del fosfato en forma de orto_
- s..:,¡ inorgánico. La fosfo¡ilación seiectiva. con
:,. . ,': tiecuencia de ¡esiduos Se¡ o Ti¡ específrcos, y
-. ::s:,¡sforilación subsecuente se catalizan por
:: - :-,:Jlnasas y proteinfosfatasas (enzimas conver_
:.: :". La actividad de estas enzimas convertidoras
.: .*:, regula. Por tanto, ia enzima blanco y la enzi_
::.: . -:,', enidora correspondiente pueden constituir un
:3:-:-3:.,t de una cascada reguladora, que responde a
-:." .:l¡. desencadenada por una hormona o un se_
_:-:,:: ::ensajero como el cAMp. Las enzimas conver-
:i..-:- j los blancos conespondientes constituyen una
:e¿ :e:'¡ledora cerrada, una computadora biooigánica
. ie :: tr.sa e integra inforrnación ambiental comple-
,te. :.1ij 3rL-ducir una respuesta celular apropiada y
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Soderling TR: Role of hormones and protein phosphory-
lation in metabolic regulation. Fed Proc 1982.41:2615.
Stadtman ER, Chock PB (editors): Current Topics in
Cellular Regtlation. Academlc, 1969 to present.
Weber G (editor): Advances in Enzyme Regulation.
Pergamon Press, 1 963-present.

215. Secc¡ón ll
Bioenergética
y metabolismo de
carbohidratos y I ípidos
Capítulo 12. Bioenergética: La función delATP ...145
Capítulo 13. Oxidación biológica ............. ............... 153
Capítulo 14. Ceden¡ respiratoria y fosforilación oxidativa. ... 161
Capítulo 15. Crrbohidratos de importancia fisiológica .......... .................. 175
Capítulo 16. LÍpidos de importancia fisiológica .... 187
CapÍtulo 17. Aspectos generales del metabolismo
intermediario............ ......... 201
Capítulo 18. El ciclo del ácido cítrico: catabolismo
de la acetil-Co-{. 213
Capítulo 19. Glucólisis ¡ oridación del piruvato ...223
Capítulo 20. Metabolismo del glucógeno............. ... 233
Capítulo 21. Gluconeogénesis ¡' control de la glucosa sanguínea............................... 2{3
Capítulo 22.Yía de los fosfatos de pentosa y otras vías
del metabolismo de hexosas ................ 155
l4)

216. Capítulo 13. Biosintesis de los ácidos grasos ..........267
Capítulo 2-1. Oxidación de los ácidos grasos: cetogénesis ............... ..........277
Capirulo 25. Metabolismo de ácidos grasos insaturados y de eicosanoides .............. 289
capítulo 26. Metatrolismo de acilgliceroles y esfingolípidos........... ..........299
Capítulo 27. Transporte y almacenamiento lipídicos .......... .... 309
Capítulo 28. Síntesis, transporte y excreción del colesterol ....329
Capítulo 29.lntegración del metabolismo y prorisión
de combustibles tisulares ..343
\

217. 12
Bioenergética: La función del ATP
PeterA. Mayes. PhD. DSc
TNTRoDUCctótrr
La bioenergética o termodinámica bioquímica es el
estudio de los cambios energéticos que acompañan a
las reacciones bioquímicas; proporciona los princi-
pios básieos para explicar por qué algunas reacciones
pueden llevarse a cabo y otras no. Los sistemas no
biológicos pueden utllizar la energía calorífica para
realizar trabajo, pero los sistemas biológicos son fun-
damentalmente isotérmicos y ulllizan la energía quí-
rnica para posibilitar los procesos de la vida.
IMPORTANCIA BIOMEDICA
Para que un animal obtenga la energía que lo capaci-
te para desarollar sus procesos notmales se requiere
r¡n cornbustible adecuado. La forma en que el organis-
mo obtiene esta energía a partir del alimento es básica
para comprender la nutrición y el metabolismo nor-
males. La muerte por inanición acontece cuando se
agotan las resen'as de energía disponible, y ciertas
variantes de malnutrición se acompañan de desequi-
librio energético (marasmo). La velocidad de la libe-
ración de energia, medida por e1 índice metabólico,
se controla mediante las hormonas tiroideas cuya
disfunción es causa de enfermedad. E1 almacenamien-
to elevado de los excedentes de energía da como
resultado obesidad, una de las enfermedades más fre-
cuentes en la sociedad occidental.
LA ENERGíA UENT ES LA ENERGíA
ÚT¡u eru UN SISTEMA
El cambio en la energía libre (AG), definido por
Gibbs, corresponde aleparle del cambio en la ener-
gía total de un sistema, disponible pararcahzar trabajo;
es decir, constituye la energía útil, conocida en los
sistemas químicos como el potencial químico.
Los sistennas biológicos cumplen con
las leyes generales de la termodinámica
La primera ley de la termodinámica establece que la
energía total de un sistema, incluido su entorno, per-
manece constante. Esta constituye también la ley de
la conservación de la energía. Ello implica que en el
sistema total, no se pierde ni se gana energía durante
cualquier cambio. Sin embargo, dentro del sistema
total, la energía puede transferirse de una a otra parte
o puede transformarse en una u otra modalidad de
energía. Por ejemplo, en los sistemas vivos la energía
química puede transformarse en calor, energía eléctri-
ca, energía radiante o energía mecánica.
La segunda ley de latermodinámica establece que
la entropía total de un sistema debe aumentar cuan-
do un proceso ocurre espontáneamente. Por entro-
pía se entiende el grado del desorden o aleatoriedad
del sistema; dicha entropía alcanza su máximo nir-el
en un sistema que se aproxima al equilibrio verdadero.
Bajo condiciones de temperatura y presión constan-
tes, la relación del cambio en la energía libre (AG) de
un sistema que reacciona y la entropía (AS), se e-'.pre-
sa mediante la ecuación siguiente, la cual combina
las dos leyes de la tetmodinámica:
AG=^H-TAS
en donde AH corresponde al cambio en 1a entalpía
(calor) y T es la temperatura absoluta.
Bajo las condiciones de las rea'-.-,,: r'.;: r -
'
micas, debido a que AH es aprorint,rd;:..:r j
-
, - -
la AE, el cambio total de energrr :'r-- :. .
ción, Ia relación anterior pueJ: ..: :: -': ,- ,
manera siguicnte:
tG=',E---S
t1)

218. 146.8
C.r.:: ; -- -: L,¡ :::;: :,,itirr negaliIo. 1a reacción pro-
;ea. lJ u-.-rr;r: i:fa,]]iánea con pérdida de ener-Sí¿r
::r. .. .i. . i: erergóniCa. Cuando además, la AG
-: lr- :r::. .:::¡nlrud. 1a reacción se completa práctica-
:-::::
'.
::.ulra básicamente irreversible. Por otra parte.
. r:ic., .a
-\G
es positiva. la reacción procede sólo si
j!' :u:de adquirir energía libre, es decir, resulta
endergónica. Asimisn,o, si la AG es de gran magninrd.
¡1 sistema resulta establc. corl poca o ninguna tend!-n-
cra para que la reacción tenga lugar. Con una AG di
cero, e1 sistema está en equilibrio y no tiene lugar nin-
gún cambio neto.
Cuando los reactantes se presentan en concent:;-
ciones de i.0 mol/L, la AGO corresponde al cambrL, ..
la energía libre estándar o normal. Para 1as reaccrLrl-:
bioquímicas, un estado estándar se de1'rne como el !i,..
tiene un pH de 7.0. El cambio de la energía libr¡ :.-
tándar en el mismo estado cstándar se designo contr f C
El cambio de la energía libre estándar l;..i-;
calcularse a parlir de la constante de equillbrio ,i,
AGo'= _2.303 RT log K."o
donde R corresponde a la constante de los *sú:r:
.
T a la temperatura absoluta (capítulo 9). Es in: - :-
tante notar que la AG real puede resultar m.1..:.
-
menor que la AGo', dependiendo de las conce:::"-
ciones de los diversos reactantes, incluida ,¡ :e-
solvente, la de diversos iones y proteínas.
En un sistema de reacción bioquímica, debe a;_:-
ciarse que una enzima únicamente acelera la lle_ead"
".
equiiibrio ; nunca modifica las concentraciones fi r. ;. -- ¡
de los reactantes en equilibrio, una vez que éstr.s se
han desprendido de Ia enzima.
Los procesos r itirles. por ejemplo, reacciones de sln-
tesis. contraccjóit mr-rscular, conducción del impulscr
nervioso v transpone a.tivo. obtienen enelgía mediautc
el vínculo qr-rin'rico. o acoplamiento, con las reaccio-
nes oxidativas. La rlanitestacrón niás sencilla del
acoplamiento se lruestra en 1a figura l2-1. La con-
versión del metabolito A a1 inetabolito B se produce
acompañada de una hberacion de energía libre. Ésta
se acopla a otra reacción en la crial la energía libre se
requiere para convefiir elrnetabolito C en el metaboli-
to D. Debido a que algo de la enelsía Liberada en la
reacción de degradación se tlanst'lei.e a la reacción de
sírrtesis en una fonla dif'erente al caior. a estas reac-
ciones no se les pueden aplicar los térnrnos quimicos
normales "exotérmico" y "endotérmico": en r.ez de esto
(Copítttlo l2)
D-
Energía
quím¡cá
c sl
A + C --------»-B + D + Calor
figu, 12-1. Acoplamiento de una reacción exergónica y
una endergónica.
se utilizan los términos exergénico y endergónico a
fin de indicar que un proceso se acompaña de pérdi-
da o ganancia, respectivamente, de energía libre, sin
importar la modalidad de energía involucrada. En la
práctica, un proceso endergónico no puede existir in-
dependientemente, sino que debe constituir un
componente de un sistema exergónico-endergónico
rcoplado, en e1 cual el cambio neto total es exergónico.
Las reacciones exergónicas se denominan catabolismo
tpor lo general la degradación u oxidación de las
moléculas del combustible), en tanto que las reac-
cimes de síntesis, que forman sustancias, se denominan
enabolismo. La combinación de los procesos cata-
bólico y anabólico constituye el metabolismo.
Si la reacción mostrada en la figura l2-1 proce-
de de izquierda a derecha, el proceso en su conjunto
debe acompañarse de pérdida de energía libre en for-
ma de calor. Se puede concebir un posible mecanismo
de acoplamiento si, en ambas reacciones, existe un in-
termediario (I) común obligatorio; es decir,
A+Crl.B+D
En los sistemas biológicos, algunas reacciones exer-
gónicas y endergónicas se acoplan de esta manera.
Debe observarse que este tipo de sistema posee un
mecanismo intrínseco para el control biológico de la
velocidad. a la cual los procesos oxidativos pueden
Figura 12-2. Acoplamiento de las reacciones de deshidro-
genación e htdrogenac ón mediante un transportador inter-
mediario
f .",o,
§_
\,-
""§
li
r'/AcésTgg,
V
dor
5ñ

219. Bioenergética. La fitnt:ión del ATP . l:
ocurrir. Lo anterior se debe a que la eristencia de un
intermediario obligatorio común permlie que 1a veio-
cidad de utilización del producl.r Ce 1a r'ía sintetizadora
(D) determine, mediante acci'in de masas, la veloci-
dad a la cual se oxida A. Er, realrdad. estas relaciones
proporcionan una base p.rra e1 .oncepto de control
respiratorio, que es el piocesL) que evita el incendio
de un organismo fuerr üe cL-rnrrol. Una extensión del
concepto de acoplamierlrr¡ e Siá dado por las reaccio-
nes de deshidro_qene--lLln. 1as cuales se acoplan a las
hidrogenacioncs mediante un acarreador intermedia-
rio (figura 1i-l r.
Un método aiterno de acoplar un proceso exer-
gónico a uno endergónico consiste en sintetizar un
compuesto de alta energía potencial en la reacción
exergónica, e incorporar al nuevo compuesto en ia re-
acción endergónica; de esta manera se realiza una
transf'erencia de energía libre hacia la vía endergónica
a partir de la exergónica. En la figura 12-3 -@ es un
compuesto de alta energía potencial y @ constituye
el compuesto correspondiente de baja energía poten-
cial. La ventaja biológica de este mecanismo consiste
en que -@ a diferencia de I en el sistema previo, no
requiere estar estructuralmente relacionado con A,
B, C o D. Esto permite que@sirva como un transduc-
tor de energía, desde una gran variedad de reacciones
exergónicas, hasta una vanedad equivalente de reaccio-
nes o procesos endergónicos, tal como se muestra en
la figura 12-,1.8n la célula viva, el principal compues-
to intermediario de alta energía o acarreador (designado
como
@)
conesponde al trifosfato de adenosina (ATP).
1.
:,
,rl-':-
,
Para conseruar 1os prOcesos I ltales. todrrs lLrs trrsit-iis-
mos deben obtener suministros de energia [bre a panir'
de su ambiente. Los organismos autótrofos acoplan
su metabolismo con algún proceso exergónico senci-
llo en el cntorno; por ejemplo. las plantas verdes se
sirven de la energía de la luz solar, y alavcz algunas
bacterias autótrofas utilizan la reacción Fer , Fe-r-.
Por otra parte, los organismos heterótrofos obtienen
energía libre al acoplar su metaboiismo con la degra-
dación dc moléculas orgánicas complejas en el entor-
no. En todos cstos organismos el ATP tiene una parti-
cipación crucial en la transferencia de la energía libre
hacia los procesos endergór-ricos, a partir de los exer-
gónicos (figuras l2 3 y 12 4). EI ATP consiste en un
trifbsfato de nucleósido que contiene adenina, ribosa
y tres grupos fosfato: en 1as reacciones celulares, di-
cho compuesto funciona en fonna de un complcjo
con Mgr (l'rgura 12--5).
Figura 12-3. Transferencia de energía libre hacia una reac-
ción endergónica a partir de una exergónica en la vía de un
compuesto intermediario de alta energía.
La importancia de los losfatos en el metabolismo
intermcdio se puso en evidencia con los descubri-
mientos de los detalles químicos de la glucóiisis y de
1a función del AIP, del difosfato de adenosina (ADP)
y del fosfato inorgánico (P;) cn dicho proceso (capítu-
1o 19). E1 AIP se consideró como un medio para trans-
ferir los radicales fbstato, en el proceso de fostbnlación.
La participación del AfP en la energética bioquímica
se descr-rbrió en el decenio de 1940. con experimentos
que demostraron que el AfP y el fosfato de creatina se
degradan durante la contracción muscular, y que su
resíntesis depende dcl suministro de energía a partir
de procesos oxidativos en el múscr.rk¡. No fuc sino hasta
que Lipn.rann introdujo el concepto de "fosfatos de alta
energía" y de "enlacc dc fosfato de alta energía" qri.
pudo apreciarse con claridad la participación de estos
cornpuestos en la bioenergética.
Procesos
endergónicos
Sintes¡s
Ccnlfaa I : -
3]USa! .'
-:-, :::
':,:t:-i
:t :
Figura124. Transo.::.' :=
= -
biológicos que'=r-:': : : i
Un CJT-:-::.: :---
6
o
o
LU
Reacciones"J
exersonicasl
,7t\
^/\ \
t\
!r

220. r
118
,
(Cqpítulo l2)
r.jli.t üri
Figura 12-5. El trifosfato de adenosina (ATPi e- ':
complejo con el magnesio. El ADP forma un :¡-:
=
lar con el M92..
ntermeoro oe la energla
isis delATP tiene una gl
aia hiaaaa¡aAliaa
o- &- ü-
ttr
)-P-O-P-C,*p-$*Cil, n
r1
,ll l1 I >-..,
NH-
l'
-l--'*--N
i'rtr\
Y{ ,A*'
,"r l
,
il * a: á'
':¡
i. '.i
\J
a1 de1 -\TP. Los componcntes de este último grupo, el
cr-lal ln.luve al AfP. por lo general corresponden a
aniridrjdt¡> rp. ej., el l-fosl'ato de1 i.3-bifosfogiicerato),
en r¡ i I c, : I-¡1 rr s
1 como fosfocnolpiruvato
) y fosloguani -
Jr::.s , ¡. ¡.. tbsfhto de creatina, foslato de arginina).
L,, ":,..sr;rón interrnedia del ATP le permite parlicipar
.i ::--;uet'a imporlante en la transt-erencia de energía.
r
:.:i:rbio grande de energía libre por la hidrólisis del
r- P se debe a ia disminución de la carga de rechazo
:; -.,¡ átomos de oxígerro, con carga negativa, adya-
:;:r::s a la cstabilización de los productos de la
r';.:..rrrt1. en especial el fbsfato, como hÍbridos dc
-:.¡,r.r¿rr.icia. Otros compuestos de importancia bio-
:,trca clasificados como "compuestos de alta energía"
:r,ne sponden a 1os ésteres tiol, incluida la coenzin.ra A
,¡. ei.. acetil-CoA), proteínas acilo acareadoras. éste-
:¡s de aminoácidos inr..olucrados en la síntesis pro-
:eurica, S-adenosilntctionina (metionina activa), UDpGlc
rulidrndilbsfato de glucosa) y PRPP (5-fosforribosil-
I -prlolosfato).
P¡ra serlalar la presencia del grupo tbsfaro de alta
:lergia. Lipmann introdu-jo el sirnbr¡lo
..@.
que rndica
:..:e e 1 grupo pegado a1 enlace. cuando se transficre a
..:-. .r.eptor apropiado, resulta en 1a translerencia de la
::-r,, tr1' cantidad de energía libre. Por esta razón, algu-
'
-. :.r'etleren el término de potencial de transferencia
dr grupo en lugar del de "enlace de alta energía". En
-'i:l :J1rtrdo. cl ATP contiene dos grr,rpos fbsfáto de
-: : r':3iiri.
1'
el ADP sólo uno; en cambio, el fbsfatr¡
: r'. 1P i rnonofosfato de adenosina) resulta del tipo
- : r,... -, ::: :rgia debido a que constitr-rye un enlace éster
:-:--, -l-lira 12 6).
A ENERG
M
Conr.. :i...-:.c¡, d¡ sr.r posictón cn la parte media de la
lista de 3rr:: ,-.) l:bles de hidlrili-ris (cuadro 12 I ), el
ATP trene l: ¡":.¡ciJad de actuar como donador de
fbsfato de ¡i¡: Ja.'rgiil ltara tbrmar ios compuestos
colocados pr¡r¡ l¡!,li.r .ir- el en dicha lista. De igual
manera" el .P ru:de aceptar losfato de alta energía
para fonxar los ctntpuestos colocados por arriba de1
ATP en 1a lista. sierrpre v cuando se disponga de la
maquinaria enzir.nátrca necesaria. En e1'ecto, ios pro-
cesos generadores de -@ se conectan con los procesos
utilizadores de @ por un cicloATP/ADP (figura 12 7).
Por tanto. cl ATP :c coflsutrc y regcnera colrtinUa-
mente. Esto ticne lugar a ¡.rna velocidad rnuy alta.
se p,,rcde rrtrs-r ¡r iiti
r.1
-,
'
,a: a.- .,
fostato tenlin¿l de1 \TP Jr,, rl: .r .,.,,., -.-.
Un urtipo de fosfatos de baja energre. ;-
por los istercr dc lo.lrrto fft.:irtc. -:l
de la glucólisis. posee valores de 1a _\G :
el ATP en tanto qi-le cl otro. gmpo. desrtr:.:l -
'
fosfatos de alta energía. presenta Lut ¡tlL,r' ¡-.-J:
Cuadro 12-1 . Energía libre estándar o normal
de la hidrólisis de algunos organofosfatos
.
P = ortofosfato inorgánico.
i
Los valores del ATP y de la mayor parle de los demás se tomaron de
Krebs y Kornberg (1957). Dichos valores difieren entre los investiga-
dores según las condiciones prec¡sas bajo las cuales se realizaron
las med¡ciones.
de importancia bioquím¡ca",t
Compuesto
^Go'
kJ/mol kcal/mol
Fosfoenolpiruvato
Fosfato de carbamoilo
1,3-bifosfoglicerato (a 3Josfo-
glicerato)
Fosfato de creat¡na
-61.9
-51.4
-49.3
43.1
-14.8
-12.3
-11.8
-10.3
ATP.ADP+P
-30.5 -7.3
ADPTAMP+P
Pirofosfato
Glucosa-1 -fosfato
Fructosa-6-fosfato
AMP
Glucosa-6-fosfaio
Glicero¡-3Josfato
-27.6
-20.9
-15.9
-14.2
-13.8
-9.2
-6.6
-6.6
-5.0
-3.8
-3.4

221. Bioenergética: La.ftmción de-l ATP ' 119
-^*n-
á*l
-#É*-@-c-:11
UU
oadenos,na g e'e
Trifosfato de adenos¡na (ATP)
o- o-
Adenosina-O-F O.!rP-C-
:ll
oo
c aderrsina e^.-e
Difosfato de adenosina (ADP)
?"
Adenasina*O--P-0*
il
o
oadenosina *".}
Monorosfats de adsnos¡na {AMP}
Figura 12-6. Las estructuras del ATP, ADP y AMP demues-
tran la posición y el número de fosfatos de alta energía ( @).
debido a que 1a reserva total AIP/ADP es extremada-
rnente pequeña y suficiente para conservar un tejido
activo sólo durante pocos segundos.
Eristen h'es fientes principales de @
que tornan
part€ c-n 1a conserYación de la energía o en la captura
de energia:
1) La fosforilación o¡idarir.a: cLrnstituve 1a tuente
cuantitaÍi\a más grande de -@en los or-eanismos
aerobios. La energía libre pala impuisar este proce-
so proviene de 1a oxidación en la cadena respiratoria
utilizando O: molecular en el interior de las mito-
condrias (capítulo 13).
2) Glucólisis: de la fcrrmación del lactato a parlir de
una molécula de glucosa resulta la formación neta
de dos ^@, generados en dos reacciones cataliza-
das por la fosfoglicerato cinasa y la piruvato cinasa,
respectivamente (fi gura 1 9-2).
3) El ciclo del ácido cítrico: en el paso de la succinil-
tiocinasa de este ciclo se genera un ^@ (figura 18-3).
Otro grupo de compuestos, los fosfágenos, actúan
como variantes de almacenamiento del fosfato dc
alta energía. Éstos incluyen al fosfato de creatina, el
cual se presenta en el músculo esquelético, corazón,
espermatozoides y e1 encéfalo de los vertebrados,
y el fosfato de arginina, presente en el músculo inver-
tebrado. Bajo condiciones fisiológicas, los fosfá-
genos penniten la conservación de las concentra-
ciones musculares de ATP cuando éste se utiiiza
rápidamente como fuente de energía para la con-
tracción muscular. Por otra parte, cuando el ATP
8ii::iiJ "
Figura 12-T. Función del ciclo ATP/ADP en la transferencia
de fosfato de alta energía. Obsérvese que et -@ no existe
en estaCo lrbre. srno que se transfiere en las reacciones que
se n:-es:Tan.
es abundante y la proporción ATP/ADP es alta.
la concentración del AIP puede aumentar paril
actuar como almacén de fost-ato de alta energi..
(figura 12-8). En el músculo se ha descrito un.
lanzadera de fosfato de creatina, que transpoi:.
fosfato de alta energía de las mitocondrias al s::-
colema, y actua como amortiguaclor de fosfat..s :-
alta energízr (frgura l4 16). En el miocarclio. ei:.
amortiguador puede tener importar.rcia para 1:, ::. -
tecciórr irrmediata contra los electos dei irt:-,.:
Cuando el ATP actúa como donador .1e :-,'-'
para lonnar los compuestos con mellor enal! .: -.
H
lü**.
C: NH
H3C
--N
I ¡op ATP
üH, c
j t¿C'' = -12.6
k.Urnc*l
ooo- c
fosfato de creatine
Figura 12-8. Transferen
el ATP y la creatina.
o
I
Adsnosina-0*P
it
U
1,3-Bisfosfog¡icerato
Fosfoenoloiruvato t
r / Fosfor'lación
Succinil- / oxidariva
COA
\//
Oiras fosforilaciones,
activacicnes y
procesos endergónicos
Glicerol 3Josfato
Glücosa 6-fosfalo

222. l5() .
8,,:,; :t.,i..r,i.ir r.,,..',.' (Capírulo 12)
ie h.i:,-'..,... ,-u¡drr. 1l-1) el grupo fosfato invaria-
b-¡:,¡ .:¡ !e --.n', rerte en uno de baja energía; por
e-::.:.:.
FcrrcEnorl
G icerol + Adenosina
-@
-@ -O
L@
>
Glicerol
-@+
Adenosina
-@-e
El ATP perm¡te el acoplamiento
de las reacc¡ones termodinámicamente
desfavorables con las favorables
La energética de las reacciones acopladas se desc¡ibe
en las figuras 12 I y l2-3. Tal reacción es la primera
en la vía glucolítica (figura l9-2), la fosforilación de la
glucosa a glucosa-6-fosfato, que resulta altamente eo-
dergónica y no puede desarrollarse como tal bajo
condiciones f,rsioló gicas.
1) Glucosa + Pi , Glucosr-6-1es1¿1s + HzO
(¡eo-= +13.8 kJlmol)
Para que esta reacción tenga lugar debe acoplarse
con otra reacción más exergónica de 1o que resutta
endergónica la fosforilación de la glucosa. Tal reac-
ción corresponde a la hidrólisis del fosfato terminal
del ATP.
2) ATP ) ADP + Pi (AGo' = -30.5
kJ/mol)
Con el acoplamiento de 1) y 2) en una reacción cata-
lizada por la hexocinasa, la fosforilación de 1a glucosa
en realidad procede como una reacción sumamente
exergónica, que, en condiciones fisiológicas, está le-
jos del equilibrio y, por tanto, es irreversible para fines
prácticos.
Glucosa + Glucosa G-fosfato + ADP
(DG0' = -16.7
kJ/mol
Muchas reacciones de "activación" siguen este patrón.
La adenililc¡nasa cataliza Ia
interconvers¡ón de nucleótidos
de adenina
La enzima adenililcinasa (miocinasa) se presenta
en la ma¡ror.parte de las células y catalizu la inter-
conversión del ATP y el AMP en ADP:
ATP + AMP
Esta reacción tiene tres funciones:
1) Permitir que el fosfato de alta energía del ADP
se utilice en la formación del AIP.
2) Permitir que el AMP, formado en 1as diversas
reacciones de abtivación en las cuales interviene
eI AIR se fosforile de nuevo para formar ADP.
3) Permitir que el aumento de la concentración del
AMP, consecuente con el agotamiento del ATP,
actúe como una señal metabólica (alostéri ca) para
incrementar la velocidad de las reacciones cata-
bólicas que dan lugar alagenerución de másAIP
(capítulo 21).
Cuando eIATP forma AMP, se genera
pirofosfato inorgánico (PP¡)
Este proceso tiene lugar, por ejemplo, en 1a activación
de los ácidos grasos de cadenalarga:
ffi
ntP + C<i,q. SH + R. COOH
ffi,
AMP+PPi+R.CO-SCoA
I-areacción se acompaña de pérdida de energía libre
en forma de ca1or, lo cual asegura el desplazamiento
hacia la derecha de la reacción de activación. Esto fa-
cilita la escisión hidrolítica subsecuente del PP1 catali-
zerla por la pirofosfatasa inorgánica, reacción que
por sí sola tiene un elevado valor de AGo de ¿7 .6 kJl
mol- Obsérvese que la activación por la vía del piro-
fosfato genera la pérdida de dos ^@ en lugar de uno,
como zucede en la formación de ADP y P¡.
PP + HrO 2Pt
La combinación de las reacciones anteriores posibi-
lita la reutilización del fosfato y el intercambio de los
nucleótidos de adenina (figura 12-9).
En la transferencia de fosfatos de alta
energía partic¡pan otros trifosfatos de
nucleósido
Los trifosfatos de nucleósido semejantes alAIP, pero
con una base diferente de la adenina, pueden sinteti-
[,ñ""1
I
crcr-lsa
I
€
HEXOCINASA
I
ATP
--)>
ErRoFosFArAJ-l
Lrg§a§l--l
____*
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223. f-;=aaaaFAr A.l
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t"'
i
F gura 12-9. Ciclos del fosfato e intercambio de los nucleó-
::cs de adenina.
zarse mediante la enzima dinucleótido difosfocinasa a
parlir de sus difosfatos:
NUCLEÓSIDO
D¡FOSFATO
CINASA
ATp + UDp +_+ ADp + UTp
(trifosfato de uridina)
ATP + GDP ADP + GTP
(trifosfato de guanosina)
ATP+CDP+ ADP+CTP
(trifosfato de citidina)
Bioenergética: La.función ¡lel ATP . 1:
Todos estos trifosfatos intervienen en las fosforila-
ciones celulares. De igual manera, las nucleósido rro-
nofosfato cinasas, específicas para cada nucleósido
de purina o de pirimidina, catalizan la formación de
los difosfatos de nucleósido a parlir de los nronofos-
fatos correspondientes.
'J"'-?"T.?ii"CINASA ESPECIFICA
ATP + Nucleós¡do
-@{
}
ADP+Nucteósido-@-@
Así, la adenililcinasa cs una monofbstato cinasa espe-
cializada.
:N
l. Los sistemas biológicos son básicamente isotérmicos
y utilizan la energía quírnica para suministrar ener-
gía a los procesos que realizan los seres vivos.
2. Cuando hay pérdida de energía libre (la AG es nega-
tiva), las reacciones tienen lugar de manera espon-
tánea; es decir, son exergónicas. Si una AG es po-
sitiva. la reacción procede sólo si puede añadirse
energía librel es decir. resulta endergónica.
3. Los procesos endergónicos ocurren sólo cuando
están acoplados a procesos exergónicos.
4. El ATP actúa como la "moneda enersética" de la
célula; transfiere la energía libre procedente de 1as
sustancias con mayor potencial de cnergía a las de
menor potcncial energético. I
l\ErEñEl vlAD
de Meis L: The concept of energy-rich phosphate compounds:
Water, transport AIPase, and entropy energy. Arch
Biochem Biophys 1993 ;306:287
.
Ernster L (editor): Bíoenergetics. Elsevier, 1984.
Harold BIt{: The Wtal Force: A Study of Bioenergetics.
Freeman, 1986.
Klotz lM: Introduction Ío Bic¡moleculor EnerT:t::-
Academic Press. 1986.
Krebs HA, Kornberg HL: Energt: Trans.fbrntatron ii.
-
ving Matter. Springer, 1957.

224. 13
Oxidación biológica
Peter A. Mayes, PhD, DSc
rNTRoDUcctóru
Desde el punto de vista químico, la oxidación se defi'
ne como la remoción de electrones, y la reducción
como la ganancia de éstos, tal como se ilustra con la
oxidación del ion ferroso a ion férrico:
e- (electrón)
A
Fe2--------------- -*----)>Fe3+
De 1,-. ¡r:t¡::t¡r se slgue qrie la oridación siempre se
acomp:ñr .le -¡ :.-C,.r¡;rón de un aceptor dc electro-
nes. Este pnn.-rf 1a, d¡ i¡.,rid¡cir¡ir-reclucciittt sc aplica
por igual a lLrs sist.-nre.
'oi¡,crr-tttt:ic¡. r ct ttstitLtr-e Ltlt
concepto importante para la conrprensl!)11 de 1a na¡¡-
raleza de la oxidación biológica. En este capÍruLo se
apreciará que muchas oxidaciones biológicas pueden
surgir sin ia participación del oxígeno rnolecular. por
cjcmplo. las desh idrogcnaciones.
r :;,l :'r: i -:
i,?"1,."r. l.j i_._' i j. Il 1 i' t"1 í_ il ! i-l;:i
Si bien ciertas bacterias (anaerobios) sobreviven en
ausencia de oxígeno, la vida de los animales supe-
riores depende por completo de un suministro de éste.
La utilización principal del oxígeno tiene lugar en la
respiración, que puede definirse como el proceso me-
diante el cual las células obtienen energía en la forma
de AIP a partir de la reacción controlada del hidróge-
no con oxígeno para formar agua. Además, el oxígeno
molecular se incorpora a diversos sustratos mediante
las enzimas denominadas oxigenasas; muchos fármacos,
contaminantes y carcinógenos químicos (xenobióti-
cos), se metabolizan por las enzimas de esta clase, mejor
conocidas como el sistema del citocromo P450. La
administración de oxígeno puede salvar la vida cuan-
do se utiliza en el tratamiento de los pacientes con
insuficiencia respiratoria o circulatoria y, en ocasiones,
la administración de oxígeno a alta presión (terapéu-
tica con oxígeno hiperbárico) es útil, aunque puede
resultar en intoxicación por oxígeno.
LOS CAMBIOS EN LA ENERGÍR LIENE
PUEDEN EXPRESARSE EN TERMINOS
DE POTENCIAL REDOX
En las reacciones que involucran oxidación y reduc-
ción, el cambio en la energía libre es proporcional a la
tendencia de los reactantes para donar o aceptar elec-
trones. Por tanto, además de expresar el cambio en la
energía libre en términos de la AG0' (capítulo l2),fam-
bién puede expresarse, de manera análoga, en términos
numéricos como un potencial de oxidación-reduc-
ción o potencial redox (Eo'). Se acostumbra compa-
rar el potencial redox de un sistema (E6) contra el po-
tencial del electrodo de hidrógeno, el cual a pH 0 se
designa como 0.0 voltios. Sin embargo, en el caso de
los sistemas biológicos el potencial redox (Eo') nor-
malmente se expresa a pH 7.0; con este pH el poten-
cial del electrodo de hidrógeno es de
-0.42
voltios.
En el cuadro 13-l se muestran los potenciales redox
de algunos sistemas redox de interés especial en la
bioquímica de los mamíferos. Las posiciones relati-
vas de los sistemas redox en el cuadro permiten pre-
decir la dirección del flujo de los electrones desdeun
integrante de la pareja redox hasta el otro.
LAS ENZIMAS PARTICIPANTES
EN LA OXIDACIÓN Y LA
REDUCCIÓN SE DESIGNAN
COMO OXIDORREDUCTASAS
En la descripción siguiente, las oidorreústest sc
clasifican en cuatro grupos: oxidas¿s- d.Gr¡¿rEF
nasas, hidroperoxidasas y oxigenxes"
153

225. (Capímlo l3)
C.¡a:-¡ '3-' Éli€Jrlos potenciales redox de interés
escÉce er os s,isterñas de oxidación de mamíferos
S s:ema E'o en voltios
'.:_-,*t--
-
: :---i: : r, -?:
l,:e- c¿:;=:= i-: c rox¡buti rato
: .=,:
=_,::a:C -alato
= -- a-a'.J succinato
I :::::ro b: Fe3'lFe2t
-: :- lcna: ox/red
3:rromo c.; Fe3-/Fe¡
C::ocromo a. Fe3.lFe2-
Oxígeno/agua
*0.42
-0.32
-0.29
4.27
-0.'19
4.17
+0.03
+0.08
+0.1 0
+0.22
+0.29
+0.82
LAS CIXIDASAS T.¡TII.IZAN OXíG=NE
COMO ACEPTOR ÜEL }-{IDRÓEET¡O
Las oxidasas catalizan la eliminación de1 hidrógeno
de un sustrato mediante la utilización del oxí"eno cottto
aceptor del hidrógeno.* Como producto de 1a reac-
ción, estas enzimas foman agua o peróxido de hidro-
geno (figura 13-1).
Ai g u n a s
_ü_Ers!,a
sÉ q".qp
fl ti e
ñ._e n. co.bre
La citecromo-o-x-idasa..es.una-hemoprglgína, qon am-
plia distribución en muchos tejidos. que posee el típico
grupo prostético hem presente en la miogiobina, la
hemoglobina y otros citocromos (capítulo 7); consti-
tuye el componente terminal de la cadena de acarea-
dores respiratorios presente en las mitocondrias, por
tanto, es el componente responsable de la reacción
por 1a cual los electrones resuitantes de la oxidación de
las moléculas de1 sustrato, catalizada por las deshidro-
genasasr se transfieren al aceptor final, el oxígeno. La
enzima se intoxica con monóxido de carbono, cianuro
v ácidc sulihídrico. A esta enzima también se le ha
designado como el citocromo 43. Anteriormente se
consideró que el citocromo dy el a: constituían com-
puestos di lerentes, debido a que tienen espectros y pro-
piedades diferentes respecto a los efectos del monóxido
de carbono y el cianuro. Sin embargo, estudios más
recientes demostraron que ambos citocromos se co[i-
¡inan con una misma proteína, y e1 complejo se conoce
.-,rnrLr citocrotrro aú3. Este contiene dos moléculas de
..r'i'Ir. cada una con un átomo de Fe, que oscila entre
:.' r Fer- durante Ia oxidación y la reducción. Ade-
r-::. fr3>irlta dos átomos de Cu, cada uno asociado
-
'.
'.:,: J¡ la-s untdades hem.
::::,..: :--::r.'::: s: :rtjliz¿ cle tllanera gcnC-
: .. - ::rirr::.:i :.::, :.1.i¡,r,l: cl¡ ll¡ rcaccirl-
AH,
(Red)
A
{ax)
Figura 13-1 . Oxidación de un metabolito catalizada mediante
una oxidasa (A) con formación de HrO, y (B) con formación
de HrO..
'., l ir ..:¡iii..É:ü*í:
1-.-,',;::'..'.rl-t:'''.ii+if,iii$
L as .'nzuras tlavoproteínas contienen mononucleótido
de flar ina (F\I\¡ o dinucleótido de flavina y adenina
{ F \D ¡ ¡¡.¡1.r
,{1unos
prostéticos. El FMN (figura
-52 2)
-. ; F r,D , ---..i1.: 51
-1
t :e lbunan en el cuerpo a partir
i: -:
'.
:i.::'-,:-,:. riboflar ina r c¡linrlc¡ 5l),
P.ri-ia,_:4..i:,.. :. Fl'1\'. :, F,\D \e uner fuerte-
:l:-irT- ]1.-.'n,
j,
:r-.r:.-:., - .. ,.. , . - . ,-'.cuilra
apoenzima pt o¡eint;¡, 1u¡l r:r. irtz -r.it.1) :- -r' -''*'
-'''1.1
contienen nno o r-r-rás metales e llr¡irl'rr i¡ ::'-"::,-:':.
básicos; tales f'lar.oproteínas se conocen conrlr metalo-
flavoproteínas..
Las enzimas perlenecientes a este grupo de o.ri-
dasas incluyen a la L-aminoácido oxidasa, una enzima
enlazada al FMN prcsente en el riñór-r con cspecifici-
dad general para la desaminación oxidatii,a de los
l-aminoácidos presentes en la naturaleza. La xantina
oxidasa presenta r.rna distribución amplia, se encuen-
tra en leche, intestino delgado, riñón e hígado: contiene
molibdeno y participa de manera importante en la
conversión de las bases purínicas en áci<lo úrico (ca¡-,í-
tulo 36). Es de particular importancia en el hígado y
el riñón de 1as aves, ya que éstas excretan ácido úrico
como el principal producto final nitrogenado, prove-
niente no sólo del metabolisr¡o purínico, sino también
cle los cataboiisrnos proteínico y de los aminoácidos.
La aldehído deshidrogenasa es rma enzima en-
lazaláalFAD presente en el higado de los marniferos;
es una rnetaloflar,'oproteína con molibdeno y hierro no
hem, la cual actúa sobre los aldehídos y los sustratos
,V-heterocíclicos.
La glucosa oxidasa, una enzima específica del FAD
pr.poruáu a partir de hongos. es de interés por su uti-
lizaciór en la estimación de la glucosa.
Los mecanismos de oxidación y de reducción a
cargo de estas enzimas son complejos. Sin embargo, la
evidencia señala que la reducción del anillo isoaloxa-
zina surge en dos etapas por medio de una semiquinona
(radical libre) intermedia (figura 13-2).
o*'-v: o'
-,
I
oxrpASA
I
o r/
",o,
tha,
19§
H:O

226. FIR
i#rm
*-.r- N--zo Hrc>Z--..N-a.- N--zo
il l?i ll il I
*l\..,a** / *""'\-A*-\."-^*
'3# ffi á
(Hr+ e-)
o=
¡¡t++ e-)
LAS DESHIDROGENASAS NO PUEDEN
UTILIZAR EL OXIGENO COMO
ACEPTOR DEL HIDRÓGENO
Hayun grannúmero de enzimas de esta clase, las cua.
les realizan dos funciones principales:
1) Transferir el hidrógeno de uno a,qtro gl¡gfigQg
-....-...'.- .
-
una reaccrón acoolada de oxidación-reducción
,.É,.',-,+9*'+_ry
(figriu 13-3). Tales deshidrogenasas son espe-
cíficas para los sustratos correspondientes; sin
embargo, con frecuenci aufilizanla misma coen-
zima, o acarreador de hidrógeno, que otras des-
hidrogenasas, por ejemplo, el NAD*. Todavez
que las reacciones resultan reversibles, estas pro-
piedades permiten la libre transferencia dentro
de la célula de los equivalentes reductores. Así,
este tipo de reacción, que permite la oxidación
de un sustrato a expensas de otro, tiene utilidad
particular al posibilitar los procesos oxidativos
que tienen lugar en ausencia de oxígeno, como
sucede durante la fase anaerobia de la glucólisis
(figara l9-2).
Actuar como componentes en una cadena respi-
ratoria de transporte de electrones hacia el
oxígeno a partil'de un sustrato (figura 13-4).
Muchas deshidrogenasas dependen
de las coenzimas de nicotinamida
Muchas deshidrogenasas resultan coenzimas especí-
fi cas para el dinucleótido de-nicofinamidaJ-adeniua,
(NAD.) o el fosfato de dinucleótido de nicotinam(A
BH¿
(Red)
Figura 13-3. Oxidación de un rnetabolito catalrzada mediante
:esridrogenasas acopladas.
H¡C
H"C
:,X---X
(Ax) {fted)
Figura 1F2.3Alc"eCuccióndel anil¡odelaisoaloxazinaenlosnucleótidosdeflavina
2)
y adenina (NADP). Sin en.rbargo, algunas deshidro-
genasas pueden utllizar el NAD* o el NADP-; ambos,
se forman en el cuerpo a paftir de la vitarnina niacina
(figura 52 *4).
Las coenzimas se reducen mcdiante el
sustrato específico de la deshidrogenasa y se reoxidan
mediante un aceptor de electrones adecuado (figura
13-5). A diferencia del FMN y el FAD , estas enzimas
pueden disociarse de manera libre y reversible de las
respectivas apoenzimas.
Por lo general. las deshidrogenasas enlazadas aI
NAD catalizan reacciones de oxidor:reducción en las
r,ías oxidativas de1 metabolismo, parliculaimente en
la glucólisis" el ciclo del ácido cítrico y la cadena res-
piratoria de ias mitocondrias. Las deshidrogenasas
enlazadas al NADP suelen presentarse en las síntesis
reductoras, como en la vía extramitocóndrica de 1a sín-
tesis de los ácidos grasos y en la síntesis de los este-
roides. También aparecen como coenzimas de las
deshidrogenasas en la vía del fosfato de pentosa. Se
han encontrado algunas deshidrogenasas dependien-
tes de coenzima de nicotinamida con un contenido de
cinc, notablemente la alcohol deshidrogenasa hep.r-
tica y la gliceraldchído 3-fbsfato deshidrogenasa dei
músculo esquelético. Se estima que los iones de cin¡
no toman parte en la oxidación y la reciucción.
_,:r j:, ;;?{,r,!;á"ir¿s,;i
Los grupos flavina relacionados con estas deshidlogc-
nasas, resultan similares al FMN y el FAD preseu:3¡
en las oxidasas. Por 1o general, dichos gmpos Se e l-,..:-
zan con más fuerza a las apoenzimas corresponcli:r:-'.
que las coenzimas de nicotinarnida. La mavor pir.: -;
las deshidrogenasas enlazadas a riboflar,ina ti!'n.i-. .', ) -
cargo el transpofte de electrones en (o hacia t 1¡ :.:-
-
-
respiratoria (capítulo 14). La NADH deshidrogenr:r
constituye r,in integrante dc la cadcr.ra respLr¡t,-.:- .. -,..
actúa como acarreador de electrones entle ei il
j
los componentes con alto potencial redor
, t-r_¡,-:.'
-
Otras deshidrogenasas, cor.no la succinato dc,'hidr. :-
nasa, laacil-CoAdeshidrogenasa Lr glicerlI
-1-i '.r.l
deshidrogenasa mitocóndri c a. :::'-: s :1. . - : :
tes reductores directamente hacid
apartír del sustrato (figura la-a
B
(ox)
Orídación biológica .
1-t j

227. r
15ó.ts..,,.,,.rl (Capíntlo 131
cn la deshidrogenación (mediante 1a drl .:: ,. '
hidrogenasa) del lipoato redlicidi.. ,.:' ' :- :
en las descarboxilacioncs oriciatn ¡: J: . -:
O(-cetoglutarato (figurc l4 J l. Ln c.r., - -.
debido al bajo potencial redor. ia t'la., ¡': : .
I
-
actira como acalTeador de hrdrógen., i,:- : : '
-
partirdel lipoatoreducido(figura i9 -{, L,fl¡r ,!r,.,:"¡
na lransferidora de eleclroñ€s.,'':L r
.. - .- ,--
-
dor intermediario de los electrone. -r:.: .: --
-
deshidrogenasa y lc cadena resprr,rr ,r'
-
-*Ii
{: i i¡}{::f ¿,r :;i i"¡{§ ¡.* #i :i : ii ii [i
{, É a +
-
;*r':*i**{'#r*tr f; *$ri;di'*üe n asá s
Con excepción de la citocromo oxidas:. :.
tes), los citocromos también se clasiñcan cm des.
hidrogenasas. T .a identificación y el estudio de éss se
facilitan gracias a la presencia, en el estado reücido.
de las bandas características de absorción, las cr¡ales
desaparecen con la oxidación. Los citocromos prti-
cipan en la cadena respiratoria como acarreadores de
la- -r=,..a\astu
fixro$l
:a::_
=,_1:j::
i
electrones entre las flavoproteínas y la citocromo
oxidasa (fi gur a 1 M). Los citocromos son hemoproteí-
rr¿rs con hierro en las cuales el átomo de este metal
cambia entre Fe3+ y Fe2+ durante la oxidación y la re-
&¡cción. En la cadena respiratoria se presentan varios
citocromos identificables, es decir los citocromos ó,
c"-. c. a! a3 (citocromo oxidasa). De éstos, sólo el cito-
cromo c es soluble. Los citocromos se presentan en
ouas localizaciones adicionales a la cadena respirato-
ria por ejemplo, en el retículo endoplásmico (citocromos
P450 y b5), asi como en las células vegetales, las bac-
terias y las levaduras.
LAS H IDROPEROXI DASAS UTILIZAN
@MO SUSTRATO EL PERÓXIDO
DE HIDRÓGENO O UN PERÓXDO
ORGANICO
En esta calegona se hallan dos tipos de enzimas: las
peroxidasas y la catalasa. Ambos tipos se presentan
en enimales y vegetales.
§r...H
r/'^*coNH.
il[
il tl
\¡¡l
var¡antéA
I
R
NAD+ + AHr- \ADH - H- - Á
Figura 13-5. Mecanismo de oxidación y de reducción de las coenz mas oe la nrcot namrda. Con la reducción de la nicotinamida
por el sustrato AH2 se presenta una estereoespecificidad respecto de la posición 4 de dicha nicotinamida. Uno de los átomos
de hidrógeno se retira del sustrato a manera de núcleo de hidrógeno con dos e ectrones (ion hídrido, H )
y se transfiere a la
posición 4; en ésta puede enlazarse en la variante A o B, según la especificidad determinada por la deshidrogenasa particular
catalizante de la reacción. El hidrógeno restante del par retiradc, a partir del sustrato, permanece Iibre como ion hidrógeno.
i oesr:lp,:c='.¡ sr
l-^^-^.-
Itr§rEU.r'L-
r!__
=
Figura 13--4. Ox oac,on. e' ¿ :¿)-'.
'=
.=: '.". -
:
oxidasa.
:- \
ilt.-.*
/?\coNH,
il tl
\¡¡l vartanteB
t
I
ñ

228. Oxidación biológica .
I 5-
Las hi-drop eg*la»as proÍe gensl¡:uero o deJos
peróxidos
dañing_¡La acumulación de éstos puede dar
ftigar a la generaCión de radicales llbres los cuales, a
su vez, pueden dilaqerar las membranas y producir,
qtizá,cáncery@6y
53 para ccirrñttráñi6§ffiffinen de los mecanismos
de defensa contra los radicales libres).
L-es peroxidasas=rerlr¡eon
I
9s B-er"óx¡dos-mediaf, tlvariss
a ge
P!*ojes
d e ef ectr-o-nss-
Si bien se les consideró origrnalmente como enzimas
vegetales, 1as peroxidasas se prssentar en la leche y en
los leucocitos, plaquetas y otros tejidos involucrados
en el metabolismo de los eicosanoides (capítulo 25).
El grupo protesico consiste en rma.protohem, la cual,
a diferencia de la siu¡ación en la mayor pafie de las
proteínas h,.se el'laza de manera laxa ala apopro-
teína Asi, en la rwi,óms¡altzadapor una peroxidasa,
el peroxido de hi&ógeno se reduce a expensas de varias
susta¡ciascomoelascorbato, las quinonas y el citocro-
mo c, los cuales actuan a manera de aceptores de
elec*rones- La reacción catahzadapor una peroxidasa
es compleja, pero en su conjunto la reacción se desa-
rrolla corno sigue:
H2O2 + \ll2 2H:O + A
En los eritrocitos y otros tejidos, la erzima glutatión
peroxidasa, con selenio como grupo protésico, cataltza
las destrucciones del HrO;} de los hidroperóxidos li-
pídicos a cargo del glutatión reducido, y protege los
lípidos de la membrana y la hemoglobina de la oxida-
ción por los peróxidos (capífrilo 22).
La catalasa utiliza"e[ peróxido
Ae*nmmf milc<»ñá-dona d s r
Y .a'q-ePlPJ ".de - e le-ctro n e s
I a catalasa es una hemoproteína con cuatro grupos
hem; además de poseer actividad de peroxidasa, es
capaz deutilizar una molécula de HzO;Cóliro sustrato
donador de electrones y otra molécula de H2O2 como
oxidante o aceptor de electrones.
E1_-- ffi
2HzOz-------- --> 2H2O + g,
En la mayor parte de ias situaciones in vivo, parece fa-
vorecerse la actividad de peroxidasa de la catalasa. La
catalasa se preserlta en sangre, médula ósea, mucosas,
riñón e hígado. Se estima que su función consiste en la
destrucción del peróxido de hidrógeno formado a con-
secuencia de la acción de las oxidasas. En muchos
tejidos, como el hígado, se presentan los miciocuerpos
o pefoxisomas, que abundan en oiidasas y catalasa,
1o cual sugiere la existencia de alguna ventaja bioló-
gica al agrupar las enzimas producloras de HrO, con
las enzimas destructoras de éste (frgura 13-6). Además
de las enzimas peroxisómicas, deben considerarse
como fuentes de H2O2 a los sistemas transporÍadores
de electrones mitocóndrico y microsómico, así como
a la xantina oxidasa.
LAS OXIGENASAS CATALIZAN
LA TRANSFERENCIA Y LA
INCORPORACIÓN DIRECTAS
DEL OXÍGENO EN UNA
MOLECULA DE SUSTRATO
Más que tomar parte en las reacciones cuyo propósito
consiste en la provisión de energía a la célula, las
oxigenasas tienen a su cargo la síntesis o la degrada-
ción de muchos tipos diferentes de metabolitos. Las
enzimas en este grupo cafalizan la incorporación del
oxígeno a una molécula de sustrato. Esto se genera
en dos etapas: 1) el enlace del oxígeno con la enzima en
el sitio activo G?iTá, y-2)Tilña'mii
"iriiltÍf;i
oxi§eñó' énlazádo §e' rédücé'ii iiánsfi ere á1 süitrato.
Lás oxigenásás puéá.éiiclñiáirle en doi §rupo§.
Las dioxigenasas incorporan al sustrato
ambos átomos del oxígeno molecular
Aquí se muestra la reacción básica:
. A+Oz)AOz
Los ejemplos de este tipo incluyen las enzimas con
hiero, como la homogentisato dioxigenasa (oxidasa)
y la 3-hidroxiantranilato dioxigenasa (oxidasa), pro-
venientes de la fracción sobrenadante del hígado. I'
las enzimas que utilizan hem, como la r--triptófano
dioxigenasa (triptófano pirrolasa) proveniente del hi-
gado (capítulo 32).
A'it, A
AHz A

Figura 13-6. Participación de la catdasa e
del peróxido de hidrógeno.
ERoxpASAl
--_-_'''>

229. r-
I
(Capíxtlo 13)
Las monooxiganasas (oxidasas
de funcifii mirta, hi&odlasas)
incorporan d sustráto sób uno
d€ bs ábmc del oxlgem molecular
F . .:- ::¡;::,-' d:
:; :l.l-;lefa rln
.,-'!,.Sil.tii.
rrgeno se rei--:: .: liiL,l.
itrrr
10 que
don¡dor adici¡'r.. :¡ eLect:ones o
A
-
H + Oz + ZHz, A- OH + il,o + Z
Los sistemas m¡crosómicos de la
.
monoox¡genasa del citocromo P¿l-50
son ¡mportantes para la hidroxilación
de muchos fármacd§
Estas monooxigenasas se presentan en los microsomas
hepirticos junto con el citocromo P450 y el cibcromo
b r.
P aru la r educción de estos citocromoi;. el NAI)H y
eI NADPH do4an equivalentes retuótores 1figrra t3-Z¡
los cuales, a su vez, se oxidan por los susúatos ea una
serie de reacciones enzimáicas designadas colectira-
mente como el ciclo de la hidroxilasa (figura l1-8).
ffi
FARMACo-H +oz +2Fe2* +2H.------------- -
(P450)
FARMACo-oH + Hro+te
: '
(P450)
Entre lgs fármacos metábolizados por este sistema se
encuentran: benzopireno, aminoiirina, anilina, morfi-
na'y benzofetamina. Muchos fármacos, como el
fenobarbital, pueden inducir la formación de las
enzimas y del citocromo P450 microsómiéos.
Los sistemas mitocóndricos
de la monoox¡genása del ¿¡tocromo
P450 catal¡zan las hidroxilaciones
esteroides
Estos sistemas se presentan en los tejidos esteroidó-
genos como corteza suprarrenal, testículo, ovario y
placenta; además tienen a su cargo la biosíntesis de
las hormonas esteroides a parlir de1 colesterol (hidro-
xilación en el C2, y el C2¡ en la escisión de la cadena
lateral y en las posiciones 11B y 18). Los sistemas re-
nales catalizan las hidroxilaciones lu- y 24 hidroxi
del 25-hidroxicolecalciferol, y en ei hígado se cataliza
la 26-hidroxilación durante la biosíntesis de 1os áci-
dos biiiares. En la corteza suprarrenal el citocromo
P450 mitocóndrico es seis veces más abundante que
los citocromos de la cadena respiratoria.
EI- RADICAL LIBRE SUPERéXIDO
PUEDE EXPLICAR LA TOXICIDAD
DEL OXíGENO
El potencial tóxico del oxígeno se ha atribuido a la
formación del H2O2. Sin embargo, recientemente y con
base en la facilidad para reducir el oxígeno en los te-
jidos al radical libre anión superóxido (Of), así como
en la presencia de la superóxido dismutasa en los or-
ganismos aerobios (si bien ésle no es el caso en los
anaerobios obligados), se ha sugerido que la toxici-
dad del oxígeno se debe a 1a conversión de éste en
-uperóx ido.
E1 superóxido se fomra cuando-las flavinas redu-
;ii:s
-presentes,
por ejemplo, en 1a xantina oxidasa-
.: :eoridan de manera univalente mediante é1 oxíge-
:-rl':-n¡r¡"'gU]¿¡.
Enz- Flavina
-
Hz +Oz+ Enz- Flavina- H + Oz-+ H-
Ei superorido puede reducir el citocromo c oxidado,
oi * c¡t c(Fe3.) + Oz + Cit c(Fe'?.)
o puede ellminarse en presencia de la superóxido
dismut:s.: especrfica.
En es¡a r¡acción. e1 superóxido actua como oxidante
SUPERÓxDo
D¡S*{UI¡uSA
Or- + Q.- + 2H- ---------------D HrO, + g,
y como reductor. Lc.s electos químrcos de1 radical libre
superóxido en los tejidos se amplifican a consecuen-
NADH ----+ Flavoproieina2*--> C¡t 15
Aminooxrdasa.etc.+Flavoprotefna., / |
r' / t
Estearir-coA desaturasa
NADPH +Flavoproteína1-*+ C¡t P450 + Hidroxilación
Peroxidación lipídica
Hem oxigenasa
Figura 13-7. Cadena de transporte de electrones en los microsomas. El cianuro (CN )inhibe la etapa señalada.
I5E . Bít¡t¡t,¡i,r.r...,r I;,t'.,
CN
f

230. Oxidación biológic'o
.
Sustralo A-H
P450-A-H
'J'")\
NADP*
NApPH€rr p45o
BEpucrAsAl
/r-
FADH,
1 ,r
2Fe2S23'
YY
-A-- *" *r'ltr.- 2Fe2s22.
Figu ra
e s::
-:
zH*
P450-A-H
I
Fe2*
-
O,
P450-A-H
l
Fe2* * or;
::::'lr-o P450 hidroxilasa en los microsomas. Se muestra el sistema tipo de las hidroxilasas de
.-:'arrenal. La citocromo P450 hidroxilasa microsómica hepática no requiere la sulfoproteína férrica
:e-33^o (CO) inhibe la etapa señalada.
li ¡ -
::::- :
: - ---
ai.1 ü3 L.is rr-.]r-,--rrr'J: ::, cadena de éste con el radical
libre rcapituio ii , S: le ¡.r¡prr.rro
que el O¡=enlaza-
do al crtocrorno P-{-.r, ¡,.nstituye un intei:r¡ediario en
la activación de1 orisen¡ durante las reacciones de
hidroxilacion I tigura li-: r.
La función de la s_r.rperóxido dismutasa parece
consistir en la proter-ción dé los organismos anaerobios
de los posibles eltci.rs deletéreos del superóxido. La
enzima se presenta en varios cornpartimientos dife-
rentes rle la cé1u1a. La enzima citosólica se compone
de doi- rbunidades similares en las quc cada subunidad
conl e un equilalente de Cur y de Zn2' , en tanto la
en' .ra mitocóndrica contiene Mn't y es similar a
1a que se presenta en 1as bacterias. Este descubrimien-
to apoya 1a hipótesis de que 1as mitocondrias han
evolucionado a partir de un procariota que entró en
simbiosis con un protoeucariota. La disrrutasa se pre-
senta en todos los tejidos aerobios imporlantes. Si bien
la exposición de los anirnales a una atmósf'era con
100% de oxígeno produce un incremento adaptativo
de la enzima, parlicularmente en los pulmones, la ex-
posición prolongada da lugar a lesión pulmonar y
muefie. Los antioxidantes. por ejemplo, el «-tocoferol
(vitamina E), actúan como purificadores de los radi-
cales libres y disminuyen los efectos tóxicos del orí-
geno (capítulo 53).
1. En los sistemas biológicos, iguai que en los sistemas
químicos, la oxidación (pérdida de electrones) siem-
pre se acompaña con la reducción de un accptor de
hidrógeno.
2. l,as oxidorreductasas se clasifican en cuatro gmpos:
oxidasas, deshidrogenasas, hidroperoxidasas
¡
oxigenasas.
3. Las oxidasas y las deshidrogenasas tienen diversas
funciones en el metabolismo, pero ambas clascs t'1.-
enzimas desempeñan acciones importantes en t:
respiración.
4. Las hidroperoxidasas protegen al cuerpo de 1a 1:-
sión por los radicales libres, y las oxigenasas nredr:::r
las hidroxilaciones de los fármacos
,v de 1o: e.-
teroi des.
'r.i.Latoxicidad del oxígeno puede deberse a1 r¡J:..,
libre superórido. Los tejidos se protcsen del ) -.:r.
-
óxido mediante la enzima específica supe:, . -,
dismutasa. I
RENC¡A
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l ói) . Bit';¡,.,,: ..r .i J H,:,:,.,-
\

232. 14
Gadena respiratoria
y fosforilación oxidativa
Peter A. Mayes PhD. DSc
INTRoDUcCIÓN
A la mitocondria se le ha designado apropiadamente
como la "fuente de energía" de 1a célula, toda vez que
en el intgrior de este organelo tiene lugar 1a mayor
pafie de la captura de ia energía derivada de la oxida-
ción respiratoría. El sistema mitocondrial que acbpla
la respiración-con la generación del intermediario de
alta energíá, el ATP, se denomina fosforilación
oxidativa.
IMPORTANCIA BIOMEDICA
En comparación con 1os organismos anaerobios, lq,b§-
torios. La teoría quimiosmótica oliece una llercep-
clolt maneraéñqüé esto sc logra. Varios
fármacos (p. ej.. e1 amobarbital) y venenos (p. ej., el
cianuro y el monó-tido de carbono) inhibcn 1a fbsfb-
riiación oxidatir ¿r. por io general. cotl consecuellctas
rnortalcs" Se han docutnentado cli'iersos defectos herc-
ditarios de las mitocondt'ias. los cuales afcctan los com-
ponentes de la ca-dena respiratoria y de la losforilación
oxidativa; 1os pácientes presentan
'miopátía
y ence-
falopatía y con frecuencia nrut'stren acidosis láctica.
ENZ¡ MAS ESPECIF ICAS ACTIJAN
COMO MARCADORES DE LOS
COMPARTIMIENTOS SEPARADOS POR
LAS MEMBRANAS MITOCONDRIALES
Las mitocondrias poseen una membrana exterior
permeable a la mayor parte de los metabolitos, una
forilación oxidatir.a capacita a los or-tanismos aerobios
para capturar una proporción bastante
llayor
de la e_n§¡
gi1 iib1e. disponible a panir de los
,sustratos
respira-
membrana interna con penneabilidad selectiva que
se dobla en pliegues o crestas, y una matriz en el in-
terior de la membrana interna (figura 14 l). La
membrana extema se puede remover mediante el tra-
tamiento con digitoninal y,se caractedza por la pre-
sencia de monoaminooxidasa, acil-CoA sintetasa,
glicerolfosfato aciltransferasa, monoacilglicerofosfato
aciltransf-erasa y fosfolipasa A2.La adenililcinasa y la
creatincinasa ss lac-a-lizan en el espacio intermem-
branal. El fosfolípir" rrdiolipina se concentra en la
membrana interna.
Las enzimas solubles del ciclo del ácido cítrico y
las enziilas de la
B-oxidación
de 1os ácidos grasos están
enla mafiiz, por 1o cual se requiere mecanismos para el
transporte de los metabolitos y los nucleótidos a tra-
vés de la membrana intema. La succinato deshidroge-
nasa se ubica en la superficie intema de la membrana
interna de la mitocondria, sitio en el cuai transpofia
1os equivalentes reductores hacia las enzimas de la ca-
dena respiratoria, que son los constituyentes princi-
pales de la membrana intema. En el iado matricial de
la membrana intema mitocondrial también se enlaza la
3-hidroxibutirato deshidrogenasa. En la superficie
exterior de la membrana intema se localiza la glicerol
3-fosfato deshidrogenasa, en posición adecuada para
su participación en la lanzadera de glicerolfosfato {fi-
gura 14 14).
LA CADENA RESPIRATORIA
COLECTA Y OXIDA EQUIVALENTES
REDUCIDOS
Ioda la energíaútil liberada durante ias orida;-¡ .. -.
los ácidos grasos y de los aminoacid¡r5. r ;,s -'
'.-
-
dad de la liberada a partir de la oric¡¡i¡ -- :- - -
- -
-
hidratos, queda disponible en ¡1 r:-,::- - :: -:
-'
161

233. 162 , Bioquítnica de Harpet
Complejos
tosloriladore$
-
MEMBPA,\A
EXTERNA
Figura 14*l . Estructura de las membranas -::::'
permiten el estudio de un sistema sellacjo cje -:-:-:
condrias en fonna de equivalentes rL'iu.ti.:
electrones). Las mitocondrias cot.ttieneir l: s¡:-:
talizadores conocida como la cadena ii>:,:
cuai colecta y transpofia equivalentes reducidos
.v l
conduce hacia su reacción f,1nal con el oxígeno para fo
mar agoa. También se presenta la maquinariapar¿ ar
par, como fosfato de alta energía, la energía libre litr
B
i ¡,,lFtiARA.'!^
F^ i F- \!
,
¡.{EL¡3RA¡.14
i t- ir
MATRIZ
Subunidades F,
'",f,1':
:i:X?,i:?[ iff,"'
de la membrana inlel'na
-¿=
:¿rticulas submitocondriales se encuentran "al revés" y
--. :s subunidades fosforilantes se encuentran en el exterior.
:.io. Las mitocondrias también contienen los siste-
,:-¡s ¡nzimáticos responsables de la producción de la
:i:i Lrr pafie de los equivalentes reducidos, como las en-
r li) de 1a B-oxidación
y del clclo-.d.e-l-áq¡ilo¡i!-rico.
:.:.'
ultrmo constituye la vía metabólica. común para
.: ¡ r,dación de 1os principales alimentos. En la figura
-- I se muestran estas interrelaciones.
A
u-
COMIDA
Grasa
-
§ +
'o
:
\
o
a
a
Carbohidrato
-
: +
p
ü
Proteína-! +
Ac¡dos grasos
+
Glicerol
Glucosa etc.
Amrncác cos
F ue:'rtes extramitocóndricas
de equivarentes reductotes
Figura 14-2. Función de la cadena resptratoria mitocondrial en a conversión de la energía alimentaria en ATP. La oxidación
rielos principales componentes alimentarios genera equ valentes reducidos (2H), que se colectan por !a cadena respiratoria
para su oxiciación y la generación, acoplada, de ATP.
: '1. :a: :^
/ C¡clo I
Ace: C(; --<
)dacioo
I:+
2H
.tr,co I I
\_-/ I
I
ADP

234. Cadena respiratoria y
J'osJbrilación
oxidati'a
""

:Fi'\liiü
I
rtrrop**iou f c¡toc{omo Y
I " + --
|
!-os componentes de la cadena
resp¡rator¡a se colocan en orden
creciente de su Potenc¡al
redox
En 1a t-l_sura 14 3 se presentan los componentes prin-
cipales de la cadena respiratoria. El hidrógeno y los
electrones fluyen a 1o largo de la cadena en etapas,
a partr de los componentes de mayor potencial redox
negativo hacia los componentes de mayor potencial
redox positivo, a través de un inter-valo de 1.1 V que
abarca desde el NAD*NADH hasta el Orl2HrO (cua-
dro 13-1).
La cadena respiratoria en la mitocondria consta
de varios acarteadores redox, que proceden desde los
sistemas de la deshidrogenasa enlazada al NAD hasta
el oxígeno molecular, con las flavoproteínas y los cito-
cromos en las etapas intermedias. No todos los sustra-
tos se vinculan a la cadena respiratoria mediante deshi-
drogenasas específicas para NAD; algunos, debido a
que poseen potenciales redox más positivos (p. ej., el
fumarato/succinatol cuadro l3-1), se vinculan direc-
tamentc con 1as deshidrogenasas de flavoproteínas, las
cuales, a su vezl se vinculan con los citocromos de ia
cadena respiratoria (figura l4 4).
En la actualidad queda clara la presencia de un
acarreador adicional en la cadena respiratoria, que
vincula a las flavoproteínas con el citocromo ó, el in-
tegrante de la cadena de citocromos con menor
potencial redox. Bajo condiciones aerobias, esta sus-
tancia. a la cual se ha denominado ubiquinona o Q
(coenzima Q; figura 14 5), existe en las mitocon-
drias en fbrrna de quinona oxidada, y bajo condi-
ciones anaerobias existe en la forma redr-rcida qui-
no1. La coenzima Q fbrma parte de los lípidos
mitocondriales; el resto de los lipidos corresponde.
de manera predominante, a los fosfolípidos que for-
man pal'te de 1a mcmbrana mitocondrial. La estructura
de la coenzirna Q es muy similar a 1a de las vitami-
nas K y E (capitulo 53); así como a la de la plasto-
quinona, presente en los cloroplastos. Todas estas
sustancias se caracterizan por poseer una cadena
H' F{+ f H* ÉH'
Figura 14-3. Transporte de equivalentes reducidos a través de la cadena respiratoria
Llpoetc "."..".* ip + NAfr '€ lFMl'¡; ----¡ ü _"4 *it b
"rI
,/
,
,/
,/Í
I
/
¿
I
.f
Glleml&lbgHs
Figura 14-4. Componentes de la cadena respiratoria en la mitocondriapara mostrar Lls :-
Ientes reductores a partir de los sustratos ¡mportantes. La FeS se genera en las sec-e:: ::
de la Fp o del Cit b.
Prslins
3-h¡dr§xia{tl-ü04
3-hidroxibutiráto
G¡úlámato
Málato
lsacitralo
I
+
S{¡edEst&
tMnp
I
I
t
Fp
{FAB}
F*§
I
Fp+
Piruvató
/
{F&D}
::-eet*glutarato
-*-.
*ít trr _--_¡. *¡t l'.+ eit
':s.
+
l-u
Fes ,l L
-/l
,/l
/
*, , Llq
{r&tj¡ HYñ
r*§ irAtrl
+
!
!
ñ^
rH
(rerl
I
I
I
A*¡l-üeA
Sürcüs¡ils
*imetilslititts
FeS : Sulfoproteína férrica
ETF: Flavoproteína transfer¡dora de e e::: -¿:
Fp: Flavoproteína
Q: Ubicuinona
Cit: Citocromo

235. t'
ll¡-.i , §; ,,.'¡,;, (Capítulo ll)
:orma
coiTlpl*lamente
oxidaaa o euinóná
F0rma sericu:rf^3
(radrcal l!'r:
Figura 14-5. Estructura de la ubiquinona (Q). n = núr¡ero de
super¡or a 10: es decir. Q,¡.
lateral poliisoprenoide. En las mitocondrias se pre-
senta un exceso estequiométrico de la coenzima Q
comparada con otros miembros de la cadena resprr3-
toria; esto resulta compatible con la acción de 1e
coenzima Q como un componente móvil de ia caden¡
respiratoria, que colecta los equivalentes reductores ¡
partir de los complejos flavoproteínicos más fijos '.
los pasa a los citocromos.
Un componente adicional presente en 1as prep;-
raciones que contienen la cadena respiratoria correi-
ponde a la proteína ferrosulfurada (ferrosulfo-pro-
teína) (FeS; hierro no hem; figura 14-6). Esta prctei:.
se vincula con las flavoproteínas (metalotlavop:: -
teínas) y con el citocromo á. Se estima que e1 azu;re
'.
el hierro participan en el mecanismo de oridorre-
ducción entre la flavina y la coenzima Q,
que invoiu--r.
el cambio de un solo e-, el del al átomo de hierro t bte-
to de oxidoreducción entre el Fe2* y el Fer-.
En la figura 14_4 se muestra un punto de r is:-
actual de la secuencia de los componentes principales
de la cadena respiratoria. Las enzimas deshidrogen.-
sas catalizan la transferencia de los electrones hacia ;
NAD de Ia cadena a partir de los sustratos, Eriste..
a1-eunas diferencias en la forma en que esto se realiz:
Los cr"-cetoácidos piruvato y cetoglutarato, dispcnen
,,,
.r,n
§
§, _rl
r l\\*
tr, c:
-
S
-c.
____-Js.
!/
I
.
¡s
- -
'=ig'.
i
/':v'
c\
\^
cis ,9, ='
/'
Pi
S.
\
Cis
to.
Figura 14-6. Complejo de la ferrosulfoproteina 1Fe.S.). O
azufre lábil al ácido; Pr, apoproteína; Cis, resrduo de cisteína
Algunas ferrosulfoproteínas contienen dos átomos de hier¡'o
y dos de azurfre (Fe2S2).
F
ctlso*l cHs cH,
ilt
l
Cll"O -\,,.)- [Ct{ rCH
: CCH2].H
\z
t
ffi
furme rsduslda s quift§l
{hidroquincna)
soprenoides, el cual en los animales superiores es
;e ):stemas complejos de deshidrogenasas, 1os cuales
.:'.,:lucran el lipoato y el FAD, previos al paso de los
:.e;:rones hacia el NAD de la cadena respiratoria.
-
: ¡ransferencia de electrones a partir de otras des-
:: jr¡genasas
se acopla de manera directa con el NAD
i: -¡ cadena respiratoria, como las correspondientes a
-
- --1-hidroxiacil-CoA, D(-)-3-hidroxibutirato,
::',lrna. glutamato, malato e isocitrato.
su vez, el NADH reducido de la cadena respi-
:ri.,r1a se oxida mediante una enzima metaloflavo-
:::,teínica, la NADH deshidrogenasa. Esta enzima
: , r¡iene FeS y FMN, está fuertemente enlazada a la
:
"jena
respiratoria
1,'pasa
los equivalentes reductores
.
"
coenzima Q; también constituve el punto de ¡eco-
.:----1ón. en ia cadena resprratoria. de los equivalentes
:::'L:tc-¡¡es provenientes de otros sustratos que están
-
:e.lamente vinculados a dicha cadena a través de
.l;'.,-,prlrteína deshidrogenasas. Entre estos sustratos
.. :i:luven el succinato, colina, glicerol 3-fosfato,
:::. sinf,. dimetilglicina y la acil-Co.A (figura 14-4).
-
, : r,:.',n flavina de todas estas deshidrogenasas co-
.-:.: lnie al FAD.
L:,s elecirones fluyen desde la coenzima Q hasta
:. - '.í¡eno
molecular a través de la serie de citocromos
:. - s::.¡os en la figura 14-4. Estos citocromos se co-
. :;: en orden creciente de potencial redox. El
..:-.:,,,:ro oa3 terminai (citocromo oxidasa) es el res-
: :.s,l1e de la combinación final de los equivalentes
::: -r. i r:es con el oxígeno molecular. Se ha observado
;.:3 est- sistema enzimático contiene cobre, un com-
:a,:.e:.re de varias enzimas oxidasas. La citocromo
c,xidasa posee muy alta aflnidad por el oxígeno, y
esro permite que la cadena respiratoria funcione a la
mílma r elocidad hasta que el tejido queda práctica-
mente depletado de @r. Toda vez que esta reacción
resulta ineversible (la única en la cadena), proporcio-
na drreccronaiidad al movimiento de los equivalentes
reductores en la cadena respiratoria y a la producción
de AfP a 1a cual está acoplada.
La organización estructural de la cadena respira-
toria ha sido objeto de un estudio considerable. Es im-
portante el hallazgo de que ias proporciones molares
entre sus componentes son casi constantes. Funcional y
estructuralmente, dichos componentes se presentan en
1a membrana interna mitocondrial en forma de cuatro
-u
-
(H++e-)
I
r- )'-
Y
O
G=
1
(H++e-)
--/\- t
ill
\^
I
to

236. Cadena respiratoria
.v fosforilación oxidati'tt '
,' i,:
complejos proteínico-lipídicos de la cadena respira-
toria que atraviesan la mer¡brana. E1 citocromo c, el
único citocromo soiuble. iunto con 1a coenzima Q,
parece ser un compor.iente de la cadena respiratoria,
con mayor movihdad. qu- conecta a los-co.nrplejos
fijos (figuras 14-l t i-+-1{,i}
LA CADENA RESPIRATORIA AP.ORTA
LA MAYOR PARTE DE LA ENERGIA
CAPTUMDA EN EL METABOLISMO
El ADP es una rno]é:uil que captura, en forma de fos-
fato de alta energí:. una proporción importante de la
energía libre r¡sur::itie de los procesos catabólicos. E1
AIP resultante Je dr;h¡ Japtura transfiere esta ener-
gía libre p":a -mpulsar ios procesos que la requieren.
Por tanto. ei -\TP se ha denominado la "moneda ener-
gética" ie ia cé1ula ttigura 12-7).
En 1as ¡eacciones glucolíticas tiene lugar la cap-
tura directa neia de dos grupos fosfato de alta energía
rcuadro 19-l), equiralente a cerca de 103.2 kJ/mol
de glucosa. (Se ha calculado que la.AG.de la síntesis
in t it'o del ATP, a partir del ADP" es alrededor de 51.6
kJ/mol, que es congruente con la concentración de los
reactantes existente en las células. Esta AG es mayor
que la AGo' para la hidró1isis del AIP obtenida en
ioncentraciones estándar de 1.0 molllde acuerdo con
lo señalado en el cuadro 12-1.) Toda vez que la com-
bustión completa de I mol de glucosa genera apro-
ximadamente 2 870 kJ,1a energía capturada pot la
fosforilación durante la glucó1isis es poca. Las reac-
ciones del ciclo del ácido cít¡ico, 1a vía final para la
oxidación completa de ia glucosa, incluyen unaetapa
Maicnato
de fosforilación: la conversión de la succinil-CoA en
succinato, que permite la captura de sólo dos fosfatos
de alta energía adicionales por cada mol de glucosa.
Todas las fosforilaciones descritas hasta ahora acon-
tecen a nivel de sustrato. El examen de las mitocon-
drias intactas y que respiran, revela que cuando ios
sustratos se oxidan vía una deshidrogenasa unida al
NAD y la cadena respiratoria, aproximadamente 3 mo-
les de fosfato inorgánico se incorporan a 3 moles de
ADP para formar tres moies de AIP por medio mol
de 02 consumido, es decir, el índice P:O = 3 (figura
14-7). Por otra parte, con la oxidación del sustrato
vía una deshidrogenasa vinculada a flavoproteína
sólo se forman dos moles de AIP; es decir, el índice
P:O = 2. A estas reacciones se les conoce como
fosforilación oxidativa a nivel de la cadena respiratc'
ria. Las deshidrogenaciones en la vía del catabolismo
de la glucosa que acontecen en la glucólisis y en el
ciclo del ácido cítrico, más las fosforilaciones a nivel
de sustrato, representan 68Vo de la energía libre resul-
tante de la combustión de la glucosa, capturada en
forma de fosfato de alta energía. Es evidente que la
cadena respiratoria es responsable de una gran pro-
porción del AIP total formado.
La velocidad de la respilación de las n-ritocor.rdna.
puede cclntrolarse mecliante la concentración del ADP
Esto se debe al estrecho acoplamicnto er,trc la oriclacrt,r
y 1a fbsfbrilación; es decir. la oridación no puede prosc-
guir a través de [a cadena lcspiratoria sin 1a fosforilaei¡':
.e
Citc
Desacopladores
-.i€
Pieric¡dina A
Amobarbital
Floten0na
Oligcmicina
ADP + Pr ATP ADP + P ATP
Figura 14-7, Sitios propuestos de la inhibición (O) de la cadena respiratoria a cargo de fárr-¿::. :-:':- .r -
, -
antibrótcosesoecÍficos.Estánseñaladoslossitiosqueal parecermantienenlafosfort a.Ón 3:- --='-.-' -'-
pondeaunquelantedel Fe; complejol,NADH:ubicuinonaoxidorreductasa; complejol.s¡c:-.::-:---'.'
' . .
complejo lll. ubicuinol.ferricirocromo coxidorreductasa; complejo lV, ferrocitoot'omo.. t:-- , -
". '
'.. '
las abreviaturas es igual que en la figura 14-4.
(
aI\Eorisñmicina
ADP+P
Su0cinato
HrS
CO
cN-

237. l6Ó ' Bt,t,tt,;¡i.' -; ,i.
'
!',;;-rr,;
(Capírulo l1)
ctrni,-,:r-.. .,:t-.,3 ::, f DP. Chance v Williams han defini-
J,,. ¡ r : ¡ - . - :. J ..- -,t nis capaces de controlar la velocidad
j:
-. :..: :.;r¡,1 en las mitocondrias (cuadro 14 1).
P --: . - _:e:¡::i la mavor parle de las células en estado
:3 :3:.r>c :e encuentran en el estado 1,y la respira-
J:-: s3 .-ontrola por la disponibilidad deiADP Cuando
.¡ :ealiza un trabajo, el ATP se conviefie en ADP y
:¡crlita 1a respiración, la que a su vez repone las reser-
r as de ATP (ligura 1.1-8). Parecería que bajo ciertas
condiciones la concentración de lbsfato inorgánico tam-
bién podda afectar la velocidad de funcionamiento de la
cadena respiratoria. Confonne se incrententa la respir':-
ción (como con e1 ejercicio), la célula se aproxima ai es-
tado 3 o al estado 5, ya sea que se sature 1a capacidad
de la cadena respiratoria o que el PO. disminur a por
debajo de la K,,, para el citocromo a,. También err.:.
la posibilidad de que el transporrador ADP -\TP t:-
gura l4-2), que facilita el ingreso del ADP citosolicc, *,
interior de la mitocondria y la salida de ésta de1 .\TP.
se convierta en ei limitante de la veiocidad.
Por tanto, la forma en que los procesos orid¡rr-. : ¡
biológicos permiten la disponibilidad
_v capnrra i: .,,
energía libre resultante de la oxidación de ios alinre::1,- ..
constituye un proceso por etapas eficiente ( ¡1r.-d. ::
de 68%) y controlado, en lugar de uno explosrvt . :-.--,-
ciente y descontrolado, como es el caso de n-r.r;--¡.
procesos no bioiógicos. El resto de la energia lib::
-
capturada como fosfato de alta energía. se ltber¡ ::.
fbrma de calor. A éste no debe consider'ár'sele un
"d;.
-
perdicio", toda vez que asegura que e1 sistema res: -
ratorio en su conjunto sea suficientemente exerglrn-. -
para apartarse del equilibrio, 1o que pennite el rl;-,:
linidileccional continuo y la provisión constanre .;
-\TP. En e1 animal de sangre caliente este calor .oi:i:.-
bur e a ia consen,ación de la ter.nperatura colporal
Cuadro 14-1. Estados del control respiratorio
Condiciones limitantes de la velocidad
Estado r
Es=c:5
Disponibilidad de ADP y de susfato
Disponibilidad sólo de sustrato
La capacidad de la cadena respiratoria cuando todos
los sustratos y componentes se presentan en canti-
dades de saturación
D¡sponibilidad sólo de ADP
Disponibilidad sólo de oxigeno
N UMEROSOS VEI§ENOS INHIEEN
tA CADENA RESPIRATCIRIA
i:ch.r de la información respecto a la cadena respira-
:,:-.r :e ha obtenido mediante el uso de inhibidores;
.j nanera recíproca esta infonnación ha proporcio-
,--iüLr collocimiento sobre el mecanismo de acción de
. :iLrs lenenos. En la figura 14-7 se presentan los /oci
igares de acción) propuestos de dicha acción. Con
¡¡¡,pósitos descriptivos, los venenos se pueden clasi-
-l.ar en inhibidores de la propia cadena respiratoria,
.:L:ibidores de la losforilación oxidativa v desaco-
:.¿doles de la fosforilación oridatir.a.
Los inhibidores que intemtmpen 1a respiración
:.l¡drante el bloqueo de la cadena respiratoria actúan
.l tres sitios. El primero de éstos se inhibe con los
barbitúricos! como el amobarbital, con el antibiótico
piericidina A y con el insecticida rotenona que tam-
rlin es tóxicopara lgs peceq. Estos inhibidores evitan
," ..ridación de los sustratos que se comunican direc-
¡trmente con la cadena respiratoria, mediante una deshi-
¡l¡¡genasa etlazada al NAD al impedir la transferen-
-l¡ de la FeS a la coenzima Q. A dosis altas resultan
rr¡,¡ia1es in vivo.
Pracesas de,:r,andantes
-5 aié.dit
Figura 14-8. Parlicipación del ADP en el control respiratorio

238. Cadena respirtrtorí.a t, fos/'orilación oxiclatiya , i 6-
El dimercaprol y la antimicina A inhiben la cadena
respiratoria entre el citocromo á r' el citocromo c. Los
venenos típicos H2S, monóxido de carbono v cianuro
inhiben a la citocromooxidasa \. prr tanto. pueden
detener por completo la respiracr-in. La carboxina y
el TTFA inhiben específicament¡ ia transferencia de
equivalentes reducidos. de l¡ su;cLneto deshidrogenasa
a la coenzima Q, en tant.. qu: ei
Talonato
es un inhi-
bidor competitivo de 1; ;esirirogenasa succínica.
El antibiótico oligomicina impide por completo
la oxidación r la l:s.-::,.;r¡in en las mitocondrias
intactas. Sin en!"r: - . e: presencta del desacoplador
dinitrofenol 1" ,-'r.:.;r.ín se produce pero sin fosfo-
rilación. lt c;., r:::;¡ que la oligomicina no actúa de
modo dire,::: s - :re ia cadena respiratoria, sino de ma-
nera subse:-:nle sob¡e un paso en la fosforilación
(figura l* I
E- atractilósido inhibe la fosforilación oxidativa
que ce:erdc del transporte de nucleótidos de adenina
a tr¡. is ,ie la membrana mitocondrial interna. Se con-
srd:r; que el compuesto inhibe al transportador que
rr:rLrduce ADP a la mitocondria, con la salida simul-
;ánea de AIP (figura L4-12).
La acción de los desacopladores consiste en di-
sociar Ia oxidación en la cadena respiratoria, de la
fosforilación; esta acción puede explicar el efecto tóxi-
co de estos compuestos invivo. El desacople se traduce
en una respiración descontrolada, debido a que las
concentraciones del ADP o del Pi ya no limitan la ve-
§stado 4
12345
Minulos
Figura 14-9. Control resp¡ratorio en las mitocondrias. El
experimento A demuestra el estado basal de la respiración
en el estado 4, la cual se acelera después de adicionar ADP.
Una vez que el ADP exógeno se fosforila a ATP, la resp¡ra-
:ión revierte al estado 4. La adición de un desaco-plado¡
por e,emp o, din¡trofenol, desacopla la respiración de la
fosforl,aclón. En el experimento B, la adición de oligomicina
impicie ia losfor lación del ADP adicionado y, por tanto, tam-
bién la respiraclón, La adición del desacoplador desacopla
de nuevo la resoiracrón de la fosforilación.
locidad de la respiración. Ei desacoplador de uso más
frecuente es el 2,4-dinitrofenol, pero otros compues-
tos, entre los cuales se incluye dinitrocresol, penta-
clorofenol y CCCP (m-clorocarbonilcianuro fenil-
hidrazona), actúan de manera similar; esta última es
100 veces más activa que el dinitrofenol.
LA TEORIA QUIMIOSMÓTICA
EXPi-ICA EL MECANISMO
DE LA FOSFORILAGIÓN OXIDATIVA
Para explicar el acoplamiento entre la oxidación y la
fosforilación se han propuesto dos hipótesis princi-
pales, la químiqa y ia quimiosmótica. La hipótesis
química postula e1 acoplamiento químico directo en
todas las etapas del proceso, de manera similar a las
reacciones generadoras del ATP en la glucólisis. Sin
embargo, nunca se han aislado los intermediarios ri-
cos en energía presuntamente vinculadores de la
oxidación con Ia fosforilación por lo que esta hipóte-
sis se ha desacreditado.
La cadena respiratoria es
una bomba de protones
La teoría quimiosmótica de Mitchell postula que la
energía proveniente de la oxidación de los compo-
nentes en la cadena respiratoria se acopla al traslado
al exterior de la membrana interna mitocondrial de
iones hidrógeno (protones, H'), procedentes del in-
terior de la mitocondria. La diferencia de potencial
electroquímico resultante de la distribución asimé-
trica de los iones de hidrógeno se utiliza para impulsar
el mecanismo responsable de 1a formación de ATP
(figura 14-10).
Cada uno de los complejos I, Ill y lV de ia cadena
respiratoria (f,rguras 14 7 y 14-10) actúa como unr
bomba de protones. La membrana interna €s ir.r'rpe¡-
meable a los iones en general, pero en particular e lrri
protones, los cuales se acumulan en el exterior de es.:
membrana y crean una diferencia de potencial elec-
troquímico a través de la membrana (A¡"tn ). Est: : -
ferencia consta de un potencial químico ldilii::.: .
en el pH) y un potencial eléctrico.
Una ATP sintasa localizada
en la membrana forma el ATP
La diferencia de potencial electroqur :.: :- , --
paraimpulsarunaATfsi*4!qsqlocaliz,:j í,-. r :--
brana, la cual forma ATP en pr::::.: : r- i :
(hgura 14-10). Por tantc¡. ni r...>.i :.-:-*: i':-':-
diario de alta erterglír,r'r'r'..r' .: .
'-
-
-
rilccion.Lontc.rir-...::,:' j- ---,
ADP
I
o
o
T
§
o
§
c
a)
a
o
O
Desacopiador
Desacopladot

239. (Capíntlo 111
168.8
iosÍoiíiica
Oligomic¡na
ADP + P,
NADH
/
I
Membrana I
mitocóndrica ----f-
inlerna
I
(acoplamiento)
\
\.
+H*
ATP
¿a
H+
a§,
,/
-?
-E\.3
a,
Cadena
respiratoria
(transpone
de eleclrones)
Figura 14-10. Principios de la teoria qu rr; cs-: :¿
diánte el acoplamiento de la oxidación en a :¿::-:
membrana, impulsado por los comp e¡cs .'
-
::
corno una bomba de protones. Q ub qL' nc-: 3 :::
r erre del gradiente protónico para oro-c '1- ='--=''
-
a través de la membrana, y así colapsan ei g'ao en:e
conducción del H. a través de la F,
Los complejos fosforiladores responsables de la
producctón de ATP se encuentran diseminados en
ia superircie de la membrana interna (figura 14-l l'
Estos completos constan de varias subunidades proteí-
nicas desrgnadas comúnmente como Fr, que sg proyec-
tan al inte¡ror ,l.e la matriz I'
contienen 1a AIP sintasa
(figura 1.1-i0 r. Esras subunrdades se fijan, quizá me-
diinte un tal1o. a1 cornple-1o proteínico de 1a membrana
conocido como F:. que probablemente atraviesa la
membrana y que consu de Iarias subunidades pro-
teínicas (figura 1.l-101. Ei paso de protones a través
del complejo Fo-Fr lleva a 1a iormación de AIP a par-
tir de ADP y P¡. Es interesante que en el interior de la
membrana plasmática de 1as bactenas se presentan uni-
dades fosfórilantes similares. pero se localizan en el
exterior de la membrana de los trlacoides en los clo-
roplastos. En la perspectiva de 1a hipótesis que postula
el brigen de las mitocondrias por er olución a partir de
las baiterias, es importante que el gradlente protónico
tenga una dirección desde el exterior hacia el interior
de las mitocondrias y las bacterias, y que tenga un sen-
tido inverso en los cloroPlastos'
El :lecanismo del acopiamiento del transporte de
,rrS ii-'i,rreS con el sistema de la AIP sintasa es una
.t-ri.::rl. La evidencia sugiere que la síntesis del ATP,
qur r:o:ía Carse mientras perrnanece unido. a la enzi-
Á.. i.-- ,.pr..enta el paso principai que requiere ener-
gía. . que :l pascr qué consume energía corresponde a
ia 1iÉeia;:.1r de1 ATP de1 sitio activo. Esto puede im-
ph;ar crmbtos en la confomación de 1a subunidad F1
-qenerados
por e1 gradiente protónico.
Se deiconoce la cantidad precisa de protones
bombeados por cada comp1e.1o por mol de NADH
oridado, peró 1as estimaciones actuales sugieren que
el complejo I traslada cuatro y ios com-plejos III y IV
trasladán,-en conjunto, seis. También 3 o 4 protones
se incorporan al
jnterior
de ia mitocondria p.or cada
AfP exportado (figura 14-13). Por tanto, el índiceP:O
no necesariamenté resulta un número entero, es decir
3, sino tal vez 2.5. Sin embargo, por razones de sim-
olificación, en el texto se continuará utilizando un valor
he 3 para la oxidación del NADH + H. y de2parala
oxidación del FADH2. En la figura 1111 se presenta el
ciclo de la coenzima Q como un mecanismo posible para
el bombeo protónico a cargo del complejo III'
EXTEBICA
Ha-
Ctrcuio
^
*o¿6Or;

240. Cadena re.spiratoricL
",-
fo,s/briluc:ión oxidati o .
I 6s
crTosol I
uEr/cnnxa MrocÓNDHrcA a¡éT§R¡¡A
(EXTERTOH)
I
MAT§IZ
irNTrRr0H)
-H
H+
H
F...
\
e-- b¡ee \
QI
uñ
(
e-
L1
(J
)
=igura 14-1 1. El ciclo "Q" generadorde protones. La figura muestra la manera en que los componentes del complejo Ill se
crganizan como una bomba de protones. La QH' está anclada a cada lado de la membrana mediante el enlace a una proteína
írladora de Q, en tanto que QHz y Q son móviles. Los citocromos se muestran como by c1, respectivamente.
Los hallazgos experimentales
apoyan la teoría quimiosmótica
1) La adición de protones (ácido) al medio extemo de
las mitocondrias intactas genera AIP.
2) La fosforilación oxidativa no se presenta en los
sistemas solubles en los que no puede existir Llna
AIP sintasa vectorial. Para obtener la fosforilación
oxidativa debe existir una membrana cerrada (fi-
gura 14-10).
3) La cadena respiratoria contiene componentes or-
ganizados en forma diferente a cada lado de lamem-
brana (asimetría transversal), tal como 1o requiere
la teoría quimiosmótica.
La teoría quimiosmótica puede
explicar el control respiratorio
Unayez que, como resultado del traslado de los pro-
tones, se establece la diferencia de potencial elec-
troquímico a través de la membrana, ésta inhibe el
transporle subsecuente de equivalentes reductores a
1o largo de la cadena respiratoria, a menos que dicho
potencial se descargue mediante el traslado retrógra-
do de 1os protones a través de la membrana a cargo de
IaAIP sintasa vectorial. Esto, a su vez, depende de la
disponibiiidad de ADP y P,.
La teoría qu¡miosmótica explica la
acción de los desacopladores
Estos compuestos (p. ej., dinitrofenol) son anfipáticos
(capítulo 16) e incrementan la permeabilidad a los
protones por la membrana interna mitocondrial lipídica
(figura 14-10) y, por tanto, disminuyen el potencial
electroquímico impidiendo la activación de la AIP
sintasa. De esta manera, la oxidación puede proceder
sin que se produzca la fosforilación.
POR LA IMPERMEABILIDAD RELATIVA
DE LA MEMBRANA MITOCONDRIAL
INTERNA SE REQUIERE
DE TRANSPORTADORES DE
¡NTERCAMBIO
En la memtrana existen sistemas de intercambio fix
difusión para el intercambio de aniones por iones OII-
y de eationes por iones H*. Estos sistemas se reqrie-
ren para la captura y salida de 1os metabolitos ioniz¡fu
al tiempo que se conserva la neutralidad electri:e y
osmótica.
La membrana mitocondrial
libremente permeable a las mo
carga, como oxígeno. agua- CO

241. r
I
-tt
(Capírulo ll)
Ios acrdos monocarboilicos, como el 3_hidroxi_
butírico, rmmcetico y acético. Los ácidos grasos de
cadena @a se Eansportan al interior de las mitocon_
driro medimte el sistema de la camitina (fi gwa24 l);
tambien exisfie rm acatreador especial paruil piruvato
ry sinprt qaeutiliza el gradiente del H* desde el ex-
terimhasta el interior de la mitocondria (figwa I 4-12).
Sin embargo, los aniones dicarboxilato y tricarboxi_
lato, y los aminoácidos, requieren transportadores o
sistemas de acarreo específicos para facifitar su trans-
porte a través de la membrana. Al parecer, los ácidos
monocarboxílicos penetran más f;ícilmente debido a
su menor grado de disociación. Se estima que los áci-
dos sin disociar y más liposolubles constituyen Ia espe-
cie molecular que penetra la membrana lipoide.
F.l transporte de los aniones dicarboxilato y tricar-
boxilato está estrechamente vinculado a1 del fosfato
inorgánico, el cual penetra con rapidez como ion
HrPOr- en intercambio por OH-. Li captura neta de
malato^, a cargo del transportador dicarboxilato. requie_
re losfato inorgánico para intercarnbiar.en direcóión
opuesta. La captura neta de citrato. isocitrato o ¿:¡s-
aconitato, a cargo del transportador tricarborilato. re_
quiere tntercambiar con el malato. El transporte dei
u-ce toglutarato también requiere del intercambio con
malato. Por tanto, el uso de mecanismos de lntercam_
bio conserua el equiiibrio osrnótico. puede
apreciarse
oue e I transporle del citrato a trar,és de 1a membrana
mrtocondnal no depende sólo del transporte del mala_
to. su.io que requiere también del transpófte del foslato
int rgánico. El transporlador de nucleótidos de adenina
¡errit.. el intercambio deATpyADp, pero no deAMp
Esto ¡s iirndamental para la salida del AIp de las mito_
;¡,rdrias hacia los sitios de su utilización extrami_
:-r.-rrndrlel. I para pennitir el regreso del ADp parala
:::,cucción de ATP al interior de ia mitocondriá
lRgu_
:. -
j
1.i t. Lnpulsado por el gradiente protónico, el
\¡ :.i,.-de intercarlbiarse por H-. Se éstima que la
irlrrlfLl .1cti a de Car por las mitocondrias tiene lugar
..,r una carsa lteta de transferencia de I (.unipor.f
d,e
L,'. ,. p..sibletrente a tralcis del unti¡tort Ca:,/H*. La
:r::¡¡r¡,:- dc'r-¡lctr.,1 ptntr de 1a: ntitc.rcondrias se fa_
a .: ll'..'1.-:ll:J :- :-.::a-:::-_a.t-i JLr:l \.1 .
-: s :^:':':s :e-^. :e- 3-t calroñ€s
es:e: ':as 3e^e:.e¡ as membranas
lVembrana
EXT§RIOH mitocóndrica
interna
¡t¡TERIO*
o¡r
H2POj
N-etrlmalermida
H id rox:c ina r,a:c
P.!Va:C
:-. .: j::-,:ljn¡n
así debido a lacapacidad
:-" :-:::.¡r comple.los con cationes espe-
i
mlio;óndrica INTERIOR
rrieri']a
Cikatos*
+H+
a-cetoglutarato2-
Atraclilósido
Figura 14-12. Sistemas transportadores en la membrana
mitocondrial interna. O, transportador de fosfato;@ , simport
de piruvato; O, transportador de dicarboxilato; r/ , transpor-
tador de tricarboxilato; 6, transportador de cr-cetoglutarato;
= , transportador de nucleótidos de adenina. La N-etilma-
leimida, el hidroxicinamato y el atractilósido inhiben (e) los
sistemas seña¡ados. También existen (pero no se muestran)
los sistemas transportadores para glutamato/aspartato (figu-
ra 14-15), glutamina, ornitina, aminoácidos neutros y car-
nitina (figura 24-1).
Figura 14-13. Combinación del transportador de fosfato (O)
con el transportador de nucleótidos de adenina (@)en la sín-
tesis de ATP. El simporl H./P que se muestra equivale al
antiport PiOH- mostrado en la figura 14-12. por
cada ATp
exportado penetran a Ia mitocondria 3 o quizá 4 protones.
Sin embargo, cuando el ATP se utiliza en ei interior de la mito-
condria entraría un protón menos.
N-et¡lmaleimida

242. Cadeno respiratoria yJosforilación oxida.tiva ' l-l
cíficos y facilitar su transporte a fa\'és de las mem-
branas biológicas. Esta propiedad de ionoforesis se
debe al carácter lipofílico de 1os ionóforos, el cual
permite su penetración en membranas lipoides, como
la membrana mitocondrial. Un etemplo. es el antibióti-
co valinomicina, el cual permile la penetración del
K* a través de la membrana ml:¡condrral y descarga
el potencial de membrana enre el interior y el ex.terior
de la mitocondria. La nigericina también actúa como
ionóforo para el K-. pero er intercambio por H*; por
tanto, desaparece el graCreite dei pH a través de la
membrana. En presencia ce
"
¡li:omicina y nigeri-
cina desaparecen el poten;':i de membrana y el
gradiente de pH r. por ltni--, s: inhibe por completo la
fosforilación. Los des¡-',--:.;;,-rres típicos como el
dinitrofenol. son en rer..;.j r¡nóforos protónicos.
UEra transhidroEenasa
trans!ocadora de protones
es una fuente del
NADPH i ntramitocondrial
Esta transhrc:.'::..-::; que depende de energía, que
es una proteín; i: ." :tenibrana mitocondrial inter-
na, acopla el pas.r .. ;::,:¡nes a favor de su gradiente
electroquímico oei e:ii;;r-rr al interior de la mito-
condria, con la ¡rans-e:encia de H proveniente del
NADH in[ramitocondnal para formar NADPH. Al
parecer, la enzima partrcipa como un amortigua-
dor ¡edox dependiente de energía y como fuente del.
NADPH para las enzimas intramrtocondriales comq
la glutamato deshidrogenasa r. las hidroxilasas invo--
lucradas en la síntesis de este¡oides.
La oxidación del NADH
extramitocondria! está med i ada
por lanzaderas de sustrato
El N,ADI{ no puede penetrar la membrana mitocon-
drial. pero enelcdosolseproduce de mrnera continua
mediante la 3;foSfoglicera]dehído deshidrogenasa, una
enzima en la secuencia de la glucólisis (figura 19-2).
Sin embargo, bajo condicionés.aerobias no se acumu-
la e1NADFJextramitocondrial y se estima que se oxida
en la cadena respiratoria de las mitocondrias. Se han
considerado varios mecanismos'pogibles que permiten
este proceso. Estos mecanismcls involucran la transfe-
rencia de equivalentes reducidos a través de la mem-
brana mitocondrial por medio de pares de sustratos
relacionados por deshidrogenasas adecuadas. En este
caso se requiere que la deshidrogenasa específica se
presente en ambos lados de la membrana mitocon-
drial. En la figura 1,1-14 se muestra el mecanisrno de
transferencia mediante la lanzadera de glicerofosfato.
Debe hacerse notar que, puesto que la enzima mito-
condrial se vincula con la cadena respiratoria mediante
una flavoproteína en lugar del NAP. sólo se forman dos
moles de AIP en lugar de tres por cada átomo de oxí-
geno consumido. En algunas especies, la actividad de
Ia enzima enlazada al FAD disminuye después de la
tiroidectomía y se incrementa después de la adminis-
tración de tiroxina. Si bien esta lanzadera se presenta en
el músculo de los insectos voladores, el encéfalo, el te-
jido adiposo caféy el músculo blanco, y podría resultar
impottante en el hígado; otros tejidoq,(p. ej., el múscuio
cardiaco) presentan deficiencia de la glicerol 3- fos-
fato deshidrogenasa. Por tanto, se estima que un sis-
tema de transporte que involucre al malato y a una
malato deshidrogenasa citosólica y mitocondrial, es
de utilidad más general. En la figura 14-15 se muestra
el sistema de la lanzadera de malato. La compleji-
dad de este sistema se debe a la impermeabilidad de la
membrana mitocondrial al oxaloacetato, el cual debe
reaccionar con el glutamato y transaminarse a aspar-
tato y o-cetoglutarato antes de su transporte a través
de la membrana mitocondrial, y reconstituirse como
oxaloacetato en el citosol.
El transporte iónico
en la m¡tocondr¡a
depende de energía
I-.¡as mitocondrias con respiración activa, en las cuaies
tiene lugar la fosforilación oxidativa*co.ns.ervan o acu-
mulan eatisnescomo e-Ll(1.Nal§a-'zi-y Mg3., a§í como
el Pi. El desacoplamiento por dinitrofenol causa pér-
dida de iones de las mitocondrias, pero la captura de
iones no se inhibe por la oligomicina, lo cual sugiere
que la energía necesaria no procede de la fosforilación
del ADP. Se estima que una bomba primaria de protones
impulsa el intercambio de cationes.
La lanzadera de fosfato
de creatina facilita
e¡ transporte de fosfatos de
alta energía procedentes
de las mitocondrias
Esta lanzadera (figura 14-16) aume.-:: -. :, :
pación del losfato de creatina corl ' :r.. : - -
energético, al actuar a manera de un s:s:::--. :
-
-
micoparalatransferenciade fosi;l-:,l: : - i-.-. -
provenientes de las mitoccnlil... :r .: - : - -
vos como el co¡azón ¡ el::;.'-. -,--. . - --
el espacio intermetll' t:' - -: - -
localiza uflt tSt3i.ttt-.: -: - -
-:
-'
-
-

243. 172
-Bioquímica de Harper
(Capítulo 14)
MEMANA§A
EXT§§NA
CITOSOL
Gticerol 3-tosJato
GLICEROL-3.FOSFATO
BE§HIOFIOGENASA
{crro§ÓLlcA)
Fssfato de
dihidroxiacelona
Figura 14-14. Lanzadera de glicerofosfato para la transferencia,
provenientes del citosol.
.
.
, eirdenan&i,ab.ria,
al interior de la mitocondria, de equivalentes reducidos
*-\G
NA,,*'+H+ -^W
MITOCONDRIA
Glicerol 3-rosfato
GLICERQL 3.FOSFATO
DE§HIDFIOGENASA
(MlrocóNDnrcA!
Fosfalo de
dihidroxiacetoña
"*'.
..
FADHA
,{
,
la cual cataliza la transferencia a la creatina del
fosfato de alta energía proveniente del ATP que sa-
le por ei transportador de nucleótidos de adenina.
A su vez, el fosfato de creatina se transporta al
citosol a través de poros proteínicos en la membra-
na mitocondrial externa, quedando así disponible
para la generación de ATP extramitocondrial. Diver-
sas isoenzimas de la creatincinasa median 1a trans-
ferencia de fosfatos de alta energía hacia, o desde
1os diversos sistemas que 1o utilizan o generan; por
ejemplo, la contracción muscular, la glucólisis (fi-
gura 14 l6).
,q§PECTܧ CLiNICܧ
El trastomo conocido como miopatía mitocondrial
mortal infantil con disfunción renal involucra la dis-
minución intensa o la ausencia de la mayor parte de
las oxidorreductasas de la cadena respiratoria. El sín-
drome MELAS (encefalomiopatía mitocondrial,
acidosis láctica e infarto cerebral) consiste en un tras-
torno hereditario debido a insuficiencia del complejo
NADH: ubicuinona oxidorreductasa (complejo l) o
de la citocromo oxidasa. Éste es un ejemplo de las di-
versas enfermedades producidas por las mutaciones
CTTOSOL
MALAIO DESHIDROGENASA
Qxaloacétato
MIÍOCONDRIA
r¡-CG
Glútamato
Glutamato
Figura 14-1S. Lanzadera de malato para la transferenc¡4, al interior de la mitocondria, de equivalentes reducidos prove-
niéntes del citosol. 1 transportador de cetoglutarato; @ transportador de glutarnato-aspartato (obsérvese el shnporf de pro-
tones con glutamato).
,.:r: ,r
MÉM8RA§A
ttT,§§§A
túalaloy/-NAD-
ROGENASA II
r^
,""rr,o1oo*
MEMBRANA

244. Cadena respü.atoria y
fosforilación oxidativa .
173
Procesos demandantes
-,,
de energia --\
/
$. ei., crntracctón muscular\
ATP ADP
Figura 1¡l-16. Lanzadera de fosfato de creatina del corazón
y del músculo esquelético. La lanzadera permite el transpor
te ráp¡do al citosol del fosfato de alta energía proveniente de
la matriz mitocondrial. (CK", creatincinasa relacionada con
un alto requerim¡ento de ATR por ejemplo, la contracción
muscular; Cl(, creatincinasa para la conservación del equi-
librio entre la creatina y el fosfato de creatina y el ATP/ADp;
Cl(s, creatincinasa acopladora de la glucólisis€on la sínte-
sis del fosfato de creatina; CK., creatincinasa mitocondr¡al
mediadora de la producción de fosfato de creatina a partir
de ATP formado en la fosforilación oxidativa; P, poro proteí-
n¡co en la membrana mitocondrial externa.)
dei DNA mitocondrial (cuadro 64-5), mismas que
podrían estar involucradas en la enfermedad de
Alzheimer y en la diabetes mellitus.
Diversos fármacos y venenos actúan mediante la
inhibición de la fosforilación oxidativa lvéase antes).
1. Prácticamente toda la energía liberada a partir de la
oxidación de los carbohidratos, grasas y proteínas
queda disponible en las mitocondrias como equiva-
lentes reductores (-H o e-). Estos equivalentes se
canalizar, a la cadena respiratoria, en la cual tran-
sitan por un gradiente redox descendente de aca-
rreadores hasta la reacción final con el oxígeno para
formar agua.
2. Los acarreadores redox se agrupan en complejos de
la cadena respiratoria localizados en la membrana
mitocondrial interna. Estos complejos utilizan la
energía liberada en el gradiente redor para bom-
bear protones hacia el exterior de 1a rnembrana, con
1o cual crean un potencial electroquímico a través
de la membrana.
3. Atravesando 1a membrana se presentan comple-
jos de ATP sintasa, los cuaies utihzan e1 potencial
energético del gradiente de protones para sinteti-
zar ATP a partir de ADP y de P¡. De esta manera,
la oxidación se acopla estrechamente a la fosfo-
rilación para satisfacer 1as necesidades de energía
de la célula.
4. Debido a la impermeabilidad de 1a membrana miro-
condrial interna los protones v a otios iones, en la
membrana se insertan, de uno a otro lado, transpor-
tadores de intercambio especiales. que permiten el
paso de iones como el OH-. el P1-. el ATPr, el ADP!
y los metabolitos, sin descargar el gradiente elec-
troquímico a través de 1a membrana.
5. Ivluchos venenos bien conocidos, como el cianuro,
detienen la respiración por ia inhibición de la cade-
na respiratoria. f
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246. 15
Carboh¡dratos
de importancia fisiológica
PeterA. Mayes, PhD, DSc
¡F{TreÜ*LJCCI*rT
Los carbohidratos están distribuidos ampliamente
en vegetales y animales, en los cuales tienen partici-
pación estrucfural y metabólica. En los vegetáles, la
glucosa se sintetiza mediante la fotosíntesisá partir de
bióxido de carbono y agüa,y se almacena como almi-
dón o se conviefie en la celulosa de la estrucfura de
s.oporte del vegetal. Los animales tienen la capaci_
dad de sintetizar algunos carbohidratos a pariir de
las.grasas_ y 1as proteínas, pero el volumen mayor
de los carbohidratos animales se obtiene finalmln-
te de los vegetales.
¡ rd P*RTAh'ü;A B r*NU Éü I üA
El conocimiento de la estructura y las propiedades de
los carbohidratos de importancia fisiol-ógióa es funda-
mental para la comprensión de la participación de éstos
en la economía del organismo de los mamíferos. El
azúcar glucosa constituye el carbohidrato más impor-
tante. La mayor pafte de los carbohidratos de la dieta
se absorbe como glucosa al torrente sanguíneo o se
convierte en ésta en el hígado, y es a partiráe la gluco-
sa que se pueden formar otros carbohidratos en el
cuerpo. La glucosa constituye un combustible tisular
imporlante de los mamíferos (excepto los rumiantes),
y un combustible universal para el feto. La glucosa se
conviefte a otros carbohidratos que desemplñan fun-
ciones específicas; por ejemplo, glucógeno para alma-
cenamiento, ribosa en los ácidos nucleicos, galactosa
en la lactosa de la leche, en ciertos lípidos cómplejos,
y en combinación con las proteínas en las gluco_
proteínas y los proteoglucanos. Las enfermedades
que se relacionan con los carbohidratos incluyen
diabetes mellitus, galactosemia, enfermedades del
almacenamiento del glucógeno e intolerancia a la
Iactosa.
LOS CARBOHIDRATOS SON DERIVADOS
ALDEHÍ DICOS O CETÓNICOS
DE LOS ALCOIIOLES POLIHIDRICOS
Los carbohidratos se clasifican como sigue:
1) Los monosacáridos son aquellos carbohidratos
incapaces de hidrolizarse en carbohidratos más
simples. Pueden subdividi¡se en: triosas, tetrosas,
pentosas, hexosas, heptosas u octosas según la
cantidad de átomos de carbono que poseen, y
como aldosas o cetosas por la presencia del gru-
po aldehído o del grupo cetona. En e1 cuadro 15-1
se listan ejemplos.
2) Los disacáridos, al hidrolizarse, dan iugar a dos
moléculas de monosacárido. Los ejemplos son
la maitosa, que da origen a dos moléculas de glu-
cosa; y la sucrosa o sacarosa, que da lugar a una
molécula de glucosa y una de fructosa.
3) Los oligosacáridos, al hidrolizarse, producen de
2 a lA unidades monosacárido; un ejemplo lo
constituye la maltotriosa. *
4) Los polisacáridos, al hidroliz.use, producen más
de 10 moléculas de monosacá¡ido. Los almido-
nes y las dextrinas corresponilen a ejemplos de
*
Obsérvese quc ésta no es una triosa vertladera, sino un trisacárido.
el cual contiene tres residuos de cr-slucosa.
175
Cuadro 15-1. Clasificación de azúcares importantes
Aldosas
Triosas (C.H603)
Tetrosas (C.HrOo)
Pentosas (CsH,o05)
Hexosas (C6H1106)
Dihidroxiacetona
Erítru,osa
Ribulos¿
Fructosa

247. polisacáridos, que pueden ser lineales o ramifi-
cados. Algunas veces se les designa como hexo-
sanas o pentosanas, de acuerdo con la identidad
de los monosacáridos producidos al hidrolizarse.
DESDE EL PUNTO DE VISTA
BIOMEDICO, LA GLUCOSA
ES EL MONOSACANIOO
MAS IMPORTANTE
La estructura de la glucosa Puede
representarse de tres maneras
La fórmula eshuctural de cadena recta (aldohexosa; fi-
gura 1 5- I A) puede explicar algunas de las propiedades
de la glucosa, pero desde un punto de vista termodi-
námico se prefiere la estructura cíclica que explica el
resto de sus propiedades químicas. En la mayor parte
de los casos es posible representar la fórmula estructu-
ral como un anillo simple en perspectiva, de acuerdo
con la propuesta de Haworth (figura 15-18). En esta
representación, la molécula se visualiza lateralmente y
por arriba del plano del anillo. Por conveniencia, los
énlaces cercanós al observador se representan más an-
chos y engrosados. El anáiisis mediante difracción de
rayos X muestra que el anillo de seis integrantes y un
átomo de oxígeno en realidad presenta forma de silla
(figura 15-1C).
Los azúcares presentan variantes
isoméricas
A los compuestos que poseen la misma fórmula es-
tructural pero difieren en la configuración espacial
se les conoce como estereoisómeros. La formación
de los isómeros es posible por la presencia de áto-
mos de carbono asimétrioos (átomos de carbono
unidos a cuatro átomos o grupos diferentes). La sgg-
tidad de isómeros lrosibles de un compuesto depen-
de de la ;áñiidÉ.iiñid"
".tprup§-d;cái§qno
e-S-1e
tricos y equivale a'2n. Por tanto, la glucosa, con cuatro
á'iomos dÉibáitionoásimétricos, presenta 16 isómeros.
Los tipos más importantes de isomería presentes en
la glucosa corresponden a:
1,) Isomerismo D y L: la designación de un isómero
de azúcar como la variante D o, en el caso de la ima-
gen en espejo de éste, como la variante L, está de-
terminada por su relación espacial con el compues-
to progenitor de la familia de los carbohidratos, el
azícat de tres carbonos glicerosa (gliceraldehído).
En la figura 15-2 se muestran las variantes L y D de
este aácar, junto con los isómeros correspondien-
tes de la glucosa. Las orientaciones de los grupos
Figura 1F1. oglucosa. A: variante de cadena recta. B: o-o-glu-
cosa; proyección de Haworth. G: a-o-glucosa; variante en silla.
-H
y
-OH
alrededor del átomo de carbono ad-
yacente al carbono del alcohol terminal primario
(p. ej., el átomo de carbono 5 en la glucosa) deter-
'
minan la pertenencia del azicar a la serie D o a la
serie r. Cuando el grupo
-OH
en esfe carbono'se
encuentra a la derecha (como se observa en la figu.-
ra 152), el azícar constituye un integrante de la
serie D; cuando se localiza a la izquierda, corres-
ponde a un integrante de la serie L. La mayor parte
de los monosuúridot presentes en los mamíferós
tienen la configuración D, y las enzimas responsa-
bles del metabolismo de dichos monosacáridos son
especificas para esta configuración
La presencia de átomos de carbono asimétricos
también confiere actividad óptica al compuesto. Al
pasar un haz deluzpolaizada a través de
-una
solu-
ción de un isómero óptico, dicho haz rota hacia la
derecha, dextrorrotación (+¡, o hacia la izquierda,
levorrotación (-). Un isómero puede designarse
D(-), D(+), r(-) o r(+) para indicar su relación es-
. tructural con la D o la L glicerosas, pero no neoe-
sariamente presenta la misma rotación óptica. Por
ejemplo, la variante de la fructosa presente en la
rataruleza corresponde al isémero o(-).
En presencia de una cantidad igual de isómeros
D y L,lamezcla resultante no tiene actividad óptica,
toda vez que las actividades de los isómeros se anulan
0
ll
l
H*:e-ÜH
1
H0*3ü*H
I
H*4**úH
1
H*'C*OH
,t
*óH?*h{
176 . BioquímicadeHarper
(Capítulo 15)
c

248. Carbohidratos de importanciafisiológica .
177
u
ll
1G-H
I
HO*2C _
H
i
3cH2oH
L-gl¡cerosa
{L-gliceratdehído}
U
tl
1c*fi
I
HO*2C*H
I
H*3C'*OH
I
HO _4C_
H
I
t{o*5c* H
I
6cHroH
Lglucosá
Figura l5-2. lsomerismo o-
glucosa.
0
lt
c-H
I
H*C*OH
I
cH2oH
o-glicerosa
(o-gliceraldehída)
U
li
c-H
I
H*C*OH
I
HO*C *
H
I
H-C-OH
I
H*C*OH
I
cH2oH
o.glucoBa
y l- de la glicerosa y de la
entre sí. Se dice que tal mezcla es racémica, o una
mezcla oL. Los compuestos sintéticos necesariamen-
te corresponden a los racémicos, ya que las opor-
tunidades de la formación de cada isómero óptico
son iguales. Debido a que las enzimas funcionan de
manera tridimensional, pueden diferenciar entre los
isómeros D y L, y con frecuencia son específicas
para una configuración particular, por ejemplo, la
r-- glutamato deshidrogenasa.
2) Estructuras cíclicas piranosa y furanosa: esta ter-
minología se basa en que las estructuras cíclicas
estables de los monosacáridos son similares a las
estructuras cíclicas del pirano y del furano (figura
15-3). Las cetosas también pueden adaptar una for-
ma cíclica; por ejemplo, la o-fructofuranosa o la
o-fructopiranosa (figura 15-4). En el caso de la glu-
cosa en solución, más de 997o.se presenta en la
variante de piranosa.
3) Anómeros o y B: la estructura cíclicade una a-l{q-
.sa €s un hemiacetal, ya que se forma por la cq¡-nt-i-
nación de un aldehído y de un grupo aicohot (tigura
15-5).'Dé manerá similar, la istiuctura cíclicá de
una cetosa es un hemicetal (figura l5-4). La giuco-
sá cristalina ei cr-o-glucopiranosa (figura i*5-5).
La estructura cíclica se conserva en solución, pero la
isomería tiene lugar en la posición 1, el carbonilo o
átomo de carbono anomérico, para dar una mez-
cla de a-glucopiranosa (38Vo) y
B-glucopiranosa
(627o). Menos de 0.37o está constituido por los
anómeros cr y p de la glucofuranosa. Este equilibrio
se acompaña de rotación óptica (mutarrotación)
conforme el anillo hemiacetal se abre y forma de
nuevo con el cambio de Ia posición del
-H
y de los
tr cH
u-o-glucoplranora
Figura 15-3. Formas piranosa y furanosa de la glucosa.
_qrupos
-OH
en el carbono l. Es posible que el
cambio tenga lugar a través de una molécula acíclica
de cadena recta hidratada, si bien la polarografia
indica que la variante acíclica de la glucosa existe
sólo en una proporción de hasta 0.0025oA. La ro-
tación óptica de la glucosa en solución es dex-
trorotatoria: y de esto se deriva e1 nombre alterno
de dextrosa utilizado con frecuencia en la práctica
clinica.
4) Epímeros: Los isómeros que difieren como resul-
tado de las variaciones en ia configuración del OH
y del H en los átomos de carbono 2,3 y 4 de la
glucosa. se conocen como epímeros. Desde el pun-
to de r :sra biológico. los epímeros más importantes
H
H/H
It
5 5
HO\H HO'
oHr
c-F.tructop¡ranqsa
B-D-fructop¡ranosa
t-l
(r-o-lructorulanosa
fl-o-fructofuranosa
Í-*@,
//\
-\qh
\//
\/t
\//
Flr*no
_{3
,,. \
('i
L-d
Furaao
HüCH¡
I
H§OH
¡_
l-e,H
l,/ \l
[¡
'[L#',
H ÜI{
c4¡§rucofsrano§!
1
He{2
..
1
HQCH.
r1
coH
H2
HorlCx
3
Figura 1§-4. Formas piranosa y furanosa de la fructosa.

249. 178 . Bioquímica de Harper
(CapítLtlo 15)
horma
CH
aldehído
H / ' acíclica
HOH
Figura 15-5. Mutarrotac¡ón de la glucosa.
de la glucosa son la manosa y la galactosa, formados
mediante la epimerización de los carbonos 2 y 4,
respectivamente (figura 1 5-6).
5) Isomerismo aldosa-cetosa: la fructosa presenta la
misma fórmula molecular que la glucosa, pero di-
fiere en la fórmula estructural, debido a que en la
posición 2 existe un grupo ceto potencial (el carbo-
no anomérico de la fructosa; figuras 15-a y 15-7),
en tanto que en la posición 1 existe un grupo
aldehído potencial (el carbono anomérico de la glu-
cosa; figura 15-5).
Muchos monosacáridos
son de importancia fisiolégica
Los derivados de las triosas se forman en el curso de
la degradación metabólica de la glucosa por la vía de la
glucólisis. Los derivados de las triosas, tetrosas y pento-
sas y de un azicar de siete carbonos (sedoheptulosa)
se forman por la degradación de la glucosa por la vía
del fosfato de pentosa. Los azúcares pentosa son consti-
tuyentes importantes de nucleótidos, ácidos nucleicos
y de muchas coenzimas (cuadro 15-2). Las hexosas
de mayor importancia fisiológica son glucosa, galac-
tosa, fructosa y manosa (cuadro 15-3).
En la figura 15-8 se muestran las estructuras de
los aldo azicares de importancia fisiológica; en la fi-
gura 15-7 se presentan cinco ceto azúcares importantes
én el metabolismo. También son fundamentales los
derivados carboxílicos de la glucosa, como el o-glu-
curonato (importante en la formación de glucurónido
y presente errlos glucosaminoglucanos), así como los
áerivados metabólicos l--iduronato (presente en los glu-
cosaminoglucanos; figura 15-9) y L-gulonato (inte-
grante de la vía del ácido urónico;figuta224).
Los azúcares forman glucósidos
con otros compuestos Y entre sí
Los glucósidos son compuestos formados a partir dc
una condensación entre el grupo hidroxilo de un car-
bono anomérico de un monosacárido, o residuo mo-
nosacárido, y un segundo compuesto, que puede o no,
{
ü-D-glucopiranosa
(anómero
P)
<:+
Figura 1ffi. Epimerización de la glucosa.
eHaot{
I
C:C
I
cl'tzoH
PNhHeh*Élu
GFlz§H
I
U-U
I
l+o-c- H
I
H-C- OH
I
ctp¡t
#
*tdá&l{
I
I
a{ *t *oi{
§
§ **
-ü$
ttia*l'{
p-r{k¡to*o
I'
ú-v
,
§ü-t*§
I
ri *t*üH
I
h1 -tl**H
1
tH;ü{-i
§-lruclssa
rH:üt{
§
^-/a!-1J
i
Hü*t*'.{
¡
H*,e ^*r.{
¡
§*e *üH
§
I
CH NJ
u-*oudoheptul*ta
4
Figura 15-7, Ejemplos de cetosas de importancia fisiolÓgica.
<.*.'+
HH
«-D-mano§a*-oglucosa

250. Carbohidratos de importanciafisiológica .
179
CHO
I
i*- t-üH
I
nu nu
v¡ r?vu
a**bry¡*r {rglk*nld&}&}
üH*
,
t{-É-ü¡l
!
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á-§filr§*ñ
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ü1.1ü *Hü
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H§-S-,{ H-e-Bt-{
lt
¡.{0***t{ Hü***H
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i*-t-üF{ r{*c*Q*t
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ll *c **!lr
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H
¡
t¿ *c *ü*.{
¡
. cH¡üH
r-fln|eElms
H****H
l
H*ü-*1{
I
H ''".* *
0f',t
I
H-§-ü,H
l
H *ú *
ür.r
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H*[:-0t{
,1
s-rllosá
*HÜ
I
Hü *§ -- i..i
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H *.* ^ ilH
I
H *{:.*
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I
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ú-f]!ñno§a
*Hü
I
H *t*
§H
I
Hñ-r'-r
I
H *t*
§H
I
H*t-0H
I
út{2Q}t
o"g|treo*r
Figura 15-8. Interrelaciones estructurales de las aldosas de la serie D con importancia fisiológica. La l-treosa carece de
importancia fisiológica. La serie se construye mediante la adición, teórica, de una unidad CHrO ál grupo
-CHO
ciel azúcar.
Cuadro 15-2. Pentosas de importancia fisiológica
*H!{:i-.,
D-§fib¡¡r*§¡
rl
Azúcar Fuente ¡mportancia bioquímica Importancia clínica
D-ribosa Ácidos nucleicos Elementos estructurales de los ácidos nucleicos y de
¡as coenzimas; por ejemplo, ATP, NAD. NADp.
flavoproteínas. Los fosfatos de ribosa son interme-
diarios en la vía del fosfato de pentosa
D-ribulosa Se forma en los procesos meta-
bólicos
El fosfato de ribulosa es intermediario en la via del fosfato
de pentosa
o-arabinosa Goma aráb¡ga. Gomas de la ci-
ruela y de la cereza
Const¡tuyente de las glucoproieínas
D-xilosa Gomas de la madera., proteo-
glucanos, glucosaminoglu-
canos
Constituyente de las glucoproteínas
D{ixosa Músculo cardiaco Un constituyente de una lixoflavina, aislada del músculo
cardiaco humano
r-xilulosa lntermediario en la vía del ácido urónico Se encuentra en la orina, en
la pentosuria esencial
GHO
r
HA-C-r¡
!
H ***
ü*+
r
úH*üH
s-*r§§§r

251. Azúcar Fuente lmportancia lmportancia clínica
D-glucosa Jugos de frutas. Hidrólisis del
almidón, caña de azúcar,
maltosa y lactosa
Constituye el "azúcad' del cuerpo. Es el azúcar que trans-
porta ta sangre y el que principalmente utilizan los
teJidos
En la diabetes r¡ellitus se Pre-
senta en la orina (gluco-
suria) debido al aumento de
la glucosa sanguínea (hi-
perglucemia)
o-fructosa Jugos de frutas. l\,{iel de abeja.
Hidrólisis de la caña de azú-
car y de la inulina (Proven¡en-
te de la alcachofa de Jerusa-
lén)
En el hígado púede 6onvertirse en glucosa y usarse
como ésta en el cuerPo
La intolerancia hereditar¡a a la
fructosa da Iugara la acumu-
lación de ésta y a la hipo-
glucemia
D-galactosa Hidrólisis de Ia lactosa En el hÍgado puede transformarse en glucosa y metabo-
lizarse como tal. Se stntetiza en la glándula mamaria
para constituir la lactosa de la leche. Es un constitu-
yente de los glucolípidos y las glucoproteínas
La insuficiencia de su meta-
bolismo produce galactose-
mia y cataratas
D-manosa I Hidrólisis del maná y gomas ve-
I q"tul""
Es un constituyente de muchas glucoproteinas
180Bioquínica de flarper
(Cctpínlo I5)
Cuadro 15-3. Hexosa§ de importancia fisiológica
(como en el caso de una aglucona), ser otro mono-
sacárido. Si el segundo grupo es un hidroxilo, el enia-
ce O-glucosídico es un enlace acetal, debido a que
tiene su origen en una reacción entre un grupo
hemiacetal (formado a partir de un aldehído y un
grupo
-OH)
y otro grupo
-OH.
En caso de que
la pbrción hemiacetal §ea la glucosa, el compuesto
resultante es un glucó§itlo; si es galactosa, un galac-
tósido, y así sucesivamente' Si el segundo gn¡po es una
l.
Figura 15-9. o-o-glucuronato (izquierda) y
B-r-iduronato
(de-
recha).
amina, se forma un enlace ly'-glucosídico; por ejem-
plo, entre la adenina y la ribosa en los nucleótidos
como eI ATP (figura 12-5).
Los glucósidos se encuentran en muchos fárma-
cos, especias y en los constituyentes de los tejidos
animalés. La aglucona puede ser metanol, glicero1,
estexol, fenol o una base como la adenina. Todos 1os
glucósidos que son importantes en medicina, por la
acción que tienen sobre el cotazótt (glucósidos car-
diacos), contienen esteroides como el componente
aglucona. Estos glucósidos incluyen los derivados de
tiAigitat y del estrofanto, como la ouabaína, un inhi-
bidor de laNa*-K*AIPasa de las membranas celulares.
Otros glucósidos incluyen los antibióticos como la
estreptomicina (frgura 1 5-1 0).
Los desoxiazilcares son los azÚtcares en los cuales un
grupo hidroxiio, eniazado a la estructura cíclica' se
tt
t^
f*vt
'coo- \
H HffÉNH3
il
*H
Figura 15-10. Estrepiornicina (izquierda) y ouabaína (derecha)'

252. Carbohídratos de importancia /isiológica
.
I B l
Figura 1Ll 1. 2-Desbxi-o-ribofuranosa (forma
B).
sustituye por un átomo de hidrógeno. Un ejemplo lo
constituye la desoxirribosa (figura 15-11), presente
en los ¿ícidos nucleicos (DNA). Entre los carbohidraúos
de las glucoproteínas también se presenta el desoxi-
azúcar r-fuccisa (figura 15-11), y la 2-desoxiglucosa
es importante como inhibidor del metabolismo de la
glucosa.
Los aminoazúcares
(hexosaminas) son componentes
de glucoproteínas, gangliós¡dos
y glucosaminoglucanos
La ».glucosamina (fi gura I 5-12), la o- galactosamina
y la D-manosamina son ejemplos de aminoazúcares
identificados en la naturaleza. La glucosamina forma
parle del ácido hialurónico; la galactosamina (condro-
samina), de la condroitina (capítulo 57).
Varios antibióticos (p. ej.; la eritromicina) contie-
nen aminoaácares; se considera que estos últimos se
relacionan con la actiüdad antibiótica de estos f,lrmacos.
LA MALTOSA, SUCROSA Y LACTOSA
SON DISACARDOS IMPORTANTES
Los disacáridos son azúcares compuestos de dos resi-
duos de monosaciírido unidos mediante un enlace glu-
cosídico (figura 15-13); su nombre químico refleja
los monosacáridos componentes. Los disacáridos de im-
portancia fisiológica son la maltosa, la sucrosa y la lac-
tosa (cuadro 15-4). La hidrólisis de la sucrosa produce
Figura l5-12. Glucosamina (2-amino-o-glucopiranosa)
(forma rx). La galactosamina es 2-amirro-o-galactopiranosa.
En los carbohidratos más complejos, la glucosamina y la
gaiactosamina se presentan como derivados lr/-acetilo; por
ejemplo, en las glucoproteínas.
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tÍ}Se{iueFirgt§É€
Figura 15-13. Estructuras de disacáridos importantes. La o
y la p se refieren a la configuración en el áiomo de carbono
anomérico (asterisco). Cuando el carbono anomérico del
segundo residuo interviene en la formación del enlace
glucosídico, como en la sucrosa, tal residuo se convierte en
un glucósido conocido como furanosido o piranosido. Como
el disacárido ya no posee un carbono anomérico con un gru-
po aldehído o cetona potenc¡almente libre, ya no presenta
propiedades reductoras. La configuración del residuo de la
B-fructofuranosa en la sucrosa deriva de la rotación, de 1 80",
e inversión de la molécula de la B-fructofuranosa
presenta-
da en la figura 15--4.
una mezcla cruda denomtnada " azúcar invertido" de-
bido a que la producción de fiuctosa fuertemente
levorrotatoria, cambia (invierle) la actividad dextro-
rrotatoria previa de la sucrosa.
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253. Carbohidrotos de importancia /isiológica ' I I I
Figura 1 F1 1. 2-Desbxi-o-ribofuranosa (forma p).
sustituye por un átomo de hidrógeno. Un ejemplo 1o
constituye la desoxirribosa (figura 15-11), presente
en los ácidos nucleicos (DNA). Entre los carbohidratos
de las glucoproteínas también se presenta el desoxi-
azucar L-fucosa (figura 15-17), y la 2-desoxiglucosa
es importante como inhibidor del metabolismo de la
glucosa.
Los aminoazúcares
(hexosaminas) son componentes
de glucoproteínas, gangliósidos
y glucosaminoglucanos
La o-glucosamina (figura l5-12),la o-galactosamina
y la D-manosamina son ejemplos de aminoaácares
identificados en 1a naturaleza. La glucosamina forma
parte del ácido hialurónico; la galactosamina (condro-
samina), de la condroitina (capítulo 57).
Varios antibióticos (p. ej.; la eritromicina) contie-
nen aminoazúcares; se considera que estos últimos se
relacionan con la actividad antibiética de estos fármacos.
LA MALTOSA, SUCROSA Y LACTOSA
SON DISACARI DOS IMPORTANTES
Los disacáridos son azúcares compuestos de dos resi-
duos de monosacárido unidos mediante un enlace glu-
cosídico (figura 15-13); su nombre químico refleja
los monosaciíridos componentes. Los disacáridos de im-
portancia fisiológica son la maltosa, la sucrosa y la lac-
tosa (cuadro 15-4). La hidrólisis de la sucrosa produce
Figura 15-12. Glucosamina (2-amino-o-glucopiranosa)
(forma rx). La galactosamina es 2-amirro-o-galactopiranosa.
En los carbohidratos más complejos, la glucosamina y la
galactosamina se presentan como derivados N-acetilo; por
ejempto. en las glucoproteínas.
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Figura 15-1 3. Estructuras cie disacáridos importantes. La a
y la
B se refieren a la configuración en el átomo de carbono
anornérico (asterisco). Cuando el carbono anomérico del
segundo residuo interviene en la formación del enlace
glucosídico, como en la sucrosa, tal residuo se convierte en
un glucósido conocido como furanosido o piranosido. Como
el disacárido ya no posee irn carbono anonrérico ccn un gru-
po aldehído c cetona potenc¡almente libre, ya no presenta
propiedades reductoras. La configuración dei residuo de la
B-fructofuranosa en la sL¡crosa deriva de !a rotación, de 180',
e inversión de la moiécula de la B-fructofuranosa
presenta-
da en Ia figura 15-4.
una mezcla cruda denoininada "azúcar invertido" ric-
bido a que Ia producción de fi-uctosa fuertemente
levorotatoria, cambia (invierte) la actividad dextro-
rotatoria previa de 1a sucrosa.
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254. Cuadro 15-4. D¡sacáridos
Azúcar Fuente lmportancia clín¡ca
Maltosa Digestión del almidón con amilasa o h¡drólis¡s de éste. Ce-
reales y malta germinados
Lactosa Leche. Puede presentarse en la orina durante el em-
barazo
En la deficienc¡a de lactasa la malabsorción da lugar a diarrea y
flatulencia
Sucrosa Caña y remolacha de azúcar. Sorgo. Piña. zanahorias En la deficiencia de sucrasa la malabsorción origina diarrea y fla-
tulenc¡a
Trehalosa* Hongos y levaduras. El azúcar más importante de la
hemolinfa de los ¡nsectos
*
eo-D-glucopiranosil-(1 -+ 1 )-(f-D-glucopiranosido
lB2 . Bioquímica de Harper (Capítulo 15)
Entre los polisacáridos se incluyen los carbohidratos
de importancia f,rsiológica siguientes.
El almidón está formado por una cadena cr-glu-
cosídica; sólo produce glucosa cuando se hidroliza, y
constituye un homopolímero denominado glucosano
o glucano; se encuentra en cereales, papas, legum-
bres y otros vegetales y conforma la fuente alimentaria
más importante de carbohidratos. Sus dos constitu-
yentes principales son la amilosa (15 a20%), con una
estructura helicoidal no ramificada (figura l5 14), y
la amilopectina (80 a 85%); ésta consiste en cadenas
ramificadas compuestas de24 a 30 residuos de gluco-
sa unidos mediante enlaces 1 + 4 en las cadenas y
enlaces 1 > 6 en los puntos de ramificación.
El glucógeno (figura l5 15) es el polisacárido
de almacenamiento del cuelpo anirnal; a menudo se le
designa como almidón animal. Es una estructura mucho
más ramiftcada que la amilopectina y posee cadenas
de 12 a 14 residuos de cr-o-glucopiranosa (en enlace
u[1 > 4]-glucosídico) con ramificaciones mediante en-
laces o,(1 » 6)-glucosídicos. La inulina es un almidón
presente en tubérculos y raíces de dalias, alcachofas y
diente de león. Se puede hidroHzar a fructosa y, por
tanto. es un fiuctosano. Este almldón, a diferencia del
almidón de papa, resulta fácilmente soluble en agua
tibia, y se ha utilizado en investigaciones fisiológicas
para detetminar la velocidad de filtración glomerular.
Las dextrinas se fotman en el curso de la degradación
hidrolítica del almidón. Las dertrinas iímite son los pri-
meros productos que se fotman cuando la hidrólisis alcan-
za ciefto grado de afectación sobre las ramificaciones.
La celulosa es el principal integrante de la estruc-
tura vegetal; es insoluble y consta de unidades B-n-giu-
copiranosa enlazadas mediante enlaces B(1 ;4) para
fbrmar largas cadenas rectas reforzadas por enla-
ces cmzados de hidrógeno. Muchos mamíferos, incluso
los humanos, no pueden digerir la celulosa debido a la
ausencia de una hidrolasa que ataca el enlace B;
por
tanto, constiluye una fuente importante de "volumen"
en la alimentación. En el intestino de los rumiantcs
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Figura 15-14. Estructura del almidón. A: Amilosa, que muestra la estructura helicoidal. B:Amilopectina para mostrar el
punto 1 + 6 de ramificación.
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255. Carbohi.dratos de importancia.fisiológica .
183
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Figura 15-15. Molécula de glucógeno. A: Estructura general. B: Crecimiento de la estructura en los puntos de ramificación.
La molécula es una esfera de alrededor de 21 nm de diámetro, la cual puede observarse en las micrografías electrónicas.
Tiene una masa molecular de 1 07 Da y consta de cadenas de polisacarido, cada una con cerca de 1 3 residuos de glucosa. Las
cadenas pueden ser ramificadas o lineales y se arreglan en 12 capas concéntricas (en la figura sólo se presentan cuatro). Las ca-
denas ramificadas (cada una posee dos ramas) se presentan en las capas interiores y las cadenas lineales en la capa
exterior. (G, glucogenina, la molécula cebadora para la síntesis del glucógeno.)
y de otros herbívoros existen microorganismos capa-
ces de atacar el enlace
B,
y hacen de la celulosa una
fuente calorígena imporlante. Este proceso también
puede presentarse en el colon humano, pero en una
extensión limitada.
La quitina es un polisacárido estructural impor-
tante en los inverlebrados. Se presental por ejemplo, en
el exoesqueleto de los crustáceos y los insectos. Estruc-
turalmente, la quitina consiste en unidades de N-acetil-
o-glucosamina unidas mediante enlaces B(1-r a)
glucosídicos (figura 15 16).
Los glucosaminoglucanos (mucopolisacáridos)
constan de cadenas de carbohidratos complejos ca-
Cuadro 15-5. Carbohidratos que se encuentran
en las glucoproteínas
racterizadas por el contenido de aminoazúcares y
ácidos urónicos. Cuando las cadenas se unen a una
molécula proteínica, a tal compuesto se 1e conoce como
proteoglucano. En su calidad de sustancia básica o
de empaque, estos compuestos se vrnculan con los ele-
mentos estruclurales de tejidos como hueso, elastirra y
colágena. La propiedad de los glucosaminoglucanos
para retener grandes cantidades de agua y para tener
r.rn efecto de masa (con 1o cual amortiguan y lubrican
otras estructuras) se debe a 1as
-srandes
cantidades de
grupos
-OH
y de cargas nesativas en las moléculas
que, mediante la acción de repulsión, conservan la se-
paración entre las cadenas de carbohidratos. Algunos
ejemplos son el ácido hialurónico, sulfato de condroi-
tina y la heparina (fi_er-rra 15 16), comentados con
detallc en el capitulo 5-.
Las glucoproteínas (mucoproteinas) se presen-
tan en los líquidos y 1os tejidos en muchas situaciones
diferentes, entre 1as que se incluyen las membranas
celulares (capítulos a3 y 56). Son proteínas que con-
tienen diversas cantidades de carbohidratos, unidas a
manera de cadenas cortas o largas (hasta de I 5 unida-
des), ramificadas o lineales. Por 1o general, tales cade-
nas se denominan cadenas oligosacáridas (aun cuando
en ocasiones exceden las l0 unldades). En el cuadro
l5 5 se listan los carbohidratos constituyentes de 1as
glucoproteínas.
N-acetilglucosamina (GlcNAc)
N-acetilgalactosamina (GalNAc)
r--fucosa (Fuc; f¡gura l5-17)
Derjvados N-acilo del ácido neuramínico;
por ejemplo. ácido n-acetilneuramínico
(NeuAc; figura 15-18), el ácido siálico
predominante
I
t
I
I
t
,
I
I
t

256. 184 . Bioquímico de Harpet
(Capínlo 1-s¡
tllucásáfi¡aa sul{atáda Á*ido ¡duni'n¡co s*lfatÉdü
Figura 15-16. Estructura de algunos polisacáridos y gluco-
saminoglucanos comPlejos
En las glucoproteínas maduras no existe la glu-
cosa e*cepó en la colágena y, a diferencia de los
H t"{l'l*04'tH:. i'1 HN'ü'Ú'ÜFr
ld-.seetil§tt¡cosámxine ff-a@til8*ut§§ám¡¡á
H6perlna
Figura 15-1 7. p-r-fucosa (6-desoxi-p-r--galactosa)'
glucosaminoglucanos y los proteoglucanos, no se pre-
sentan ácidos urónicos.
Los ácidos siálicos son derivados N-acilo u
O-acilo del ácido neuramínico (figura 15-18)' El ácido
neuramínico consiste et an azicat de nueve carbo-
nos derivado de la manosamina (un epímero de la
glucosamina) y del piruvato. Los ácidos siálicos for-
áan parte de ias gtucoproteínas y de los gan^gliósi'
dos (iapítulos 16 y 56); estos últimos también forman
parte de los glucolíPidos.
LOS CARBOHIDRATOS SE PRESENTAN
EN LAS MEMBRANAS CELULARES
Y EN LAS LIPOPROTEÍNAS
La estrrrctura lipídica de la membrana celular se des-
cribe en los capítulos 16 y 43. Sin embargo, el análisis
de los componentes de la membrana celular de los
mamíferos indica que alrededor de 5oA de éstos son
carbohidratos presentes en las glucoproteínas y en los
glucolípidos. Los carbohidratos también se presentan
én algunas lipoproteínas; por ejemplo, las lipoproteínas
de baja densidaá Q.DL).
La presencia de los carbohidra-
tos eir la superf,rcie extema de la membrana plasmática
(el glucocálix) se ha demostrado mediante lectinas
,"gétul"t, aglutininas proteínicas que se enlazan de
*ín"ru"Áp"iifr"u
"".t "i"t1ot
residuos glucosilo' Por
ejemplo, iu .orr.uouralina A posee una especifici-
dad po. los residuos cr-glucosilo y u-manosilo' La
glicoforina es una imporlante glucoproteína integran-
ie de la niembrana de los eritrocitos humanos; posee
Figura 15-18. Estructura del ácido N-acetilneuramínico, un
ácldo siálico (Ac = CH3-CO-).
t".{ HN"*ü.*F{c
4-Éulfñt§ {tre §ondrüftiña
(ldr.rtár tarylb¡en ex¡§te el §-s§llfai§i
i-{ HFJ.ffü"ülJa
Quitina
Áeidoil'gluc*"lrdr*ica
M*eeet¡l§*uco§ámina

257. Carbohidratos de importancia
fisiológica
130 residuros d9 aminoácidos y atraviesa la membra-
na lipídica para presentar porciones polipeptídicas
libres en el exterior de las superficies externa e inter-
na (citoplásmica) de dicha membrana. Las cadenas
de carbohidratos están enlazaclas sólo a la porción
amino terminal en el exterior de la superficie externa
(capítulo 43).
RESUMEN
1. Los carbohidratos son constituyentes importantes
de la alimentación animal y de los tejidos animales;
pueden caracterizarce según eI tipo y cantidad de
residr¡os de monosacárido en las moléculas.
2. La glucosa es el carbohidrato más importante en
la bioquímica de los mamíferos, debido a que casi Ia
totalidad de los carbohidratos de los alimentos se
convierte en glucosa para su metabolismo subse-
cuente.
3. Los azícares tienen gran cantidad de estereroisó-
meros debido a que poseen varios átomos de car-
bono asimétricos.
4. Los rnonosacáridos de importancia fisiológica in-
cluyen glucosa ("azicar de la sangre") y ribosa
(un constituyente importante de los nucleótidos y
de los ácidos nucleicos).
5. Los disacáridos de importancia fisicilógica inclu-
yen la maltosa (un intermedio importante en ias
digestiones del almidón y del glucógeno), sucrosa
(importante como parte de la dieta debido a que
contiene {iuctosa y glucosa), y la lactosa (el único
azúcar presente en la leche, que contiene galactosa
y glucosa).
6. El almidón y el glucógeno son polímeros de alma-
cenamiento de la glucosa en vegetales y animales,
respectivamente. Constituyen fuentes importantes
de energía en la dieta.
7. fas carbohidratos complejos contienen offos deriva-
dos de azúcar, como los aminoazúcares, ácidos uróni-
cos y ácidos siálicos. Incluyen los proteoglucanos y
ios glucosaminoglucanos, que se vinculan con elemen-
tos esfucturales de los tqidos, y las glucoproteínas,
proteínas a las que se unen cadenas de oligosaciíridos;
se presentan en muchas esffucfuras celulares, enffe las
que se cuenta la membrana celular. I
REFERENCIAS
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El-Khadem H.S: Carbohydrate Chemistry : Monos accha-
rides and Their Oligomers. Academic Press, 1988.
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Penguin Books, 1972.
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tion ofrnolecular design in the evolulion ofrnetabolisn-r:
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Rees DA: Po!y-saccharide Shupes. Wile1.. 1997.
Sharon 1\: Carbohydrates. Sci Am 1980 (Nor'):2.13:90
+J
,u

258. 16
Lípidos de importancia fisiológica
Peter A. Mayes, PhD, DSc
Los lípidos son un grupo heterogéneo de compues-
tos vinculados más por sus propiedades físicas que
por las químicas. Tienen la propiedad común de ser
1) relativamente insolubles en agua y 2) solubles
en solventes no polares, como el éter, cloroformo y
benceno. Por tanto, los lípidos incluyen las grasas,
aceites, esteroides, ceras y compuestos relacionados.
Los lípidos son constituyentes importantes de
la dieta no sólo por su gran valor energético, sino tam-
bién por el contenido de vitaminas liposolubles y
ácidos grasos esenciales en la grasa de los alimen-
tos naturales.
En el cuerpo, Ia grasa sirye como una fuente directa y
eficiente de energía potencial cuando se almacena en el
tejido adiposo; éste sirve como aislante térmico en
los tejidos subcutáneos y alrededo. de ciertos órga-
nos, y los lípidos no polares actúan como aislantes
eléctricos para permitir la propagación rápida de las
ondas de despolarización a 1o largo de los nerwios
mielinizados. El contenido de grasa en el tejido ner-
vioso es particularmente alto. Las combinaciones de
grasa y proteína (lipoproteínas) son impoftantes cons-
tituyentes celulares y se encuentran en la membrana
celular y en las mitocondrias citoplásmicas; tarnbién
siruen como medio para el transporte de lípidos en
la sangre. El conocimiento de la bioquímica de los
lipidos es imporlante para la comprensión de muchas
áreas biomédicas de interés acfual, como obesidad,
aterosclerosis y funciones de varios ácidos grasos
poliinsaturados en la nutrición y la salud.
La clasificación siguiente es una modificación de la
de Bloor:
1. Lípidos simples: Ésteres de los ácidos grasos con
diversos alcoholes.
a) Grasas: Ésteres de ácidos grasos con glicerol. Una
grasa en estado líquido se conoce como aceite.
b) Ceras: Esteres de ácidos grasos con alcoholes
monohídricos de peso molecular alto.
2. Lípidos complejos: Esteres de ácidos grasos, que
contienen grupos adicionales al alcohol y el ácido
graso.
a) Fosfolípidos: Lípidos que contienen un residuo
de ácido fosfórico adicional a los ácidos grasos
y el alcohol. Con frecuencla contienen bases ni-
trogenadas y otros sustituyentes; por ejemplo, en
los glicerofosfolípidos el alcohol es un glicerol,
y en los esfingofosfolípidos e1 alcohol es la
esfingosina.
b) Glucolípidos (glucoesfingolípidos): Lípidos
con un ácido graso, esfingosina y carbohidrato.
c) Otros lípidos complejos: Lípidos como los
sulfolípidos y los aminolípidos. En esta catego-
ría también pueden incluirse las lipoproteínas.
3. Lípidos precursores y derivados: Estos inclu-
yen ácidos grasos, glicerol, esteroides, alcoholes
adicionales ai glicerol y los esteroles, aldehídos
grasos y cuerpos cetónicos (capítulo 24), hidro-
carburos, vitaminas liposolubles y hormonas.
Los acilgliceroles (glicéridos), colesrerol y ésteres del
colesterilo se denominan lípidos neutros por no pre-
sentar ninguna carga.
187

259. 188 .
Bíoquím.ica de Harper
Los ácidos grasos se presentan sobre todo como éste-
res en las grasas y aceites naturales; también existen
en forma no esterificada como ácidos grasos libres,
una forma que se transporta en el plasma. For 1o gene-
ral, los ácidos grasos presentes en las grasas naturales
consisten en derivados de cadena lineal y contienen
un número par de átomos de carbono, ya que se sinte-
trzan a partir de unidades de dos carbonos. La cadena
puede estar saturada (no contiene enlaces dobles) o
rio saturada (contiene uno o más enlaces dobles).
I-a nomenciatura sistemática de uso más frecuente se
basa en la designación de los ácidos grasos de acuer-
do con ei hidrocarburo que posee ei misrno número
¡r disposición de átomos de carbono, sustituyenrlo la
o final en el nombre del hidrocarburo por la termina-
ción -oico (sistema ginebrino). Por tanto, los ácidos
saturados terminan en -anoico, por ejemplo ácido
octanoico, y los ácidos insaturados con eniaces do-
bles ten-ninan en -enoico. como ácido octadecanoico
(ácido oleico).
Los átomos de carbono sc lltlmeran a partir del
carbono del carboxilo (carbono No.
.l).
Al átomo de car-
bono adyacenle ai carbono del car-boxilo (No. 2) tam-
bién se le conoce como carbono a (c-carbono). Los
átomos de los carbonos No. 3 y No. 4 son los carbo-
nos B (p-carbono) y
1
(y-carbono), respectivamente;
al carbono de la terminai metilo se le conoce como el
átc¡mo de carbono omega (co-carbono) o n-carbono.
Para indicar e1 número y la posición de lc¡s enl¿r-
ces dobles se utiiizan diversas convenciones; por
ejemplo, Ae indica un enlace doble entre los átomos
de carbono 9 y 10 del ácido graso; o¡9 indicaun eniace
doble en el noveno carbono contado a partir clel áto-
mo ro-carbono. En 1a figura i6-l se muestran las
formas más comnnes para la designación del número
de átomos de cartrono, el número dc enlaces dobles y
la posición de 1os enlaces dobles. En los animales se
18:1;9 o A'g 1B:1
18 1l i 1
CH (CH )-Crl
-
CHlCH-) COOH
o
tr¡9,C'18:1 o n-9, 1B:1
n 2 3 4 5 6 7 8 9 10 18
CH3CH'CH'CH'CH'CH,CH,CH:CH
-
CH(CH,)?COOH
091
(Capítulo l6)
introducen enlaces dobles adicionales, sólo entre el
enlace doble existente (p. ej., <o9, <116 u rrl3) y el carbo-
no del carboxilo, lo cual da lugar a tres series de ácidos
grasos conocidas como las familias rtl9, trl6 y crl3, res-
pectivamente.
I-os ácidos grasos saturados pueden visualizarse to-
mando al ácido acético (CH.-COOH) como el primer
integrante de la serie, en ia cuai se adiciona progresi-
vamente-CH2 -enffe la terminal CH3-Y los grupos
-COOH.
En el cuadro 16-i se presentan los ejem-
plos. Se conoce la existencia de otros integrantes de la
serie con mayor número de carbonos, eu pafiicuiar en
las ceras. ,A parlir de fuentes vegetales y animales tam-
bién se han aislado algunos ácidos grasos de cadena
ramificada.
Nombre
común
Fórnrico*
lnterviene en el metabolismo de las
unidades "Cl" (formiato)
Principal produGto final de la fer-
mentación de carbohidratos a
cargo de los microorganismos
Propiónico
Un producto final de la fermenta-
ción de carbohidratos Por los
Valérico
En ciertas grasas en pequeñas
cantidades (especialmente la
mantequilla). Un producto final de
la fermentación de carbohidratos
por los microorganismos del
Caproico
t
Caprílico (oc-
En pequeñas cantidades en mu-
chas grasas (incluso la mante-
quilla), en particular las de origen
canoico)
Espermaceti, canela, almendra de
palma, aceites de coco, laurel,
Nuez moscada, almendra de Pal-
ma, ace¡tes de coco, mifto, man-
Común en todas las grasas anima-
Esteár¡co
AraquÍdico
Aceite de cacahuate
Behénico
Lignocér¡co
Cerebrósidos, aceite de
x
En sentido estricto no corresponde a un derivado alquílo
r
También se forma en el ciego de los herbívoros y, en menor exten-
sión, en el colon de los humanos.
Cuadro 16-1. Acidos grasos saturados
Figura 16-1 . Ácido oleico. n - I (n menos 9) equivale a or9

260. tr-os ácidos grasos pueden subdividirse como sigue:
l) Ácidos monoinsaturados (monoetenoides, mono-
enoicos), los cuales contienen un enlace doble"
2) Acidos poliinsaturados (polietenoides, polie-
noicos), con dos o más enlaces dobles.
3) Eicosanoides: Estos compuestos, derivados de
los ác idos grasos eicosa- t 20 carbonos ) polierroi-
cos, incluyen los prostanoides, leucotrienos (LT)
y lipoxinas (I-X). Los prostanoides inch"ryen
prostaglandinas (PG), prostaciclinas (FGI) y
tromboxanos (TX).
Cantidad de átomos de C
y número y posición
de los enlaces dobles
18:2;9,12
20:4;5,8,11,14
Lípidos de importancia fisiológica
. I89
Las prostaglandinas se descubrieron por pri-
méravezen el plasma seminal, pero en laacfin-
lidad se sabe que se encuenkan enprácticamente
todos los tejidos de mamíferos, donde actúan
como hormonas locales; desempeñan importan-
tes actividades fisiológicas y farrnacológicas.
In vivo, se sintetizan mediante la ciclización por
la parle media de la cadena de los ácidos grasos
poliinsaturados de 20 carbonos (eicosanoicos;
p. ej., el ácido araquidónico) para formar un ani-
11o ciclopentano (figura 162). lJta serie de
compuestos conexos, los tromt¡oxanos, descu-
biertos en las plaquetas, poseen el anillo ciclo-
pentano intemrmBido porun átomo de oxígeno
(anillo oxano; figura 16-3). Tres ácidos grasos
eicosanoicos diferentes originan tres grupos de
Presencia
MaíZ, cacahuate, semilla de algo-
dón, soja y en muchos aceites
vegetales
En grasas animales y en el aceite
de cacahuate; componente im-
portante de los foslolipidos en los
an¡males
Cuadro 15-2. Ácidos grasos insaturados de ¡mportano¡a fis¡ológ¡ca y nutricional
monoeno¡cos (un enlace doble)
'16:
l ;9 a7 Palmitole¡co cis-9-hexadecanoico En cas¡ todas las grasas
18:1 ;9 ro9 Oleico cls-9-octadecanoico Quizá el ácido graso más común
en las grasas naturales
1 8:l ;9 r¡9 Elaíd¡co f rans-9-octadecanoico Grasas hidrogenadas y de rumia
tes
,r.1.4
to9 Erúc¡co cls-1 3-docosanoico Ace¡tes de colza y de mostaza
24:1i15 og Nervónico cls-1 5{etracosanoico En los cerebrósidos
Ac¡dos dieno¡cos (dos enlaces dobles)
Ácidos trienoicos (tres enlaces dobles)
18:3;6,9,12 o¡6 yl¡nolénico todo-c/s.6,9, 1 2-octadecatrieno¡coAlguncsvegetales, porejemplo, acei-
te de prímula (o primavera), aceite
de bonaja; aceite minor¡tar¡o entre
los ác¡dos grasos an¡males
18:3;9,12, 15 ol3 olinolénico todo-cls-9, 1 2,1 5-octadecatrie-
no¡co
A menudo junto con el ácido l¡no-
lerco, pero en particularen el acei-
te de linaza
Ácidos tetraenoícos (cuatro enlaces dobles)
Ac¡dos pentaeno¡cos (cinco enlaces dobles)
2O:5i5,8,11 ,14,17 o3 T¡mnodónico todo-cls-s,8,1 1 ,1 4,1 7-eicosopen-
taenoico
Componente importante de los
aceites de pescado, por ejemplo,
aceites de hígado de bacalao,
macarela, sábalo, salmón
22:5;7,10,13,16,19 o3 Clupanodón¡co todo-cls-7,'l 0,1 3,1 6, 1 9-docoso-
pentaenoico
Aceites de pescado, fosfolípidos en
el encéfalo
hexaenoicos (seis enlaces dobles
22.6,4,7 ,10,13,16,1I
todo-cls-s,8, 1 1, 1 4-eicosote-
traenoico
to3 Cervón¡co todo-cls-4,7,1 0,1 3.1 6,1 9-docoso-
hexaenoico
Ace¡tes de pescado, losfolípidos er
el encéfalo

261. Foslalidilglicerol
192 . tsíoquímica de Hat"Per
o
I ll
H2C-O-c-Rl
ol
lll
R2-c-oLz[/a
I
10
ll
H:c-o-c-R3
Figura 1 6-8. Triacil-sn-glicerol'
(Capítulo 16)
o
il
o
lcHr-o- c-H,
ll"l
R'-c-o.::,_"-*rffi
ury'*,
Figura I 6-1 1. 3-fosfatidiliolina'
La fosfatidiletanolamina (cefalina) difiere de la
fosfatidilcolina sólo en que la colina de ésta se sustitu-
ye por la etanolamina (figura 16-12).
La fosfatidilserina contiene el aminoácido serina
en lugar de la colina, y se presenta en la mayor.parle
de loltejidos (figura l6-13). También se han aislado
fosfolípidos con treonina.
o
'cH,
*--3-o
jJ*
'l
ucH,
o
1t
-*c-c*R,
o
l
-o*P
*O*
I
r'\-
Figura 16-9. Ácido fosfatídico.
Las iosfatidilcolinas son fosfoacilgliceroles con coli-
na (figura i 6-1 1). Son tros fosic'iípidos más abundan-
tes en la membrana ceh-rlal y constituyen Llna gran pro-
porción de ia reserl'a corporal de colina l-a colina es
iniportante en ia transmisión nerviosa, como acetil-
colina. 1,como
un almacén de grupos metilo lábiles l'a
Oipalrnitoit iecitina es Lln agente activo de superficie
.1ku, y.,n constituyente piincipal del surfactante que
evita 1á adherencia, a consecuencia de la tensión su-
perf,icial, entre las superficies internas de los pulmones'
i-a ausencia de esta sustancia en 1os puhnones de los
lactantes prematuros produce en éstos e1 síndrome de
distrés re.spiratorio. Debe hacerse notar que la mayor
pal'te de 1os fosfolípidos posee un radical-acilo satura-
do en 1a posición sn- I , pero con un raclical no saturado
en ie i¡osición s¡l-2 del glicerol.
El inositol se presenta en el fosfatidilinositol como
el estereoisómero, mioinositol (figura 16-1 4L' E1 4'5-di-
fosfato cle fosf"atidilinositol es un ccnstituyente im-
portante de lcs ibsf-oiípidos de 1a tnembrana celular;
,o*o ,.rp,r"rta al estímulo de un agonista hormonal
adecuado se escinde en diacilglieerol y trifosfato de
inositol, y ambos actílan como señales internas o se-
gundos mensajeros (caPífi:lo 44)"
Existen losfoacilgliceroles con un solo radical acilo,
como 1a lisofosfatidilcolina (lisolecitina), impoftan-
te en c1 metabolismo y la interconversión de los
tbsfolípidos (figura 1 6-1 5).
OO-
ill
o cH2-o*ó*R, 9Hr-o-l--o--cH,
Ü
llll'iilil
R--c-o-c-H o H-c-oH c) 0 H-c-o-c-R]
"2
r ll I il I
cH, -o -P
-o-cHz
R4--C -o--cH,
I
o*
Ditosfat¡dilglieerol (cardiolipina)
Figura'l 6-1 0. Cardiolipina (difosfatidilglicerol)'

262. Flgura 1 6-14. 3-fosfatidilinositol
Estos compuestos constituyen hasta I0% de jos
fos-
folípiclos del encéfa1o y el múscr_rlo. DesCe el punto cle
vista estructurai, ios plasmalógenos semeian ia fosfa-
tidiletanolamina, pero poseen un enlace éter en el
carbono ,in - i en iugar del enlace éster norrrlal presen-
te en ios acilgliceroles. For 1o regular, el radical alquilo
es un alcohoi no saturado (figura i6 I 6). En aigunos
casos ia etanolamina puede sristituir a ia colina. la
serina o el inositol.
,CH,
* o-:Jn
I
o
¡t
*o*c-R1
scHr-o*
o
ll *
F--O-CH2*CH2NH3
J-'---*-----
Etanoiamina
Figura 16-12. 3{osfatidileianolamina
O
ti
Q
,cHr*o*c *Rl
ll"r
R2--C-ü--c|l 0 NH3+
rilt
3cH,
-- o * p
-
0 *
cH2 * cH* coo-
I r-* .-__ __,_ L
o*v
Serina
1 6-1 3. 3-fosfatidilserina.
O
il
*o-c*.R1
OH OH
otl
rl i4,
--T\
_o_p_ _O/H
H\H
"
u#-,
OHH
;!lioinositol
'cH,
ffi
jlir
I
ucH,
o
ll
-o-c-R
il
CH"
o P o-cHr*CHz*N-CH3
\
() cHs
l-__,__*,\_ _,__,)
Colina
Lípidos de importanciafisiológica .
193
f
ll
"
I
R2-C-O--:CH O
lfi
--
I
o_
l_-__-__-rr____J.
Etanokmlna
Figura 16-16. Plasmalógeno (fosfatidiletanolamina).
Las esfingornielinas se presentan en grandes cantida-
des en el encéfalo y en el tejido nen¡ioso. A.1 hiclroiizar-
se. las esfingomielinas producen un ácido graso, ácido
fosfórico, colina y un alcohol aminado complejo: la
esfingosina (figura I 6 17). No poseen gliceroi. La com-
binación de la esfingosina con un ácido graso se cono-
ce como ceramida, una estructura también prcsente
en los glucoesfingolípidos (véase después).
Los glucolípidos están ampliamente distribuidos en
todos los tejidos corporales, en pafiicular en e1 tejicio
nervioso como el encéflalo. Se presentan sobre todo en
ia hc¡a externa de ia membrana plasrlática, en 1a cual
contribuyen a los carbohidratos de la superficie de
la céiula.
Los glucolípidos principales erisrentes en 1os te-
jidos de animales son ios giucoesfingolíprdos. que cor.t-
tienen ceramida y uno o más azircaies. Los dos más
sencillos son ia galactosilceramida
f.ia glucosilce-
ramida. La primera es un g1r:coesirngolípido impor-
o
I
Rr*C
Figura
o
,cH,
n,*[-o-'JH-
,á*,
Cerámida
/..:---..:--:-
EsñngodrE
uñ3- {ur-rrrz -
uH =cH -
cH - j:-
-,
t
?*,
Ácido graao
{o
AcEo rosf'ór{co I I
tO=P-O-
-
\_____\,--*__J
Collna
Figura I 6-f 7. Esfingomielina.
Figura 16-15. Lisofosfatidilcolina (lisotecitina).

263. 194 . Bioquímica de HarPer
(Capítulo l6)
Esfingosina
CH3- (CH2
)12
OH
I
-CH:
CH-CH-CH
o- cH2
Figura 16-1g. Estructuras de la galactosilceram¡da (galactocerebrósido, R = H), y de la sulfogalactosilceramida (un sulfátido'
R = Sol-).
o
Hll
-
N-C -
CH(OH) -
(CH2)21
-
cH3
+
Acido graso
(p. ej., ácido cerebrónico)
""".""r{
tante del cerebro y de otros tejidos nerviosos, pero en
los demás tejidos se presenta en cantidades relativa-
mente bajas; contiene una cantidad de ácidos grasos
C2a característicos, como el ácido cerebrónico. La ga-
lactosilceramida (figura 16-18) puede convertirse en
sulfogalactosilceramida (e1 sulfátido clásico), que se
presenta en grandes cantidades en la mielina. En los
tejidos extraneurales el glucoesfingolípido simple pre-
dóminante es la glucosilceralnida, pero ésta también
existe en pequeñas cantidades en el encéfalo. Los gan-
gliósidos son glucoesfingolípidos complej os derivados
áe la glucosilceramida, los cuales contienen, además,
una o más moléculas de ácido siálico. E1 ácido
neuralxínico (NeuAc; capítulo 15) constituye el prin-
cipal ácido siálico presente en los tejidos hurnanos'
Lós gangliósidos también se encuentran en grandes
cantidades en los tejidos nerviosos; al parecer, cum-
plen funciones receptoras y de otro tipo. El gangiiósido
más sencillo presente en los tejidos es el G¡¡3, el cual
contiene ceramida, una molécula de glucosa, una de
galactosa y una de NeuAc. En la nomenclatura abre-
viada utilizada, G representa el gangliósido, M una
especie con monosialo y el subíndice 3 con'csponde a
un número asignado con base en la migración croma-
tográfica. En la figura 16-19 se [Iuestra la estructura
de Lrn gangiiósido más complejo derivado de1 Gna¡ y
denominado G¡11. Este compuesto es de considerable
interés biológico, pues al parecer constituye el recep-
tor de la toxina colérica en el intestino humano. Otros
gangliósidos pueden contener entre I y 5 moléculas
áe ail¿o siálico y dar origen a disialogangliósidos,
trisialogangliósidos, etc.
LOS ESTEROIDES DESEMPEÑAN
MULTIPLES FUNCIONES
DE IMPORTANCIA FISIOLÓGICA
El colesterol es, probablemente, el esteroide mejor co-
nocido debido a su vínculo con la arterioesclerosis'
Sin embargo, también tiene importancia desde el pun-
to de vista bioquímico, ya que es el precursor de una
gran cantidaú de estetoides igualmerrlq importantes,
éntre los cuales se incluyen ácidos biliares, hotmonas
corticosuprarrenales, hormonas sexuales, vitaminas D,
glucósidós cardiacos, sitoesteroles del reino vegetal y
algunos alcaloides.
Todos los esteroides poseen un núcleo cíclico se-
mejante al del fenantreno (anillos A, B y C), al cual
se énlaza un anillo (D) ciclopentano. En la figura
16-20 se muestra la forma de numerar las posicio-
nes de 1os carbonos en el núcleo esteroide. Es impor-
tante conocer que en las fórmulas estructurales de los
esteroides, salvo que se indique otra cosa, un anillo
Ceramida
-
Glucosa
-Galactosa-
N-Acetilgalactosamina
-
Galactosa
(Acil-
I
,efinnn- |
NeuAc
Cer- Glc- Gal
-
GalNAc- Gal
I
I
NeuAc
Figura 16-1g. Gangliósido Gs1, un monosiaiogangliósido, el receptor para ia toxina colérica en el intestino humano'

264. Lípidos de importancio /i.tiológica .
195
r¡grr"'1 6-zoi Núcreo esteroide.
hexagonal unilineal denota un anillo de seis carbonos
saturado por completo con todas las valencias satisfe-
chas por puentes de hidrógeno; es decir, no corres-
ponde a un anillo bencénico. Todos los enlaces dobles
se muestran como tales. Las cadenas laterales metilo se
presentan como enlaces únicos no enlazados al extre-
mo más distante (metilo). Por lo general, las cadenas
laterales se ubican en las posiciones l0 y l3 (consti-
tuidas por los átomos de los carbonos Cre y C,r); es
frecuente una cadena lateral en la posición 17 (como en
el colesterol). Si el compuesto posee uno o más gru-
pos hidroxilo y carece de grupos carbonilo o carboxilo,
es un esterol y su denominación termina en -o1.
La asimetría de la molécula del
esteroide posibilita muchos
estereoisómeros
Cada anillo de seis carbonos del núcleo esteroide tiene
la capacidad de existir en conformación tridimensional
de "silla" o de "canoa" (figura 16_21).
En los esteroides presentes en la nafuraleza,prác-
ticamente todos los anillos están en la variante de
.,silla,,
correspondiente a la conformación más estable. Los
anillos pueden ser c¿s o trans uno respecto del otro
(figura 16 22).
En los esteroides naturales, la unión entre los ani-
llos A y B puede ser c¿s o trans.Launión de B y C es
trzns, y la unión CID también es trans excepto en los
Forma de
obarca'
Figura 16-21. Conformaciones de los estereoisómeros del
núcleo esteroide.
gangliósidos cardiacos y en los venenos de sapo. Los
enlaces de los grupos de sustitución por encima del
plano de los anillos se muestran con líneas continuas
gruesas (0), en tanto que los enlaces por debajo de
dicho plano se indican con líneas intemrmpidas (cx).
El anillo A de un esteroide 5u siempre es trans, res-
pecto del anillo B, y es cls en un esteroide 5B. Los
grupos metilo enlazados a los carbonos C16 y C13 se
presentan de manera invariable en la configuración
B.
El colesterol es un constituyente
importante de muchos tejidos
El colesterol (figura 16-23) está ampliamente distri-
buido en todas las células del cuerpo, pero enparticular
en el sistema nervioso. Es un constituyente impofian-
te de la membrana plasmática y de 1as lipoproteínas
plasmáticas. Con frecuencia se presenta como éster
del colesterilo, en el cual el grupo hidroxilo de la po-
sición 3 se esterifica con un ácido graso de cadena
larga. El colesterol se presenta en las grasas animales,
pero no en las grasas vegetales.
o
1
-" 1,,'I I10
IA I,B
3v+\
H
Forma de "silla"
l I H
,"D
Á
14
r0H
,B
H
Figura 16-22' Generalización del.núcleo esteroide para mostrar (A) una configuración todo-frans entre los an¡llos adyacentes
y (B) una configuración crb entre los anillos A y B.

265. (Capítulo 161
196 ' Bioquímica de HarPer
6
Figura 16-23. Colesterol, 3-hidroxi-5,6-colesteno'
El ergosterol es un Precursor
de la vitamina D,
El ergosterol se presenta en los vegetales y-las leva-
dura{ y es importante como un precursorde la vita-
*i"u'ó (figura 16-24).IJnavez irradiado con luz
ultravioleialadquiere
propiedades antirraquíticas con-
secuentes con la abertt¡ridel anillo B (figura 53-6)'
El coprosterol se presenta en las heces
El coprosterol (coprostanol) se presenta.en las heces
*mo .esulta¿o ¿á ta reducción de1 doble enlace del
"ái"lt".of
entre C5 y C6 a cargo de las bacterias en el
intestino.
Los poliPrenoides Y el colesterol
comirarien el mismo compuesto
precursor
Si bien los poliprenoides no son esteroides, se vinculan
"r,
é.r", ¿leUiáo a su síntesis, igual a la del colesterol
it,n*u 28-2\, apartir de unidades isopreno de iinco
;;b;;"t tfigurá
16-25\. Entre los poliprenoides se
mf"v"" 1a iuicuinona (capírulo lf), un
injeerante
á" ií
"ua""u
respiratoria en las mitocondrias' y el
á"ri"ri fng"ra
t?_2e» un alcohol de.cadena larga
q"" puttiñu en la síntesis glucoproteínica a-l trans-
feriiresiduos de carbohidrato a los residuos de aspa-
;;;i;"á"i p"lipéptido (capítulo 5 6)' Los ponlenoldls
de?vados'de vegetales incluyen hule' alcantbr y vt-
taminas liposolubles A, D, E y K y el p-caroteno
(provitamina A).
CH.
I
-C:C-CH:CH-
Figura 16-25. Unidad isoPreno'
LA PEROXIDACIÓN LIPIDICA
ES UNA FUENTE DE RADICALES
LIBRES
La oeroxidación
(autooxidación) de los lípidos ex-
;""á; al oxígeno es la responsable del deterioro de
ios aiimentos iranciedad)
y del daño a los tejidos tn
;;;:; ;"éstos puede producir cáncet, enfermedades
inflamatorias, arterioesclerosis, envejecimiento' etc'
iái
"t""tot
deletéreos se consideran debidos a los ra-
li"¿"t fiU*t (ROO', RO', OH') producidos durante la
formación de peróxido a partir de los ácidos grasos con
enlaces doblei interrumpidos por metileno; es.decir'
HO
los enlaces presentes en los ácidos
n'én cadena, la cu"
piáp"i"iÁ"^ rn suministro cg.ntin1o ae
1{i:"P:1'-5
iár ou. ini.iun la peroxidación subsecuente' El proce-
so an tu conjunto puede representarse como stgue:
1) Inicio:
ROOH + metafn)* t ROO'+ metal(n-1)+
+ H+
X+RH+R''+XH
2) ProPagación:
R +OztROO'
ROO'+ RH
'
ROOH + R" etc
3) Terminación:
ROO'+ ROO'' ROOR + Oz
ROO'+ R
'
ROOR
R'+ R'+ RR
Debido a que el precursor molecular para el tl:l;
;.;;;
süele ret el producto hidroperóxidc F'
í" p..ári¿".ión lipídica es una reacción en c¿¿-:
'
eféctos potencialmente devastadores' Para c ¡ : :
¿j*ái"ji.l" peroxidación, los humanos y la naurd
recurren a 1a utilización de antioxidantes L':
' '
dantes galuto de propilo-, hi¿tg1tu:itolb,uli:
-
I i i t
"tí
a ny a, ory aii s o I e) y el hrdroxitolueoo txrl
(BHT,buiilatedhydroxytoluene)seutilizanccm.
Figura 16-24' Ergosterol'
Figura 1O-26' Dolicol; un alcohd C-'

266. R.
Lípidos de importanciafsiológica . 197
Antes de la aplicación de estas técnicas a los tejidos
frescos, los lípidos se extraían mediante un sistema de
solventes basado por lo general en una mezcla de clo-
roformo y metanol (2:1).
Dado que los lípidos contienen predominantemente
grupos no polares (de hidrocarburos), por 1o general
son insolubles en agua. Sin embargo, los ácidos gmsos,
Ésteres del
colester¡lo
Tr¡acilgliceroles
Ácidos grasm lÍbres
Colesterol
1 ,3-diacilgliceroles
1 ,2-diacilglicerotes
Monoacilgliceroles
Fosfolípidos
Origen
Figura 16-28. Separación de las clases principales de lípidos
mediante cromatografía en capa fina. Un sistema de solven-
tes adecuado para lo anterior sería el de hexano-éter
dietílico-ácido fórmico (80:2O:2 v lvlv).
HH
¡ralondialdehído Endoperóx¡do Hidropréxido
ROOH
Figura 16-27. Peroxidación lipídica. La reacción se inicia por un radical libre existente (X'), por la luz o por iones metálicos.
El malondialdehído se forma sólo a partir de los ácidos grasos con tres o más enlaces dobles, y se utiliza como una medida
de la peroxidación lipídica junto con el etano proveniente de los dos carbonos terminales de los ácidos grasos ot3 y el pentano
proveniente de los cinco carbonos terminales de los ácidos grasos <o6.
tivos alimentarios. Los antioxidantes nÉttuales inclu-
yen a Ia v-itamina E (tSsd{ol), quees liposofuble, y
el urato íTá vnáñiná C, hidrilolubles. Ei $-caroteno
es un antioxidante a baja PO2. Los antioxidantes son
de dos clases: 1) los antioxidantes prqventivos, que dis-
minuyen la velocidad de inicio de la óadena; y 2) los
antioxidantes intemrptores de la cadena, que interfie-
ren con la propagación de ésta. Los antioxidantes pre-
ventivos incluyen a la catalasa y otras peroxidasas, las
cuales reaccionan con ROOH, y los quelantes de los
iones metálicos, como el DTPA (dietilentriamino-
pentacetato; dibthylenetriaminep entaacetate) y el
EDTA (etilendiaminotetracetato; ethylenediaminete-
traacetate). Los antioxidantes intemrptores de la cade-
na con frecuencia corresponden a fenoles o aminas aro-
máticas. Los principales de estos antioxidantes in vivo
son la superóxido dismutasa, que actua en fase acuosa
para atrapff los radicales fibres superóxido (Oi); pro-
bablemente el urato; y a la ütamina E, que actua en la
fase lipídica p ara atrapat radicales ROO' (frgura 53-9).
La peroxidación in vivo también se cataliza por
los compuestos hem y las lipooxigenasas presentes
en las plaquetas y los leucocitos, etc.
En la actualidad, los procedimientos cromatográficos
parala separación e identificación de los lípidos han
sustituido en gran medida a los métodos antiguos, ba-
sados en los procedimientos químicos clásicos de cris-
talización, destilación y exiracción con solvente. Para
la separación de varias clases de lípidos es de particu-
lar utilidad la cromatografía en capa fina (CCF;
figura 16-28), y la cromatografía gas-líquido (CGL)
parala separación de los ácidos grasos individuales.
oo
T}{
HH
Frente del
solvente
ü§
'ñd
ótr
oo
H O" H O-O.
¡-, nA' r:', : --Y
-/ v v \------*.* t-:v v--\
-///
L."
/aoon
Í rt
ñ/-\¡**'
X. XH
rD
(D
rD
r-
-{D
{-

267. l9B . Bioquímica de HarPer
(Copítulo l6)
fosfolípidos, esfingolípic1os, sales biliares y, en menor
grado, é1 colesterol, contienen grupos polares' Por tanto'
iarte
de la mo1écula es hidrófoba (insoluble en agua)
y parte e s hidrófila (soluble en agua)' Tale's. moléculas
se'descnben como anfipáticas (hgura l6-29)' En las in-
terlases aceite:agua se orientan con el grupo polar en
la t-ase acuosa, y e1 grupo no polar en la fase
.oleosa'
Una capa doble de tales lípidos anfipáticos se ha con-
sideta«lo como una estructura básica en las membranas
biológicas (capitulo 43). En presencia de una concen-
tración crítica estos lipidos forman micelas en un lne-
dio acuoso. Para facilitar la absorción de 1os iípidos
en ei intestino son importantes e1 agregado de 1as sales
biliares en micelas y iipo.orrut, y la fbrmación de mi-
celas mixtas con lós productos de la digestión de las
grasas. Los liposomas pueden fonnarse sometiendo a
iltrasonrclo a un lípit1o anlipático en un medio acuo-
so; sotl esferas de bicapas lipidicas, entre las cuales
queda .nc"trado parte del medio acuoso' Estos
liposomas tienen posibles usos en la clínica, en par-
ticuiar. combinados con anticuerpos específicos de
tejido, como acarreadores en la circulación de fárma-
cás dirigirios hacia órganos específicos,- por ejemplo'
en la terápéutica de1 cáncer. Además, se ha iniciado su
utilización para la transferencia génica en ias células
vasculares, y como acarreadores en el caso de admi-
nistración tópica y transdérmica de fánnacos y cos-
méticos. Las-emuisiones contienen particulas mucho
más grandes formadas, en general, por.lípidos no po-
lares-en un medio acuoso; se estabilizan mediante
emulsit-rcantes como ios lípidos anfipáticos (p' ej'' la
lecitina), que forman una capa supedicial para sepa-
,a. la
-ura
principal del material no polar de la fase
acuosa (figura 16-29).
R§§IJMHh.É
1. Los lípidos tienen en coniún la propiedad de ser
relativámente insolubles en agua (hidrófobos)' pero
solubles en solventes no polares' Sin embargo' 1os
lípidos anfipáticos contienen, además, uno o más
LíPDO ANRPAflCO
A
Fase acuosa
EICAPA LIPíDICA
B
Fase no
polar
Ese
SIF§A
uFosotüA
(uNlLAii{:NAR)
E
membranas liPídicas,
Figura 16-29. Formación de
ejemplo, fosfoi íPidos.
@l
GruPos Polares
o
___-*-----rey f hidrófilos
+.-
Grupos no Polares
o hidrófobos
Fase acuosa
EMULSIÓN DE ACEITE EN AGUA
o
Compartimientos
Bicapas
acuosos lipídica§
LIPOSOMA
(MULTILAMINA.R)
F
micelas, emulsiones y liposomas a partir de los lípidos anfipáticos' por
Fase acuosa
Fase acuosa
MICELA
c

268. Lípidos de imporranciafisiotógica . l9l
g_rupos polares lo q1e los hace parliculamente
ade-cuados como consrituyentes
de ias ;;;;;r", .,
. fas
illelfases típido agua.
z. Los lípitios de lnav
r o, á.;áoü,;;; ;fl J,ll:lil::,il
iJ ;iJ:il:l
.
colestcrol y otros esteroides.
¡. Los acrdos grasos
de cadena larga pueden
estar sa_turados,
monoins aturldgs o o-Jilrriir.i¿", o.acuerdo con la cantirja¿ a. .r1"..", á"ü"r.L ,r,dez disminuye con.la lo"gi;;;;;;':";;r",
,
, ,rll,.ntu
con.el grado de insaruración.
-..'-
r. LUs ercosanotdes
se fr
porii,.uiu.u"aüd";üT;i:i::'Ti."?,:1f,',-#.;;
grupo importante
cle
m a i o r ó g i I a m ; ;,; ; ;, :,X'.::'::;r::'
: i",i f i i" l*l
glandinas,
tromboxan
5. Los ésteres del et¡ce,.,-:s^^leu.colrienos
y Iipoxinas.
g ::ü
ffi ;,: I [;:"1":";;l
il X IT ; I I i,li".J,i;,:,.:
representados
por el triaci lgL.*"1
iig.",
jli',iroo._
l11r:.._"."
constituyente
principal
de las I ipoproreí_
nas y como variante para et u¡r,ac.,ru,irláí,á"i.
ro.
línid,9r.e¡
el tejido adiposo. Los fosfoacilslicerol¡)
son. lipidos anfipáricos,,r,irA..,,";:;:1,.,
..
ll"^Tll:r,
por ej emp t o. ó"r" *r r ii, rl,.n',l,
o *,,.membranas y de la caoa exremq ¡^l^"li^^_.."
como tensoac,iuo .,
?lÍ
j-I't.l-a de la s li poproteín
a s'
9 :
i"; ;;ñ;:;:liü:xjT;i:,1;.j1,flT:Hl:
:
.
rmportantes
del tejioo nerl,/roso.
"
|,?:.*:?||,',fl'J:l|11
s on co n s tituyente s i m p..r,.
h
"j
;;^, ; ;;; ;. r ; il #il;il Ll; i:l iT [,:; i, i., -tribuycn
a los carbohidralos
cle la superficie..,l,,.
7. El colesrerol.
en cuanro lípioo anfioái:;'".. :",
ponente imporlante d. til#ti*;r:'¿:;1:;l
.la-molécula progenitora
a partir de la cual se sl¡:e_tlzan todos los demás
i,. r;y.; ; I ;; ffin
ñl:;J,i.,1..,1 ..j ;:X"; * :
cosuprarenales
v las sexuales, l"r'riiá_r*,
O
.,
Ios ácidos biriares.
IoJ vrtdrl¡tnas
8. La.peroxidación
de los lipidos cou ácidos sras,¡rpol i i n sar u rados
sen era .r.í ;
"";;"
";^
-:^'':_r.
s,
d a ñ a r r o s r ej i d os-y ;;"ili1,H ;:'.,|l[.,'r.
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clraimpaci ¡rg i, l,pia].;;;r . - .
J Lipid Rts t9S4:25:14S0.

269. 17
d e r m e t, b S3ffii-fli"?ñ1?''X'¡, ;
PeterA. Mayes, PhD, DSc
compuestos que constituyen la estructura y la maqui_
naria corporales. La síntesis proteínica es una de estas
vías. La energía libre requerida para estos procesos
proviene de procesos catabólicos. 2) Las vías cata-
bólicas involucran 1os procesos oxidativos liberadores
de energía, por lo general en forma de ibsfato de alta
energía o de equivalentes reductores; por ejemplo. la
cadena respiratoria y la fosforilación oxidativa.
-3)
Las
vías anfibólicas tienen más de una función y se prc_
sentan en ias "encrucijadas" del mctabolismt, en ias
cuales actúan como enlace entre las vías anabólica r.
catabólica; por ejernplo, ei ciclo del ácido cítrico.
§/
r§x
A\
,* ,^rlt)
\"\
,.K-/
\
Figura l7-1 ' Las tres cateEorías principales de las vías metabólicas. Las vías catabólicas liberan energía libre en forma de
equ.ivalentes reductores (2H) o de fosfato de alta energía t-@lpriá a*
";;ói;
a tas vías anabólicas. Las vias anfibólicas
actúan como enlaces entre las otras dos categorías de vías.
.,-,,
Fl destino de los componentes dietéticos después de
la digestión y la absorción, constituye el metabolismo
intermediario. Por tanto, éste incluye un amplio cam_
po de estudio que no sólo pretende describir las vías
metabólicas seguidas por ias moiéculas individuales,
sino también intenta comprender sus interreiacio_
nes y los mecanismos reguladores del flujo de meta_
bolitos a lo largo de las vías. Las vías meiabólicas sc
clasilrcan en trcs categorías (figura 11 l): 1) 1as vías
anabólicas, son las involucradas en la síntesis de los
Moléculas Digest¡ón
Moléculas
Absorción
c¡erairmento
-.........-.-mássencillas.-Vías
anfibélicas
Proleínas.
carboh¡dratos.
líp¡dos,
ácidos nucieicos.
etcétera
---> üros
pfo€€sos
ende€ó*icos
02
COr+ H2O
201

270. 202 . Bioquímica de Harper
IIPORT¡
Para comprender el rnetabolismo anomal subyacente
en muchas enfemedades se requiere el conocimiento
del rnetabolismo en el anirnal notmal. E1 metabolismo
normal incluye las variaciones y la adaptación en el
propio n-retaboiismo debidas a los periodos de ay'uno,
ejecicio, embarazo y lactancia. El metabolismo anor-
mai resulta, por ejemplo, de la insuficiencia nutri-
cional, insufrciencia enzimática o secreción anormal
de hormonas, con lrecuencia debida a una enferme-
dad genética. Un ejemplo irnportante de una enfer-
medad re sultante del metabolismo anotmal ("una en-
f-ennedad rnetabólica") es ia diabetes mellitus'
La naturaleza de la dieta establece los patrones bási
cos del metabolismo en los tejidos. Los mamíferos,
como los hutnanos, necesitan procesar los productos
absorbidos resultantes de la digestión de los carbohi-
dratos, lípidos y proteínas de la alimentación' Estos
productos son principalmente la glucosa, ácidos grasos
y gliceroi, y aminoácidos, respectivamente. En los ru-
miantes (v en menor grado en otros herbívoros) la celu-
losa cle Ia dieta se digiere a ácidos grasos inferiores (acé-
tico, propiónico, butírico) mediante microorganismos
simbióticos, y en estos animales el metabolismo tisular
se adapta para utilizar ácidos grasos inferiores como
los sustratos principales. Todos los productos de la
digestión se procesan en su respectiva vía metabólica
hasta un producto común, la acetil-CoA, que poste-
riormente se oxida poi"completo a través del ciclo del
ácido cítrico (figura 17-2).
En todas las células de los mamiferos, la glucosa se
metaboliza a pii-ur,ato y lactato por ia vía de la glu-
cólisis. La glucosa cs un sustrato único, ya que la glucó-
lisis puede procedcr en ausencia de oxígeno (anae-
robra) y en este caso el producto final es el lactato. Sin
embargo, los te-iidos capaces de r.rtilizar el oxígeno
(aerobios) pueden i¡etabolizar el piruvato a acetil-
CoA, la cual ingrcsa al ciclo del ácido cítrico para su
oxidación ccmplcta hasta CO2 Y HrO, con libera-
ción de mucha energÍa libre como AIP en el proceso
de la fostbrilación oxidativa (figura l8-2). Por tanto,
la glucosa coitstituye un combustibie importante para
muchos tejidos. Sin embargo la glucosa (y ciertos
Figura 17-2. Esquema de las vías para el catabolismo de
caibohidratos, grasas y proteínas dietéticas. Todas las vías
llevan a la producción de acetil-CoA, la cual se oxida en el
ciclo del ácido cíirico y al final produce ATP en el proceso de
la fosforilación oxidativa.
metabolitos de ésta) también participa en otros proce-
sos; por ejemplo: 1) la conversión al polímero de
almacenamiento (el glucógeno), particularmente en el
músculo esquelético y en el hígqdo. 2) La vía de los
fosfatos de pentosa, que se iniciá con los intermedia-
rios de la glucólisis. Esta vía constituye una fuente
de equivalentes reductores (2H) para la biosíntesis
-p.
ej., de ácidos grasos- y también de la ribosa,
importante para la síntesis de nucleótidos y ácidos
nucleicos. 3) El fosfato de triosa da origen a la por'
ción glicerol de los acilgliceroles (grasas). 4) El
piruvato y los intermediarios del ciclo del ácido cí
trico proporcionan los esqueletos de carbono para la
síntesis de los aminoácidos, y la acetil-CoA consti-
tuye el bloque estructural para los ácidos grasos de
cadena larga y el colesterol, precursor de todos los
esteroides sintetizados en el cuerpo. La gluconeogé'
nesis es el proceso por el cual se produce glucosa a
partir de precursores no carbohidratos; por ejemplo,
del lactato, de los aminoácidos ydel glicerol.
La fuente de los ácidos grasos de
constituida por los lípidos de la
(Capítulo 17)
cadena larga está
dieta y 1a sintesis
zCO2

271. Aspectos generales del ntetabolismo intermediario .
203
Dieta
I
Glucosa
Glucógeno
f
O,r"U,** ]
L
-/
I
I
P¡ruvato
----+
Lac{alo
F$\{\oai'\dog
Acilgliceroles
(grasa)
las vías principales y los productos
3) En el hígado forma los cuerpos ceténicos (ace-
tona, acetoacetato y 3-hidroxibutirato), com-
bustibles tisulares hidrosolubles alternos, 1os
cuales, en ciertas condiciones (p. ej., aluno), se
convieften en fijentes impofantes de energía.
an narfa r{al' ma*a}raliama
Proteína
Acetil-coA
-----r,-
Acidos grasos
t\
I\
t Cotesterol
Los aminoácidos se requieren para la síntesis proteí-
r.rica. Algunos deben suministrarse específicaménte en
ia dieta (los aminoácidos esenciales). porque los tejidos
son incapaccs de sintetizarlos. El resto, o aminoácidos
no esenciales, si bien se suministran en 1a dieta" tam-
l'.-.-.----------.*
".
I
""',
\4?,%dos
Figura'17-3. Aspectos generales del metabolismo de los carbohidratos para mostrar
finales. No se presenta la gluconeogénesis.
de novo a partir dc la acetil-CoA proveniente de los
carbohidratos. En los tejidos es posible oxidar los áci_
dos grasos a acetil-CoA (oxidación
B) o csterificarlos
a acilgliceroles y éstos, como triacilglicerol (grasa),
constituyen la principal reiierva calórica del cuerpo.
La acetil-CoA formada mediante la oxidación
B
tiéne
varios destinos impoflantes.
1) Al iguai que la acetil-CoA derivada de los carbo-
hidratos, se oxida por completo a CO2 + H.O
en la via del ciclo del ácido cítrico. En la oxida-
ción B y el ciclo dei ácido cítrico, los ácidos
grasos producen energía considerable y, por tan_
to, son cornbustibles tisulares muy etjcaces.
2) Constituye una fuente de átomos de carbono para
el colesterol y otros esteroides.
2:CA2

272. 204 " Bioquímica de llarPer
(Capítulo 17)
Esteroideg
Triacilolicerol
1srása)
\.
\;
t:
/.,§
*/
.g
o
(¡)
E
t5
o
q
IU
Áoidos grasos
Colesterol
Carbohidratos
Acot¡l-CoA
Calesterologénesis
Aminoácidos
17-4. Aspectos generales del metabolismo de los ácidos grasos para mostrar las vías principales y los productos
Llr .r"iáor cetónicos incluyen las sustancias acetoacetato, 3-hidroxibutirato y acetona'
Aminoác¡do§
TRAN§AMINACI
Carbohidratos
(gtucosa)
Figura
.!7-b.
Aspectos generales dei metabolismo de los aminoácidos para mostrar las vías principales y los productos
finales.
,o
\-.
l:
ls
Figura
finales
si
ol
o\
c\
)
Cetogénesis
2CO2
oesmrtNEclóN
Zco2

273. bién se pueden formar por transaminación, a partir
de intermediarios, con utilización del nitrógeno del
grupo amino proveniente de otros aminoácidos exce-
dentes. Después de la desaminación el nitrógeno
amínico excedente se elimina como urea; los esque-
letos de carbono restantes, una yez realizada la tran-
saminación, pueden: 1) oxidarse a CO2 en la vía del
ciclo del ácido cítrico, 2) formar glucosa (gluconeo-
génesis) o 3) formar cuerpos cetónicos.
Además de requerirse parala sintesis proteínica,
los aminoácidos también constituyen precursores de
muchos compuestos importantes; por ejemplo, purinas,
pirimidinas y hormonas como la adrenalina y la
tiroxina.
ESTUD¡ARSE A DIFERENTES NIVELES
DE ORGANIZACIÓN
Hasta aquí sólo se ha considerado el metabolismo
como se presenta en el organismo en su conjunto. La
localización e integración de las vías metabólicas se
pone de manifiesto a través del estudio de los niveles
inferiores de orgarización, a saber: l) a nivel de tejido
y órgano, se define lanaturaleza de los sustratos que
Aspectos generales del metabolismo intermediario .
205
ingresan y de los metabolitos que egresan de éstos,
y se describe el destino general de dichos sustratos y
metabolitos. 2) En el nivel subcelular se identifica
cada organelo celular (p. ej., la mitocondria) o com-
partimiento (p. ej., el citosol) que lleva a cabo firnciones
bioquímicas específicas, que forman parte de un pa-
trón subcelular de vías metabólicas.
Los aminoácidos resultantes de la digestión de las
proteínas de la dieta y la glucosa, que resulta de la
digestión de los carbohidratos, comparten una ruta
común de absorción por la vena porta hepática. Esto
asegura que ambos tipos de metabolito y otros pro-
ductos hidrosolubles de la digestión se dirijan inicial-
mente al hígado (figura 17 6). Éste tiene a su cargo
la función metabólica primaria de regular la concen-
tración sanguínea de la mayor parte de los metabo-
litos, en particular de la glucosa, y los aminoácidos.
En el caso de la giucosa esto se logra mediante la
captura de exceso de dicha glucosa y sr.r conversión
en glucógeno (glucogénesis) o en grasa (Iipogénesis).
Entre comidas, el hígado puede hacer uso de sus reser\¡as
Protaínas piasmática§
¿ ,rProteinal
\l*,**,*"2
'
,// \;
GlUCosa
----
vvz
\
Glucégeno
Pistelriá§
lt
tl
'Aminoácidas
t
AIanrna, etc
y'
§ntTn0ciTos
G
t»
' ¿\
Orina
"A
;r*^ sr*euixro§
MU§CULO
Figura 17-6. Transporte y destino de los principales sustratos y metabolitos de carbohidratos y aminoácidos. Obsérvese que
en el músculo existe poca glucosa libre, ya que ésta se fosforila con rapidez al inEresar.
-JSiflLi*
"",
\
Urea
]
\:
INTT§TINO DELGADÜ
Aminoácid0s
D¡§t§
Carbohidratos
Proteisas

274. 206 . Bioquímica de llarper
de glucógeno para reponer la glucosa en la sangre
(glucogenótisis) o, junto con el riñón, convefiir en
glucosa los metabolitos no carbohidratos como lactato,
glicerol y aminoácidos (gluconeogénesis). El mante-
nimiento de una concentración adecuada de glucosa
sanguínea es vital para ciertos tejidos en los cuales
constituye un combustible obligado; por ejemplo, el
encéfalo y los eritrocitos. El hígado también tiene 1a
tarea de sintetizar las principales proteínas plasmá-
ticas (p. ej., albúmina) y de desaminar los aminoácidos
excedentes a través de la fomación de urea, la cual se
transporta en la vía sanguínea hasta el riñón para su
excreción.
El músculo esquelético utiliza la glucosa como
combustible y forma lactato
Y CO.. Almacena glucó-
geno como el combustible para la contracción
muscular, y sintetiza proteinas musculares a partir de
los aminoácidos plasmáticos. El músculo constituye
alrededor de 50% de la masa cotporal y, en conse-
cuencia, representa un aimacén consiclerable de proteí-
nas. las cuales pueden exraersc para suninistrar amino-
ácidos plasmáticos, en parlicular durante periodos de
ingesta baja.
(Capínrlo l7)
Los lípidos en la dieta (hgura 17-7), representa-
dos principalmente por e1 triacilglicerol, una vez dige-
ridos foman monoacilgliceroles y ácidos grasos. En
1as células intestinales, los lípidos se recombinan en-
tre sí, se combinan con proteínas, se secretan al sistema
linfático y posterion.t.rente a la circulación a manera
de una lipoproteína conocida como quilomicrón.
Todos los productos hidrófobos y liposolubles de la
digestión fotman lipoproteínas. con 1o cual se facilita
su transpofie entre tejidos en un ambiellte acuoso, el
plasma. A diferencia de Ia glucosa y los aminoácidos,
el quilomicrón de triacilglicerol no se captura direc-
tamente por el hígado. Primero se metaboliza en los
tejidos extrahepáticos, que contienen la enzima lipo-
proteína lipasa, que hidroliza el triacilgiicerol y li-
bera los ácidos grasos; éstos se incorporan a los 1ípidos
tisulares o se oxidan como combustible. La otra fuen-
te importante de ácidos grasos de cadena larga es la
síntesis (lipogénesis) de éstos a partir de los carbo-
hidratos, sobre todo en el tejido adiposo y el hígado.
El triacilglicerol del tejido adiposo constituye la
principal reserva colporal de combustible. Después de
la hidrólisis (lipólisis) del triacilglicerol, los ácidos
. MÚSCiULo
INTESTINO DELGADO
Figura 17-7. Transporte y destino de los principales sustratos y metabolitos lipídicos. (AGL, ácidos grasos libres; LPL,
lipóproteína Iipasa; MG, monoacilglicerol; TG, triaciiglicerol; VLDL, lipoproteína de muy baja densidad.)
-r_TG -á
TG¿
de la dlet6
: '.

275. grasos se liberan a la circulación colno ácidos grasos
litrres. La mayor parle de los tejidos capta los ácidos
grasos libres (no así el encéfalo y los eritrocitos) y los
esterifica a acilgliceroles o los oxidan, como un com-
bustible impoftante, a COr. En el hígado se presentan
dos vías de imporlancia adicional: l) el exceso de triacil-
glicerol procedente tanto de la lipogénesis como de
los ácidos grasos libres se secreta a la circulación como
lipoproteína de muy baja densidad (VLDL). Este
triacilglicerol tiene un destino similar al de los quilo-
micrones. 2) La oxidaciónparcial de los ácidos grasos
libres da lugar a la producción de cuerpos cetónicos
(cetogénesis), los cuales se transportan a los tejidos
extrahepáticos, y en éstos actúan como otra fuente
imporlante de combustible.
A níyel subcelular, Ia glucólisis
§e pre§enta en el citosol y el ciclo
del ácido cítrico en la mitocondria
En el cuadro 2 4 se resumen las principales funcio-
nes bioquímicas de los componentes y organelos
subcelulares. Sin embargo, la mayor parte de las cé-
lulas están especializadas y tienden a enfatizar ciertas
vías metabólicas y a relegar otras. La figura 17-8 esque-
matiza las principales vías metabólicas y la integra-
ción de éstas en la célula parenquimatosa hepática,
con especial énfasis en la localización intracelular
de dichas vías.
La función central de ia mitocondria es muy evi-
dente, ya que actúa como el punto central y de con-
vergencia del metabolismo de carbohidratos, lípidos
y aminoácidos. En particular, contiene las enzimas
del ciclo del ácido cítrico, de la cadena respiratoria y
la síntesis del AIP, de la
B-oxidación de los ácidos
grasos y de 1a producción de ios cuerpos cetónicos.
Además, constituye e1 punto de colección de ios es-
queietos de carbono provenientes de la desaminación
de los aminoácidos, así como el punto de suministro de
dichos esqueletos para la síntesis de los aminoácidos
no esenciales.
La glucólisis, la vía del fosfato de pentosa y ia
síntesis de los ácidos grasos tienen lugar en e1 citosol.
Debe adverlirse que en la gluconeogénesis incluso las
sustancias lormadas en ei citosol (como el iactato y el
piruvato) deben ingresar a la mitocondria para formar
oxaloacetato antes de cr:lnvertirse en giucosa.
Las membranas del reticulo endoplásmico con-
tienen el sistema enzimático para !a síntesis de Xos
acilgliceroles, y los ribosomas tienen a su cargo 1a
síntesis proteínica.
Puede apreciarse que el transporte de los meta-
bolitos de tamaño, carga y solubiiidad variables a
través de ias membranas que delimitan ios organelos
involucra mecanismos complejos. Algunos de éstos
Aspectos generales del metabolismo intermediat.io207
se han discutido respecto a las membranas mitocon-
driales (capítulo 14) y otros lo serán en los capítulos
siguientes.
EL FLUJO DE LOS METABOLITOS
EN LAS VIAS METABÓLICAS
DEBE REGULARSE DE MANERA
CONCERTADA
La regulación del flujo a lo largo de una vía meta-
bólica en su conjunto, es importante para asegurar
un suministro adecuado, a los requerimientos, de los
productos principales de tal vía. Dicha regulación se
centra en el control de una o más reacciones impor-
tantes en la via, cafalizadas por las
,,enzimas
regu-
ladoras". Los factores fisicoquímicos que controlan
la velocidad de una reacción catalizadapor enzimas,
por ejemplo, la concentración del sustrato, son muy
impoftantes en el control de la velocidad de conjun-
to de una vía metabólica (capítulo 9). Siñ embargo,
en los vertebrados de sangre caliente la temperatura
y el pH, factores capaces de influir en la actividad
enzimática, se conseryan constantes y tienen pooa
imporlancia reguladora. (No obstante, obsérvese la
variación del pH en el tracto gastrointestinal y sus
efectos sobre la digestión fcapítulo 551.)
Las reacciones
uno
en equilibrio"
const¡tuyen pos¡bles puntos
de control
En una reacción en equilibrio, las reacciones ante-
rógrada e inversa tienen lugar a velocidades iguales
y, por tanto, no existe flujo neto en alguna dirección.
Muchas reacciones en las vías metabólicas corespon-
den a este tipo, es decir, reacciones en equilibrio:
A<+B<+CeD
En 1a condición de "estado de reposo" in vivo, podría
existir un flujo neto de izquierda a derecha debido al
suministro continuo de A y al retiro continuo de D.
Una vía de este tipo podría funcionar, pero tendría
poco sentido el control del flujo a través de la regula-
ción de la actividad enzimática, puesto que un incre-
mento en la actividad podría servir sólo para acelerar
el Iogro del equilibrio.
En la práctica, en una vía metabólica invaria-
blemente existen una o más reacciones del tipo no
equilibrado en las cuales los reactantes se presen-
tan en concentraciones alejadas del equilibrio. En el
intento de alcanzar dicho equilibrio, tienen lugar
grandes pérdidas de energía libre en forma de calor
que no puede reutilizarse, 1o cual convierte en bási-

276. 208 . Bioquímica de Harper
Glucógeno
il
Glucosa
(Capítulo l7)
clTosol
Vía del
fosÍato de
pentosa
Fosfato de glicerol Tria
t
Glicerol
\-/
Acidos orasos
MITOCONDRIA
camente irreversibles a las reacciones de este tipo,
por ejemplo:
Calor
A<+B fc<-+D
Este tipo de vía tiene flujo y dirección, pero de no
ejercerse algún control acabatá por extinguirse- Por
1o general, las enzimas catalizadoras de las reacciones
no equilibradas se presentan en concentraciones bajas
y están sujetas a otros mecanismos de control. Esto se
parece a la apertura y cierre de una válvula "unidirec-
cional" que posibilita el control del flujo neto. Sin
embargo, es importante dejar claro que muchas de las
reacciones en las vías metabólicas no se pueden clasi-
ficar de manera precisa en una de estas dos categorías
de reacciones equilibradas y no equilibradas, sino en
algún punto intermedio entre ambos extremos.
Fosrato de triosa
lnr"o,oo
I
Fosfoenolpiruvato
,g
o
o
.$
§¡
o
a)
o
(5
Figura 17-8. Localización intracelular y aspectos generales de las princ¡pales vías metabólicas en una célula parenquimatosa
neipatica. lArq
a, ¡¡sf¿bolismo de unoo más aminoácidos esenciales; AA +;, metabolismo de uno o más aminoácidos no
esenciales.)
Triacilglicerol

277. Este tipo de reacción puede identificarse como una
reacción no equilibrada en la cual la K- de la enzima
es considerablemente menor que la concentración nor-
mal del sustrato. La primera reacción en la glucólisis
catalizadapor la hexocinasa (frgura I 9-2) es una reac-
ción generadora del flujo, toda vez que la K- de esta
enzimaparala glucosa es de 0.05 mmol/L, muy por
debajo de la concenkación normal de 5 mmoVl de
glucosa sanguínea.
En la figura l7-9 se muestoa una üa métabólica hipo-
tética A, B, C, D, en la cual las reacciones A ++ B
y C e+ D son reacciones en equilibrio, y la reacción
B + C es una reacción no equilibrada. El flujo a través
de esta vía puede regularse mediante la dispo- nibilidad
del sustrato A. Esto depende de su suministro por la
sangre, el cual, a su vez, depende de una adecuada
ingestión alimentaria al intestino o de ciertas reaccio-
nes importantes que conseryan en, y liberan hacia la
sangre, los sustratos importantes; por ejemplo, las re-
acciones generadoras de flujo catalizadas por la
fosforilasa en el hígado (figura 20-1), que ataca las
reseryas de glucógeno y proporciona glucosa sanguí-
nea; otro ejemplo es la lipasa sensible a hormona en el
tejido adiposo (ftg:ura27-8), la cual suministra ácidos
grasos libres, un combustible importante para los teji-
dos. El flujo también depende de la capacidad del
sustrato A para permear la membrana celular. El flujo
también está determinado por la eficacia de la remo-
ción del producto final D y por la disponibilidad del
cosustrato o los cofactores representados por X y Y.
Las enzimas catalizadoras de las reacciones no
equilibradas con frecuencia son proteínas alostéricas
sujetas a acciones rapidas de control, como respuesta
inmediata a las necesidades de la célula, mediante
"retroalimentación" o "antealimentaciín" a cargo de
modificadores alostéricos (capítulo 11). Con frecuen-
cia, el producto de una vía biosintética, por ejemplo,
la acil-CoA de cadena larga, inhibe a la enzima
catalizadora de la primera reacción en la üa, por ejem-
plo, la acetil-CoA carboxilasa. Otros mecanismos de
control dependen de la acción de las hormonas, que
responden a las necesidades del cuerpo como un toáo.
Las hormonas actúan a través de varios mecanismos
Aspectos generales del metabolismo intermediarío . 209
diferentes (capítulo 44); uno de éstos consiste en la
modificación covalente de la enzima por fosfori-
lación y desfosforilacién. Este proceso es rápido, y
por lo regular está mediado por la formación de1 se-
gundo mensajero cAMP, el que, a su vez, induce la
conversión de una enzima inactiva en una enzima ac-
tiva. El cambio tiene lugar por la activación de la pro-
teincinasa dependiente del cAMP que fosforila la en-
zima, o de las fosfatasas especíñcas desfosforiladoras
de la enzima. La forma activa de laenzimapuede ser
la enzima fosforilada, como en las enzimas que cata-
lizan las vías degradadoras (p. ej., la fosforilasa o¿), o
bien, la enzima desfosforilada, como en las enzimas
catalizadoras de los procesos de síntesis (p. ej., la
glucógeno sintasa a).
Algunas enzimas reguladoras pueden fosforilarse
sin la intervención del oAMP y la proteincinasa de-
pendiente de cAMP. Estas enzimas responden a otras
señales metabólicas, como el índice [ATP]/[ADP], por
ejemplo la piruvato deshidrogenasa (figura 19-6), o
las enzimas que dependen de la proteincinasa depen-
diente de C**lcalmodtlina, por ejemplo la fosforilasa
cinasa (figura 20-6).
Las hormonas pueden afectar la síntesis de las
enzimas controladoras de la velocidad. Dado que esto
implica la síntesis de nuevas proteínas no es un cam-
bio rapido, pero a menudo constituye una respuesta a
cambios en la nutrición. Las hormonas pueden actuar
como inductores o represores de la formación del
mRNA en el núcleo, o como estimulantes de la etapa
de traducción durante la síntesis proteínica en los
ribosomas (capítulos 4l y 44). Con frecuencia, como
una adaptación a largo plazo, es posible que se afecte
la mayor parte de las enziqrs en una vía. Esto tiene el
efecto de facilitar el incremlnto del flujo sin un au-
mento significativo en la concenfación de los inter-
mediarios en la vía, lo'cual podría causar cambios
osmóticos en la célula.
Una característica importante que ayuda al control
metabólico consiste en que las vías catalizadoras de la
degradación de una sustancia no son una simple inver-
sión de las vías de síntesis. Por lo general, se involucran
dgs vías completamente separadas, lo que permite el
control, por separado, de cadauna; por ejemplo, la sín-
tesis y la degradación del glucógeno (figura 20-l).
1. Los productos de la digestión proporcionan a los
tejidos bloques estructurales parala biosíntesis de
las moléculas complejas, así como combustible para
energizar los procesos de la vida.
2. Casi todos los productos de la digestión de los carbohi-
dratos, grasas y proteínas se metabolizan hasta un
metabolito común, la acetil-CoA, previamente a su
oxidación final a CO2 en el ciclo del ácido cítrico.

278. 210 . Bioquímica de HarPer
(Capítulo l7)
,,.5liL
c",'r"ur9ou,nu o *1.
'
I
I
+
G',\:/
cAMP
Membrana
celular
,^l
''üb" A)
"J7
L
"ryr"*-"
^:1,rrw"w"rN'
AciivaciÓn por
antealimentac¡ón
Positivá
lnhibición por
retroal¡mentación
negal¡va
"{\
Represiónlnducción
3. La acetitr-CoA también se utiliza como btoque es-
tmctural para las biosíntesis de ácidos grasos de
cadena larga, colesterol y de otros esteroides a par-
tir de los carbohidratos, así como del colesterol y
1os cuerpos cetónicos a partir de los ácidos grasos.
4. La giucosa proporciona los esqueletos de carbono
para 1a porción glicerol de 1as grasas y para varios
aminoácicios no esenciales.
5. Todos 1os productos hidrosciubles de la digestión
se transpofian directamente al hígado por medio de
la vena pona hepática. Esto a menudo impiica la
oxidación o ia síntesis de molécuias, algunas de 1as
cuales se exportan al resto del cuerpo, por ejemplo,
las proteínas plasmáticas. El hígado tiene una fun-
ción directa en ia regulación de la concentración de
muchos constituyentes sanguíneos (entre los cuaies
x Y
[rn.,]
\/
,
o""l'
.." c -*--------->- D
*"r.1ffi
Producción
de mFINA en ei núcleo
Figura 17-g. L4ecanismos de contrr¡l de una reacción catalizada por enzima. Los nÚmeros dentro de los círculos indican los
sitios poslUies de la acción hormonal. O, lvlodificación cle permeabilidad de la. membrana; €r, conversión de una enzima
inactiva en una activa, por to generat, con la participación cje leacciones de fosforilación/desfosforilaciÓn; O, modificación de la
velocidad de traducción cel mRNA a nivei ribosomal; r/ , inducciÓn rie Ia formación de nuevo mRNA; y 19, represiÓn de la
formación del mRNA. O y er son formas rápidas, en tanto que ,O a 6 sr:n vías más lentas para regular la actividad enzimática'
se incluyerr la glucosa y ltl-s aminoácidos), ya que
1a función primaria de éstos es servir a los tejidos
ex-trahepáticos.
6. Adeniás del núcleo existen tres compafiimientos
metabólicos subcetrulares prin,arios. E1 citosol con-
tiene las r,ías rie glucólisis. giucogénesis, glucoge-
nólisis y las vias de 1os Íbsfatos de pentosa y c1e la
iipogénesis. i-a mitocondria contiene ias enzirnas
principaies c1e la oxiclación, entre ias cuaies se in-
cluyen las de1 cicio del ácido cítrico, de la p-oxidación
de los ácidos grasos y de la cadena respiratoria. Ei
rnetabolismo de ios aminoácidos tiene lugar en e1
citosol y las mitocondrias, asi colno en el retículo
endopiásmico, en cuyos ribosomas 1os aminoáci-
dos se convierten en proteínas. Las mernbranas del
retículo endoplásmico también contienen las enzi-
O
"
O Síntesis ribosómica de
=-ñueva
Prolelna
enTimática
o

279. Aspectos generales del metabolismo intermecliario . 2l l
mas de muchos otros procesos, que incluyen la for-
mación de glicerolípidos y el metabolismo de los
fárntacos.
7. Las r'ías metabólicas se regulan mediante meca-
nismos rápidos que afectan la actividad de las en-
zrmas existentes, por ejemplo, modificaciones alos-
térica y covalente. Esta última con frecuencia se
inicia por la acción de las hormonas que asimismo
regulan por mecanismos a largo plazo, a través de
la promoción o la inhibición de la síntesis de pro-
teínas enzimáticas debidas a cambios en la expre-
sión génica.
REFERENCIAS
Cohen P: Control of Enzyrue Activity,2nd, ed. Chapman &
Ha11, 1983.
FellD: Understanding the Control of Metabolism. pofiland
Press, 1997.
Hue L, Van de Werve G (editors): Short-Tbrm Regulation
o.f Liver Metabolls¡¿. Elsevier,Artorlh Holland. 1981.
Newsholme EA, Crabtree B: Flux-gencrating and regula-
tory steps in metabolic control. Trends Biochem Sci
1981;6:53.
Newsholme EA, Start C: Regulation in Metaboli.sm.Wlley,
1973.

280. 18
El ciclo del ácido cítrico:
catabolismo de la acetil-GoA
Peter A. Mayes, PhD, DSc
!NTRoDUCcIÓru
El ciclo del ácido cítrico (ciclo de Krebs, ciclo del
ácido tricarboxílico) consiste en una serie de reaccio-
nes en las mitocondrias que dan lugar al catabolismo
de los residuos acetilo, con liberación de equivalentes de
hidrógeno; éstos, una vez oxidados, dan lugar a la li-
beración de la mayor parle de la energía disponible a
partir de los combustibles tisulares y su captura en
forma de AIP. Los residuos acetilo están en fon¡a de
acetil-CoA (CH3-CO-S-CoA, acetato activo), un
éster de la coenzima A; la cual contiene ia vitamina
ácido pantoténico.
IMPORTATTCIA BICIMÉNICA
La funciónprincipal del ciclo del ácido cítrico es actuar
como la vía común final para la oxidación de carbohi-
dratos, lípidos y proteínas. Esto se debe a que la glu-
cosa, los ácidos grasos y muchos aminoácidos se
metabolizan a acetil-CoA o a los intermediarios del
ciclo. Éste también participa de manera imporlante
en la gluconeogénesis, transamiRación, desaminación
y lipogénesis. Varios de estos procesos se llevan a cabo
en muchos tejidos, pero el hígado es el único en el cual
todos están ampliamente representados. por
tanto,
1as repercusiones son profundas cuando, por ejemplo,
grandes cantidades de células hepáticas se dañan o
sustituyen por tejido conjuntivo, como en la hepatitis
o ia cirrosis agudas, respoctivamente" Un testimonio
silencioso de ia imporlancia vital del ciclo del ácido
cítrico radica en la escasa cantidad, si es que existe
alguna, de anormalidades de estas enzimas identifica-
das en los humanos; se presume que tales anoÍna-
lidades son incompatibles con el desarrollo normal.
EL CICLO DEL ACIDO CÍTRICO
PROPORCIONA EL SUSTRATO
PARA LA CADENA RESPIRATORIA
Básicamente, el ciclo incluye la combinación de una
molécula de acetil-CoA con el oxaloacetato (ácido
dicarboxílico de cuatro carbonos), con lo que se for-
ma el citrato, un ácido tricarboxílico de seis carbonos.
A partir del citrato sigue una serie de reacciones en
el transcurso de las cuales se liberan dos moléculas
de CO2 y se regenera el oxaloacetato (figura l8-1).
Debido a que para facilitar la conversión de una gran
cantidad de unidades acetilo en CO, se requiere sólo
una pequeña cantidad de oxaloacetato, se considera
que éste participa como catalizador.
El ciclo del ácido cítrico es una parte integral del
proceso mediante el cual queda disponible la mayor
parte de la energía liberada durante las oxidaciones de
Acetil-CoA
(C¿)
uU:
CC:
Figura 18-1. Ciclo del ácido citrico para ilustrar la participa-
ción catalítica del oxaloacetato.
/1)
Oxaloacetato

281. (Capítulo 181
214 . Bioquímica de HarPer
los carbohidratos, lípidos y aminoácidos' En el trans-
curso de la oxidación de la acetil-CoA y como
resultado de la actividad de deshidrogenasas especí-
ficas en el ciclo, se forman equivalentes reductores
en forma de hidrógeno o electrones. Estos equiva-
lentes reductores ingresan a la cadena respiratoria
y en ella se generan grandes cantidades de AIP du-
iante el pro.iso de la fosforilación oxidativa (figura
18-2, ca-pítulo 14). Este proceso es aerobio y requie-
re oxígeno como oxidante final de los equivalentes
reduct-ores. Por tanto, la ausencia (anoxia) o deficien-
cia parcial (hipoxia) del 02 produce la inhibición total
o parcial del ciclo.
Las enzimas del ciclo del ácido cítrico se locali-
zan en la matriz mitocondrial, libres o f,rjas a la super-
ficie interior de la membrana interna mitocondrial, 1o
que facilita 1a transferencia de los equivalentes reduc-
ttres a las enzimas adyacentes de la cadena respira-
toria situadas en la membrana interna mitocondrial.
LAS R,EACCIONES DEL CiCLO
DEL AC!DO CITRICO
LIBERAN EQUIVALENTES
REDUCTORES Y CO,
(FTGURA 18-3)*
I-a condensación inicial de la acetil-CoA con el oxa-
loacetato para fomar el citrato se cataliza por una
erztmacoi,,Jensadora, la citrato sintasa, que cataliza
la síntesis del enlace carbono-carbono entre el carbo-
no metílico de la acetil-CoA y el carbono carbonilo
del oxaloacetato. La reacción de condensación, for-
madora de citril-CoA, va seguida por la hidrólisis del
enlace tioéster de la CoA y se acompaña de una pér-
dida considerable de energía libre en forma de calor,
1o cual asegura que la reacción continúe hasta su
terminación.
Acetil-CoA + Oxaloacetate + H2O t Citrato + CoA
El citrato se convierte a isocitrato mediante 1a enzima
aconitasa (aconitato hidratasa), la cual contiene hie-
rro en estado Fe2* en la forma de una ferosulfoproteína
(Fe: S). Esta conversión tiene lugar en dos etapas: des-
hidratación a cls-aconitato' con permanencia de una
*
De la circularNo. 200 del Comrnittee of Editors of Bioche-
mtcalJournctls Recomendations (1975): "De acuerdo con
la regla bioquímica estándar, la terminación ato en, por
ejem!1o, palmitato, significa alguna mezclad-e ácido libre
V foáut*l ionizada(s) (de acuerdo con e1 pH), en la cual
íos cationes no están especificados"' Esta regla se adopta
en este texto para 1os ácidos carboxílicos'
parte de éste enlazada ala enzima, y rehidratación a
isocitrato.
Citrato €Cisaconitato <;-> lsocitrato
(enlazado
<--/ a la enzima)
HrOHrO
Esta reacción se inhibe por el fluoroacetato que, en
forma de fluoroacetil-CoA, se condensa con el oxa-
loacetato para dar fluorocitrato. Este último inhibe a
la aconitása, lo que da lugar a la acumulación del
citrato.
Los experimentos con intermediarios marcados
con Cra indiian que la aconitasa reacciona con el cih'a-
to de manera asimétrica: la aconitasa actua siempre
sobre la parte de la molécula del citrato derivada del
oxaloacetato. Dado que el ácido cítrico parece un
compuesto simétrico, tal comportamiento resultaba
desc'oncertante. Sin errbargo, en Ia actualidad se sabe
(al observar la molécula en tres dimensiones) que los
do, g*pot
-CHTCOO-
no son espacialmente idén-
ticoJcon respecto a los grupos
-OH
y
-COO-'
Las
.orrr".u.rr.ius de la acción asimétrica de la aconi-
tasa, desencadenada por el enlace de tres puntos de
ia enzima al sustrato (figura 8-3), pueden apreciarse
en la referencia que se hace en la figura 18 3 'sobre
el destino de la ácetil-CoA marcada en el ciclo del
ácido cítrico. Quizá el cis-aconitato no constituya
un intermediario obligado entre el citrato y el isoci-
trato, y pudiera cortesponder a una ramificación de la
via principal.
E1 isócitrato sufre una deshidrogenación en pre-
sencia de la isocitrato deshidrogenasa para formar
oxalosuccinato. Se han descrito tres isocitrato des-
hidrogenasas diferentes. Una, específica para NAD-'
se prásenta sólo en las mitocondrias' Las otras dos
.nri-u, son específicas para NADP- y existen en las
mitocondrias y el citosol, respectivamente' La oxida-
ción del isocitiato vinculada con la cadena respiratoria
procede, casi por completo, mediante la enzima de-
pendiente del NAD*.
lsocitrato + NAD. <+ Oxalosuccinato <->
(enlazado a la enzima)
«-cetoglutaralo + COz + NADH + H'
A continuación tiene lugar la descarboxilación a
cr-cetoglutarato, también cafahzada por la isocitrato
deshidrógenasa. En las reacciones de descarboxilación'
el Mn2' (o el Mgl )
constituye un componente impot -
tante. Aparentemente el oxalosuccinato permanece
enlazado a la enzima como intetmediario durante la
totalidad de la reacción.
En el siguiente paso el cx-cetoglutarato es obje-
to de descarboxilación oxidativa de una mancra

282. El ciclo del ácido cítrico; catabolismo de la acetil_CoA . 2I5
Acetii-CoA
(Cz)
I
,.orl
2H I
"o-

''"¡¿:;'
Fuma!.ato ,rrn++
co,
(c¿)l//

I /
,(_cetogtutararo
a l{ _.__.:ü;i"*
I
t
---7=----
oxaloacltato Hro
(
/
(c4t
' (cu,
*,o
/\
l--- j Cicto aet I
Cleacon¡tato
n¡aráo lác¡aocít¡col
(ce)t
^r'' Y- Y""
')"
i )***
o
$
c"c"na respiratoria
vzoe"
Fp Flavoproteína
lr
I
Citá
|*,r,(F) [ Fosforitación
I
i 1'oxidativa
Cit c
l+t
Citaao
|
*-@
{)
Cit Citocromo
{@ Anaerobiosis (hipoxia, anoxia)
rw@
Fosfato de alta energía HrO
Figura l8-2' ciclo del ácido cítrico: la vía catabólica principal de la acetil-coA en los organismos aerobios. La acetil-coA, elproducto del catabolismo d9.los carbohidratos, las iroteínas y tos tipraos, lngiesa at ciclo junto con Hro y se oxida a co,con lrberacrón de equivalentes reductores (2H).Laoxidacióñ suosLcueÁteüe ros zu en ra cadena *.r,r""i"]il1Íri,Inlia la fostorilación acoplada del ADP para dainíp. porcada
ciclo se generan ii -e)pol. la vía de la fosforilación oxidativay un {9 se origina a nivel de sustrato como consecuencia de la coniersión de Ia succinil-coA en succinato.

283. (Cupítulo 18)
2l ó ' Bioc¡ttímica de HarPer
CH3- CO rr, S
-
CoA
Acetil-CoA
re[s]gs§:tl
CoA -
SH
cH2*coo*
I
I
AcoNrrASÁl
c^2+
,o
óH,:-óoo-
i
ñ
^^^_
il
cH-coo-
Cis-acon¡tato
\
I
u"o* I
l n[6¡¡1¡5a l-
p"zt
L-l
I
Y
cH2*COO-
I
cH*coo-
I
HO_CH*COO'
NAD+.
lsoc¡trato
FiguralS-3'CiclodelácidoCítrico(deKrebs)-LaoxidacióndelNADHydelFADH:enlacadenarespiratoriadanlugarala
generación de ATp por ta vía de la iosforilacion orioatvá. óán oo¡uto de seguir a ia acetil-CoA a lo largo del ciclo' los dos
átomos de carbono del radical acetilo se muestran
"on
unu, ,urór. en el darbono carboxilo (con un asterisco [--]) y en el
carbono metilo (con un circulo negro [']). si bien en .ro"
"i.ro
se pierclen como co2 dos átomos de carbono' estos átomos no
provienen de la acetil-coA Ju áii"ntá'íngreso al ciclo, si"o ol-ru'pate de la molécula de citrato proveniente del oxaloacetato'
Sin embargo, al completarse un ciclo, el óxaloacetato ,"generaOo se presenta con una marca; de este oxaloacetato proviene'
en la segunda vuelta del .i"fo,
"l
óó, marcado. Debido"a la simetría del citrato y dado que la succinato deshidrogenasa no
diferencia entre los Oos grrpái carboxilo de éste, en esta etapa tiene lugar una asignaciÓn
"aleatoria" de,la marca' y aparece
marcada la totalidac cle los cuatro átomos de carbono Jel oxaloacetató al concluiise un ciclo Durante la gluconeogénesis'
partedelamarca"n"t oráloá"átatoseincorporcuruglu"o;uyát
gtu"og"no(figura21-1) Paracomentariosrespectoalas
impticaciones estereoquimicás det cicto der ácido
"itrüo
rááiá crév¡tle"(tgoa). se señalan los sitios de la inhibición (Q) a
cargo del fluoroacetato, el malonato y el arsenito'
l*
bH2*coo-
L'Malato
/
I ruurnnesn I /
-A-""
/
.*
H-c-coo*
* ll
-ooc *'c *
H
Fumarato
HO-C-coo-
I
Fluoroacetato
NADH + HT
Malonato
.*
cH2-coo-
l*
bur- coo-
Succinato
,o"
""o-uÑADp+p¡
I succr¡r¡ro I
'.
*
I riocrru¡se I cHr- coo-
I
CHz
I
O:Cr\JS-CoA
succinil-CoA
COMPLEJO DE LA
o-CETOGLUTABATO
OESHIDBOGENASA
cH2* coo*
C
-
COO-
I
cH2* COO-
NADH + Hr Oxaloacetato
Hzo
o
lt
NADH + HI
NAD}
Caz (r'eetoglutarato

284. El ciclo de:l ácido cítrico; catabolismo de lu ctcetil-CoA .
2 t 7
análoga a la descarboxilación oxidativa del piruvato
(l'rgura 19-5), ya que ambos sustratos corresponden a
cl¿-cetoácidos.
o-cetoglutarato + NAD. + CoA,
Succinil-CoA + COz + NADH + H.
La reacción, catalizada por el cornplejo u-cetogluta-
rato deshidrogenasa, también requiere <ie cofactores
idénticos a los del complejo piruvato deshidrogenasa,
por ejemplo, pirofosfato de tiamina, lipoato, NAI),,
FAD y CoA, y resulta en la formación de la succinil-
CoA, un tioéster de alta energía. El equilibrio de la
reacción es tan favorable a la formación de la succinil-
CoA, que esta reacción debe considerarse como uni-
direccional desde el punto de vista fisiológico. Como
en el caso de la oxidación del piruvato (capítLrlo i9).
el arsenito inhibe la reacción y da lugar a la acumula-
ción del sllstrato, el cr-cetoglutarato.
Para c«:ntinuar el ciclo, la succinil-CoA se con-
viefie en succinato mediante la enzima succinato tio-
cinasa (succinil-CoA sintetasa).
Succinil-CoA + Pr + ADP <-+ Succinato + ATp + CoA
Éste es el único ejemplo en el ciclo del ácicio cítrico, de
la generación de un fosfhto de alta energía a nivel dcl
sustrato, y se presenta debido a que Ia liberación de
energía libre proveniente de la descarboxilación oxi-
dativa del cr-cetoglutarato es suficiente para generar
un fosfato de alta energía además de la fbrmación
del NADH (equivalente a 3 -@).
La n'ratriz mitocondrial también contiene una se*
gunda succinil-CoA sintetasa, específica parr 1os nu-
cleótidos de guanina. pero que no interwiene en el
ciclo del ácido citrico. En los tejidos extrahepáricos
una reacción alterna, catalizadapor la succinil-CoA-
acetoacetato-CoA transferasa lti¡;forasa), es la
conversión de la succinil-CoA a succinato acoplada
con la conversión del acetoacetato a acetoacetil-CoA
(capítulo 24).
El succinato se metaboliza subsecuentementc
mediante una deshidrogenación seguida por la adición
de agua y una deshidrogenación adicional, que rege-
nera el oxaloacetato.
Succinato + FAD <+ Fumarato + FADHz
La primcra reacción de deshidrogenación se cataliza
por la succinato deshidrogenasa, enlazada a la su-
pcrficie interior dc la membrana intema mitocondrial.
a cliferencia de otras enzimas en el ciclo. que estárr en
lama+.riz. Esta deshidrogenación es la íinica en el ci-
clo del ácido cítrico que involucra Ia iransferencia
directa del hidrógeno a una flavoproteína a parlir del
sustrato sin la participación del NAI) . La enzima con-
tiene FAD y una ferrosulfoproteína (Fe:S). Como
resultado de la deshidrogenación se fonna el fumarats.
Experimentos isotópicos han demostrado que la enzt-
ma es estereoespecífica para ios átomos trans de
hidrógeno de los carbonos metileno del succinato. La
adición de malonato o de oxaloacetato a 1as prepara-
ciones adecuadas inhibe de manera competitiva a la
succinato deshidrogenasa, 1o que resulta en la acumu-
lación del succinato.
La fumarasa (fumarato hidratasa) cataliza la
adición de agua al fumarato para producir malato.
Fumarato + HzO e+ L-malato
Además de específica para el isómero L del maiato, la
firmarasa catalizala adición de los elementos del agua
al doble enlace del furnarato en la configur ación frans.
El malato se convierte en oxaloacetato mediante la
malato deshidrogenasa, una reacción que requiere
de NAD*.
L-malato + NAD. <-+ Oxaloacetato + NADH + H-
Si bien el equilibrio de esta reacción favorece fuerle-
mente al malato, el flujo neto se produce en la dirección
del oxaloacetato ya que las reacciones subsecuentes
remueven constantemente este compuesto, junto con
el otro producto de la reacción (el NADH).
Con excepción de la cx,-cetoglutarato deshidroge-
nasa y la succinato deshidrogenasa, el resto de las
enzimas del ciclo del ácido cítrico se presentan tam-
bién fuera de las mitocondrias. Si bien estas últimas
enzimas pueden catalizar reacciones similares, es posi-
ble que algunas de el1as, por ejemplo, la malato deshi-
drogenasa, no correspondan a las mismas proteínas
que las enzimas mitocondriales del mismo nombre; es
decir, que sean isoenzimas.
EN CADA CICLO DEL ACIDO CITRICO
SE FORMAN 12 MOLECULAS DE ATP
Como resultado de las oxidaciones catalizadas por las
enzimas deshidrogenasas en cada ciclo del ácido cítrico,
se producen tres moléculas de NADH y una de FADH2
por cada molécula de acetil-CoA catabolizada. Estos
equivalentes reductores se transfleren a la cadena res-
piratoria en la membrana intema de las mitocondrias
(figura 1 8 2). A su paso por la cadena, los equivalen-
tes reductores provenientes del NADH generan tres
enlaces fosfato de alta energía mediante la esterifi-
cación delADP enAfP durante el proceso de la fosfo-
rilación oxidativa (capítulo 14). Sin embargo, el FADH,
produce sólo dos enlaces fosfato de alta energía ya
que transhere su capacidad reductora a la Q, con lo
cual evade el primer sitio de la fosforilación oxida-
tiva en la cadena respiratoria (figura 14-7). Durante

285. 8 . Bioquímica de Harper
(Capítulo 1B)
conversión de la succinil-CoA en succinato se ge-
ra un fosfato de alta energía adicional a nivel del
cpio ciclo (es decir, a nivel del sustrato). Por tanto,
cada ciclo del ácido cítrico se generan 12 molécu-
r de ATP (cuadro I 8- I ).
\S VITAMINAS TIENEN FUNCIONES
¡IPORTANTES EN EL CICLO
EL ACIDO CÍTRICO
uatro de las vitaminas solubles del complejo B tienen
inciones precisas en el funcionamiento del ciclo del
:ido cítrico. Dichas vitaminas son: 1) ritroflavina, en
)rma de dinucleótido de adenina y flavina (FAD), que
lnstituye un cofactor en el complejo de la cr-cetoglu-
,rato deshidrogenasa y en la succinato deshidroge-
asa; 2) niacina, en forma de dinucleótido de nicoti-
¡-mida y adenina (NAD), que es la coenzima de las fres
:shidrogenasas en el siclo: isocitrato deshidrogenasa,
-cetoglutarato deshidrogenasa y malato deshidroge-
asa; 3) tiamina (vitamina Br), como pirofosfato de
amina, que es la coenzima parala descarboxilación
n la reacción de la cx-cetoglutarato deshidrogenasa; y
) ácido pantoténico, como pafte de la coenzima A,
ue es el cofactor enlazado a los residuos "activos" de
cido carboxílico como la acetil-CoA y la succinil-CoA.
:L CICLO DEL ÁCIDO CITRICO
}ESEMPEÑA UNA FUNCIÓN
;UNDAMENTAL
EN EL METABOLISMO
\lgunas vías metabólicas tetminan en un constituyen-
e del ciclo del ácido cítrico, mientras otras se originan
r partir de éste. Estas últimas tienen a su cargo los proce-
Guadro 18-1 . Generación de ATP mediante
el ciclo del ácido cltrico
sos de gluconeogénesis, transaminación, desaminación
y la síntesis de los ácidos grasos. Por tanto, el ciclo
del ácido cítrico participa en los procesos oxidativos
y en los de síntesis; es decir, es anfibólico. En la hgu-
ra 18-4 se resumen estas funciones.
El ciclo del ácido eítrico interviene
en la gluconeogénesis,
la transaminación y la desaminación
Todos los integrantes principales del ciclo, desde el citrato
hasta el oxaloacetato, tienen potencial glucogénico ya
que dan lugar a la producción neta de glucosa en el
hígado y el riñón, los órganos que poseen el total de las
enzimas necesarias para la gluconeogénesis (capí-
tuto 21). La enzima fundamental que facilita la transfe-
rencia neta desde el ciclo al interior de la vía principal
de la gluconeogénesis es la fosfoenolpiruvato carbo-
xicinasa, que catalizala descarboxilación del oxaloace-
tato a fosfoenolpiruvato; en esta reacción el GTP actua
como fuente del fosfato de alta energía (figura 18-4)'
Oxaloacetato + GTP t Fosfoenolpiruvato + CO2 + GDP
La transferencia neta al interior del ciclo acontece
como resultado de varias reacciones diferentes; entre
las más impofiantes está la formación del oxaloacetato
mediante la carboxilación del piruvato, catalizada por
la piruvato carboxilasa.
ATP + CO, + HzO + Piruvato, Oxaloacetato + ADP + P,
Ésta reacción también se considera importante para
conselvar concentraciones adecuadas de oxaloacetato
destinadas a la reacción de condensación con la acetil-
CoA. La acumulación de ésta da lugar a su acción como
activador alostérico de la piruvato carboxilasa y de
esta manera asegura un suministro de oxaloacetato. El
lactato (un sustrato importante en la gluconeogénesis)
ingresa al ciclo vía su conversión a piruvato y ense-
guida a oxaloacetato.
Las reacciones de la aminotransferasa (transami-
nasa) producen piruvato a partir de la alanina; oxalo-
acetato a partir de1 aspartato; y cr-cetoglutarato del
glutamato. Dado que estas reacciones son reversibles,
el ciclo también sirve como fuente de los esqueletos
de carbono para la síntesis de los aminoácidos no esen-
ciales, por ejemplo:
Aspartato + Piruvato <+ Oxaloacetato + Alanina
Glutamato + Piruvato <-+ a-cetoglutarato + Alanina
Otros aminoácidos contribuyen a la gluconeogénesis
debido a que el total o parte de los esqueletos de car-
bono ingresa al ciclo del ácido cítrico después de la
desaminación o de la transaminación. Los ejemplos
Reacción
catalizada por
Método de
producción del -@
Cant¡dad de
moléculas de
ATP formadas
socitrato deshidro-
genasa
Oxidación del NADH en
la cadena respirator¡a
r-cetoglutarato des-
hidrogenasa
Ox¡dación del NADH en
la cadena respiratoria
Succinato tiocinasaFosior¡lación a nivel de
sustrato
1
Succinato deshidro-
genasa
Oxidación del FADHz en
la cádena respiratoria
z
Malato desh¡droge-
nasa
Oxidación del NADH en
la cadena respiratoria
l2lolal

286. El ciclr¡ del ácido cítri(:o: cataboli.cmo de la acetil-CoA .
219
H¡droxiprolina
-l
Lr.trto
Serina
I
Qis!€¡ín3 !-
I
Treonina I I
cl¡cina j
-_-.--......-------- \l
FMNsAT\In¡ASA ]
t t
Triptófano P¡ruvato
-¡.
Acetil-CoA
Oxaloacetalo
FOSFOENOLPIRUVATO
CABBOXINASAlm
t\
| | rnar,rser',rrr.resa
I
{-
|
^"pl*,i,
t
rsoreucina,
I
Metronrna -€ Succrni¡-CoA /\
coz
ll;BAr',sAMr@
Histidina
I +
Prolina t
^.-:
-. ) Glutamato
uturamtna I
Argin¡na
)
Figura '18-4. Participación del ciclo del ácido cítrico en la transaminación y la gluconeogénesis. Las flechas gruesas señalan
la vía principal de la gluconeogénesis.
son alanina, cisteína, glicina, hidroxiprolina, serina,
treonina y triptófano, los cuales forman piruvato; ia
arginina, histidina, glutamina y 1a prolina, formadoras
de cr-cetoglutarato por la vía del glutamato; la isoleu-
cina, metionina y valina, formadoras de succinil-CoA;
y la tirosina y fenilalanina, formadoras de fumarato
(figura 18-4). Las sustancias formadoras de piruvato
pueden seguir a la vía de la piruvato deshidrogenasa a
acetil-CoA, en la cual sufren una oxidación completa
hasta COr, o bien seguir la vía gluconeogénica a oxa-
loacetato mediante la carboxilación.
En los rumiantes es de particular importancia la
conversión del propionato, el principal producto gluco-
génico de la fermentación en el rumen, a succinil-CoA
por la vía de la nT etilmalonil-CoA (figura 21-2).
grasos de cadena larga en los no rumiantes. (En los
rumiantes la acetil-CoA deriva de manera directa del
acetato.) Ya que la piruvato deshidrogenasa es una
enzima mitocondrial y las cnzimas responsables de la
síntesis de los ácidos grasos son ertramitocondriales,
la célula necesita transportar la acetil-CoA a través de [a
membrana mitocondrial, quc es irnpermeable a este
colxpuesto. Esto se logra al pemtitir que la acetil-CoA
forme citrato en e1 ciclo del ácido cítrico transportan-
do este citrato al exterior de 1as mitocondrias, y final-
mente hacer disponible a 1a acetil-CoA en el citosol
mediante la escisión del citrato en una reacción cata-
lizada por la enzima ATP-citrato liasa.
C¡trato + ATP + CoA t Acetil-CoA + Oxaloacetiato + ADP + Pi
La acetil-CoA, formada a paltir del piruvato por la ac-
ción dc la piruvato deshidrogenasa, constituye el prin-
cipal bloque estructural para la síntesis de los ácidos
En la mayor parte de los tejidos en los cuales la
función principai de1 ciclo del ácido cítrico consis-
te en proporcionar energía, queda poca duda de que

287. 220 " Bioquítnica de Harper
(Capítulo 181
ffi'.-
ponden al nivei energético expresado por los índices
[ATP]/[ADP]
y [NADH]/[NAD ]. Por tarlto, se pre-
senta la inhibición alostérica de la citrato sintasa por
ei AIP y por la acil-CoA con ácidos grasos de cadena
larga. La activación alostérica de la isocitrato deshidro-
genasa mitocondrial dependiente del NAD a cargo del
ADP se contraresta por el AIP y N-ADH. Al parecer.
el complejo de la cx-cetoglutarato deshidrogenasa
está bajo un control análogo al de la piruvato deshidro-
genasa (figura 19 6). La inhibición de la succinato
deshiclrogenasa está a cargo del oxaloacetato y la clis-
ponibiiidad de éste, que está bajo el control de la mala-
to deshidrogenasa, depende del índice INADH]I
INAD-].
Puesto que la K- para el oxaloacetato de la
citrato sintasa tiene el mismo orden de magnitud que
la concentración intran,itocondrial, parecería que la
concentración dei oxaloacetato podríajugar un papel
en la regulación de ia velocidad de formación del
citrato. Queda
por resolver cuál de estos trecanismos
1si acaso alguno) opera rrr uilo.
RE§UMEN
l. El ciclo del ácido cítrico es la vía flnal para la
oxidación de los carbohidratos, lípidos y proteí-
nas. El ciclo cataliza la combinación de1 metabolito
corrún de estos compuestos, la acetil-CoA, con el
oxaloacetato para formar citrato' El citrato se de-
GlUcOSa ----------¡¿-
el control respiratorio a través de la cadena respi-
ratoria y la fosforilación oxidativa ejerce un control
clominante sobre la actividad del ciclo del ácido cítri-
co (capítulo 14). Por tanto, la actividad depende, de
manera inmediata, del suministro de los cofactores
de las deshidrogenasas en forma oxidada (p. ej.' NAD
).
Debido ai fuerle acoplamiento entre la oxidación y la
fosforilación, dicho suministro depende, a su vez, de
1a ciisponibilidacl del ADP y, en consecuencia, frnal-
mente de la velocidad de utilización del AfP. Por lo
anterior dada la existencia de una adecuada provisión
c1e 07, la velocidad del trabajo mediante la utilización de
AIP deten¡ina tanto la velocidad de la respiración
como la actividad del ciclo del ácido cítrico. Además
cle este control global o "grueso", las propiedades de
algunas enzimas del ciclo indican que la regulación
también se puede ejercer a nil'el dei propio ciclo para
reforzar este control gn¡eso.
Los sitios más probables para la regulación son
1as reacciones desequilibradas. Estas están cataliza-
das por ia piruvato deshidrogenasa, la citrato sintasa,
la isocitrato deshidrogenasa vinculada ai NAD, y la
u-cetoglutarato deshidrogenasa. Todas estas des-
hidrogenasas se activan por el Ca2 , cuya concentra-
ción aumenta durante la contracción muscular y la
secreción, procesos que allmentan la demanda ener-
gética. En un tejido como el encéfalo, que es muy
dependiente de los carbohidratos para proveer acetil-
CoA, es posible que el control del ciclo del ácido cítrico
tenga lugar en el paso de la piruvato deshidrogenasa.
En el ciclo propiamente dicho, varias enzimas res-
Ácidos grasos
t
Acetil-CoA
Acet¡l-CoA
Clclo
Citrato
Oxaloacetato del ácido
cítr¡co
MEMBRANA MITOCÓNDRICA -*---'}
Figura 1B--5.
participación del ciclo del ácido cítrico en la síntesis de los ácidos grasos a partir de la glucosa. Véase también
la figura 23-5.

288. El ciclo del ricido c:ítric'o: catabolismo de la ocetil-Cc¡A ,
221
grada mediante una serie de deshidrogenaciones
y descarboxilaciones, con liberación de equiva-
lentes reductores y 2COr, y con regeneración del
oxaloacetato.
2. Los equivalentes reductores se oxidan mediante
la cadena respiratoria con liberación de AIP. Por
tanto, el cicio constituye la vía principal para ia ge-
neración del ATP y está localizado en la matriz de
las mitocondrias adyacente a las enzimas de la ca-
dena respiratoria y cle la fbsforilación oxidativa.
3. Debido a que el ciclo tiene otras par-ticipaciones
además de la oxidación, es antibólico; participa en
la gluconeogénesis, transaminación, desaminación
y la síntesis de los ácidos grasos. I
REFERENCIAS
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Publisl.rer. 1992.

289. 19
Glucólisis y oxidación del piruvato
Peter A. Mayes, PhD, DSc
TNTRoDUCcTótr¡
La mayor parte de los tejidos requiere una cantidad
mínima de glucosa. En algunos casos, como el encé-
falo, el requerimientc es importante, en tanto que en
otros, como en los eritrocitos, es casi absoluto. La
glucólisis constituye la vía principal para la utiliza-
ción de la glucosa, y se lleva a cabo en el citosol de
todas las células. Tiene un carácter único ya que pue-
de utilizar el oxígeno, si lo hay, mediante la cadena
respiratoria mitocondrial (aerobia), o puede funcio-
nar en ausencia completa de oxígeno (anaerobia). Sin
embargo, para oxidar la glucosa más allá del piruvato,
la etapa terminal de la glucólisis, la vía requiere del
oxígeno molecular y de los sistemas enzimáticos
mitocondriales, como el complejo de la piruvato
deshidrogenasa, el ciclo del ácido cítrico y la cadena
respiratoria.
IMPORTANCIA BIOMEDICA
La glucólisis no sólo constituye la vía principal para
el metabolismo de la glucosa hasta la producción de
la acetil-CoA y su oxidación en el ciclo del ácido ci
trico, sino que también provee la vía principal para el
metabolismo de Ia fiuctosa y la galactosa provenien-
tes de la dieta. La capacidad de la glucólisis para pro-
porcionar AIP en ausencia de oxígeno es de enorme
importancia biomédica, debido a que permite al múscu-
lo esquelético desarrollar trabajo intenso aun cuando
la oxidación aerobia resulta insuficiente; esto, a su vez,
permite que los tejidos con capacidad glucolítica im-
pofiante sobrevivan a los episodios anóxicos. A la
inversa, el músculo cardiaco, adaptado para el trabajo
aerobio, posee una capacidad glucolítica relativamen-
te baja y sobrevive poco bajo condiciones de isquemia.
La insuficiencia de la actividad de las enzimas gluco-
líticas (p. ej., de la piruvato cinasa) se presenta en un
número reducido de enfermedades que se manifiestan
principalmente como anemias hemolíticas o como
fatiga cuando tienen lugar en el músculo esquelético
(p. ej., fosfofiuctocinasa). En las células cancerosas,
de crecimiento rápido, la glucólisis procede a una velo-
cidad muy superior a la necesaria para el ciclo del ácido
cítrico, por tanto, se produce más piruvato del que pue-
de metabolizarse. Este exceso, a su vezl resulta en la
producción excesiva de lactato, que favorece un am-
biente local relativamente ácido en el tumoq condición
que puede tener implicaciones para ciertos tipos de
terapéutica del cáncer. La acidosis láctica tiene va-
rias causas, entre las cuales se incluye la insuflciencia
de la piruvato deshidrogenasa.
1.A GLUCéL¡SIS PUEDE
F'UNC¡ONAR BAJCI
CON DICION ES ANAEROBIAS
Desde el principio de las investigaciones sobre la
glucólisis se tuvo la certeza de la similitud entre el
proceso de fermentación en la levadura y el desdobla-
miento del glucógeno en el músculo. Se observó que
con la contracción de un músculo en un medio anaero-
bio, es decir, carente de oxígeno, el glucógeno desa-
parece y aparece el lactato como el producto final
principal. A1 ingresar el oxígeno, tiene lugar la recu-
peración aerobia y reaparece el glucógeno, con la
desaparición del lactato. Sin embargo, la contracción
bajo condiciones aerobias no da lugar a la acumula-
ción del lactato, y el piruvato se convierte en el prin-
cipal producto final de la glucólisis. Posteriormente,
el piruvato se oxida a COz y agua (f,rgura 19-1). Como
resultado de estas observaciones, se acostumbra sepa-
rar el metabolismo de los carbohidratos en las fases
anaerobia y aerobia. Sin embargo, esta separación es
_-¿J

290. arbitraria ya que durante la glucólisis las reacciones
son las miimás en presencia de oxígeno o en ausencia
de éste; sólo cambian la duración y los productos fi-
nales. Cuando el suministro de oxígeno es bajo, se
impide la reoxidación del NADH formado a partir del
NÁD'durante la glucólisis. Bajo estas circunstancias,
el NADH se."oiida mediante el acoplamiento de la
reducción del piruvato a lactato, y el NAD* formado
de esta..rar"tá permite que proceda la glucólisis (fi-
gura 19-1). Por tanto, ésta puede acontecer bajo
óondiciones anaerobias, pero esto tiene un precio: re-
duce la cantidad de energía liberada por cada mol de
glucosa oxidada. En consecuencia. para proporcionar
úna cantidad determinada de energía se necesita la
glucélisis de mucha más glucosa bajo condiciones
ánaerobias que bajo condiciones aerobias'
LAS REACCIONES DE LA GLUCÓLISIS
CONSTITUYEN LAVfA PRINCIPAL DE
LA UTILIZACIÓN DE LA GLUCOSA
La ecuación general de la glucólisis desde la glucosa
hasta el lactato es como sigue:
Glucosa + 2ADP + 2Pi) 2r-(+)-Lactato
+ 2ATP + 2l1zO
Todas las enzimas de lavía de la glucólisis (figura 19-2)
se localizan en la fracción extramitocondrial soluble
de 1a célula, el citosol, si bien cada vez se dispone de nT ás
evidencia con respecto a la vinculación de algunas enzi-
mas con estructuras subcelulares, además ciel citosol'
Estas enzimas catalizan las reacciones involucradas
en la glucólisis de la glucosa hasta piruvato y lactato
de la manera que se señala en los párrafos siguientes'
La glucosa ingresa a la vía glucolítica mediante
ia fosfbrilación a glucosa 6-fosfato a cargo de la enzirna
hexocinasa. Sirr embargo, en las células parenquimato-
sas hepáticas y en las células de los isiotes pancreáticos
esta réacción la cataliza 1a glucocinasa; la actividad
hepática de ésta se induce y afecta por los cambios en
el estado de nutriciórr. Se necesita ele1 A'TP como do-
nador de fosfato y, a1 igual que en muchas reacciones
de fosforilación, el ATP reacciona en fotma de com-
plejo Mg-ATP. Se utiliza el fbsfato terminal de alta
énérgia delATP y se formaADP. La reacción se acom-
paññonuna pérdida considerable de energia en forma
de caior y, por tanto. bajo condiciones f,rsio1ógicas se
considerá Corno irreversible. El producto, la glucosa
6- fosf"ato. inhibe a la hexocinasa de manera alostérica'
Mg'"
Glucosa + ATP
-------*
Glucosa 6-tre51¿16 + ADP
La hexocinasa, presente en prácticarnente Ia totalidad
de las célu1as extrahepáticas, posee Lrna gran afinidad
(baja K,,) por el sustrato correspondienle, lagiucosa'
Su"tunciOn consiste en asegurar, mediante la fosfo-
rilación de toda la glucosa que ingresa a la célula, el
suministro de glucosa parribs tejidos, incluso en pre-
sencia de concéntraciones bajas de glucosa sanguínea;
de esta manera mantiene un alto gradiente entre la con-
centracióu de glucosa en la sangre y la del ambiente
intracelr¡iar. Esta enzima actira sobre los anómeros
ü- y
P-
de la glucosa y también cataliza la fosforilación
de biras hexosas, pero a una velocidad mucho menor
respecto de la glucosa.
La función de la glucocinasa consiste en remover
ia glucosa de la sangre después de una comida' A dife-
reñcia de la hexocinasa tiene una K* alta para la glu-
cosa, y opera de manera óptima a concentraciones san-
guineás áe la glucosa por arriba de 5 mmoi/L (I1gura
)t s).
gttu
enzimaes especifica parala glucosa'
La giucosa 6-fbsfato es un compuesto irnpofiante
en el entronque de va¡ias vías metabólicas (glucóiisis.
gluconeogénesis, vía del fosfato de pentosa, gluco-
génesis y glucogenólisis). En la glucólisis se convierte
a fructosa 6-fosfato mediante la fosfohexosaisomerasa
en un proceso qlie comprende una isomerización
aldosacetosa. Esta enzirna sólo actua sobre el anómero
cx- de la glucosa 6-fbsfato.
cr-o-Glucosa G-fosfato ) cx-o-Fructosa 6-fosfato
A csta reacción 1e sigue otra fosforilación con AIP
aafalizada por la enzima fosfofructocinasa (fosfo-
Ciucosa Glucógeno
C6
(Ca)"
\/
\/
\/
Fosfatos de hexo§a
c6
Fosfato dé triosa
ca
-.{- Fo§latodetriosa
Ct
Hzo
o2
ffi*lj
Piruvato
Figura 19-1. Resumen de la glucólisis. Q, bloqueado por
las condiciones anaerobias o por ausencia de mitocondrias
con enzimas respiratorias importantes, por ejemplo, en los
eritrocitos.
224 . Bioquímica de Harper '
(Capítulo 19)

291. Ghtcólísis y oxidación del piruvato .
225
F_O
H/t rH
t/H
nErroclNAsA I
rc'**ryq
Mg'*
Glucógeno
I
Y
Glucosa 1-fosfato
I
+^
r+
9 -o.t
(D
I
H-C*OH
t^
_+ cHr- o
-(P)
Gliceraldeído
cHr-o-@)' ' cu"-o lñ
/
ATP ADP "
-NADH
+_
J I rosrornrosn
I
L-§eyEllr_.1
3-Fosfogli6erato 1,S-Bisfosfoglicerato +H'
*
coo-
l^
il - C -O-(P) 2-Fosfoglicerato
I
cH2oH
*nkff'[koil
{t
coo-
i
^
Fosfoenolp¡ruvato
C
-
OrL( P)
[
- v
oxidación
cH¿ '!:,J:':i?,Í3'
¡¡o,, ?
ADP
Fr*¡vArol I
-
I
^rp
I
oINASA i
I
t ^"
I
c00* coo-
I ¡"ññntlna^
coo-
I
mosFocllcERAro_l
[_ cr¡resr
I
Mg'*
D-Fructosa 1,S-bisfos{ato
H
OHH
HOr
a-o-Glucosa 6-fosfato
Anaerobiosis
mDodñ
N-_^_rñ
I ;'', "
/
c=o
3 CHrOH
Fostato de dihidrox¡acetona
t
NADH + H+NAD+
f
EsDontáneo
C-CH > 6;-9
iit
cH. cH"
(Enol) (Ceto)
Piruvato P;ruvato
coo*
I
HO-C*H
I
cHs
L(+)-Lactato
Figura 19-2. Vía de la glucólisis. @, -pof; p, HOpO,r; e,
inhibición. Con asterisco: los átomos de carbono 1 a 3 del
bisfosfato de fructosa forman fosfato de dihidroxiacetona, en ianto que los carbonos 4 a 6 forman gliceraldehído 3{osfato. El
té¡mino "bis-", como en bisfosfato, indica que los grupos fosfato están separados, en tanto que en el difosfato indica que tales
grupos están unidos, como en el difosfato de adenosina.
ATP
n-o-Glucosa
MUfASA
cHr- o -
(D
] 7o1 c.rrou
Cadena respilatoria
rnitocóndrica
3ADP
+P¡

292. 226 . Bioquímica de Harper
(Capítulo 191
fructocinasa-l) para producir fructosa 1,6-bisfosfato.
La fosfofructocinasa es una enzima alostérica e indu-
cible cuya participación se considera imporüante en la
regulación de la velocidad de la glucólisis. Lareac-
ción de la fosfofructocinasa también puede consi-
derarse funcionalmente irreversible en condiciones
fisiológicas.
o-Fructosa 6-fosfato + ATP t o-Fructosa 1,6-bisfosfato
La fructosa 1,6-bisfosfato se escinde mediante la aldo-
lasa (fructosa 1,6-bisfosfato aldolasa) en dos fosfatos
de triosa, gliceraldehído 3-fosfato y fosfato de dihidro-
xiacetona.
o-Fructosa 1, G-bisfosfato <+ o-Gl iceraldeh f do 3-fosfato
+ Fosfato de dihidroxiacetona
Se han descrito varias aldolasas diferentes, pero todas
contienen cuato subunidades. La aldolasa A se pre-
senta en la mayor parte de los tejidos, y en el hígado y
el riñón existe, además, la aldolasa B. Los fosfatos de
fructosa se presentan en la cólula, sobre todo forma
furanosa, pero reaccionan con la fosfohexosa iso-
merasa, la fosfofructocinasa y la aldolasa en la con-
figuración de cadena abierta.
H*C:O
I
H-c*oH
l^
cH,-o-e)
Gliceraldehído 3-fosfato
La enzima fosfotriosa isomerasa interconvier-
te el gliceraldehido 3-fosfato y el fosfato de dihidro-
xiacetona.
o-Gliceraldehldo 3-fosfato <+ Fosfato de
dihidroxiacetona
La glucólisis prosigue con 1a oxidación del gliceral-
dehído 3-fosfato a 1,3-bisfosfoglicerato y, mediante
la actividad de la fosfotriosa isomerasa, el fosfato de
dihidroxiacetona también se oxida a 1,3-bisfosfo-
glicerato por vía del gliceraldehído 3-fosfato.
o-Gliceraldehído 3-fosfato + NAD* + Pi +»
'1
,3-Bisfosfoglicerato
+ NADH + H.
La enzimaresponsable de la oxidación, la gliceral-
dehido 3-fosfato deshidrogenasa, depende del NAD.
Desde el punto de vista estructural, esta enzima consta
de cuatro polipéptidos idénticos (monómeros), que
forman un tetrámero. En cada polipéptido existen
cuatro grupos
-SH,
que proüenen de los residuos de
cisteína al interior de la cadena polipeptídica. Uno
de los grupos
-SH
sé ubica en el sitio activo de la
enzima (figura 19-3). Inicialmente, el sustrato se com-
bina con este grupo
-SH
para formar un tiohemia-
Oxidación
del sustrato
mediante el
NAD+ enlazado
S*Enz
Cornplejo enzima-su§tralo
HS
-
Enz
Ottr@
i-
I
H*C*OH
I
cH2-o-
1,3-b¡stosloglicerato
S-Enz
lntermediario abundante en energÍa
Figura 1g-3. Mecanismo de la oxidación del gliceraldehído 3-fosfato. (Enz, gliceraldehído 34osfato deshidrogenasa.) La
enlima se inhibe por el yodoacetato, un veneno para el
-SH,
y el compuesto puede, por tanto, inhibir la glucólisis.
S-Enz
¿
c:o
I
H-c-oH
I
cH2-o-
Ál
§?
Á\
tH,
l^
cHr-o-(!,
NAD*

293. cetal y, mediante oxidación, éste se convierte en un
éster tiol de alta energía; los hidrógenos que se remue-
ven por esta oxidación se transfieren al NAD* enlaza-
do a ia enzima. El NADH producido en la enzima no
se enlaza a ésta con la misma firmeza que el NAD*.
En consecuencia, una molécula de NAD* desplaza
tácilmente al NADH. Por último y mediante fosfo-
¡ólisis, se adiciona fosfato inorgánico (P) para formar
i,3-bisfosfoglicerato y liberar la enzima con un grupo
-SH
reconstituido. La energía liberada durante la
oxidación se conserva mediante la formación de un
grupo sulf"ro de alta energía, el cual, después de la
fosforólisis, se convierte en un grupo fosfato de alta
energía en la posición 1 del 1,3-bisfosfoglicerato. Esre
fosfato de alta energía reacciona subsecuentemente
con ei ADP y se captura como AIp; esta reacción,
catalizada por la fosfoglicerato cinasa, libera 3-fos-
foglicerato.
1.3-b¡sfosfogl¡cerato + ADP <+ 3-fosfoglicerato + ATp
Debido a que en la glucólisis se forman dos molécu-
1as de triosafosfato por cada molécula de giucosa, en
esta etapa se generan dos moléculas de ATp por cada
molécula de glucosa, un ejemplo de la losforilación
"a nivel de1 sustratcl".
En presencia de arsenato, éste compite con el fos-
thto inorgánico (P,) durante ias reacciones ya men-
cionadas para dar 1-arseno-3-fosfoglicerato. Este com-
puesto se hidroliza de manera espontánea para dar
-l-lbsloglicerato y caior, sin generación de ATp_ Esto
constituye un ejemplo in.rportante de ia capacidacl
riel arsenato para desacoplar la oridación de la lbs-
lorilación.
La enzima fosfoglicerato rnutasa convierte a
2-tbsfoglicerato ei 3-fosfoglicerato proveniente de 1as
reacciones antcriores. Es probable qrie el 2,3-bisfos-
fogiicerato (difosfogiicerato, DPG) constituya un inter-
mediario en esta reacción.
.
3-fosfoglicerato <+ 2-fosfoglicerato
La etapa subsecuente se cataliza mediante la enolasa
e involucra una deshidratación y la redistribución de
ia energía en el interior de la molécula, con lo cual ei
foslato en ia posición dos alcanza alta energía y se
produce l-osfoenolpiruvato. La enolasa se inhibe por
ei fluoruro, propiedad que puecie utilizarse cuando se
requiere detener la glucólisis en la sangre previo a la
determinación de giucosa. La enzirna también depen-
de de Ia presencia de Mg2- o de Nhr2*.
Z-fosfoglicerato <+ Fosfoenolpiruvato + HrO
El fosfato de alta energía dei fbsfoenolpimvato se
transfie¡e atr ADP mediante la enzima piruvato cinasa
para generar, en csta etapa, dos moiéculas de Afp pcr
Glucólisis y oxidación del piruvato . 227
cada molécula de glucosa oxidada. Ei enolpiruvato for-
mado en esta reacción se convierte espontáneamente
a la forma ceto del piruvato. La anterior es otra reac-
ción desequillbrada, que se acompaña con una pérdida
considerable de energía iibre en forma de caloq y debe
considerarse como fisiológicamente irreversible.
Fosfoenolpiruvato + ADP + piruvato + ATp
El estado redox del tejido determina cuál de las dos
vías se sigue a continuación. Si prevalecen las condi-
ciones anaerobias, se impide la reoxidación del NADH
mediante la transferencia de los equivalentes reductores
al oxígeno en la cadena respiratoria. Et NADH reduce
el piruvato a lactato en una reacción catalizadapor la
lactato deshidrogenasa. Se han descrito varias isoen-
zimas de esta enzima, que son de importancia clínica
(capítulo B).
Piruvato + NADFI + H" <-+ r-(+)-Lactato + NAD.
La reoxidación del NADH a través de la formación
del lactato permite a la glucólisis proseguir en ausen-
cia de oxígeno ya que regenera suficiente NAD* para
otro ciclo de la reacción catahzada por la gliceral-
dehído 3-fosfato deshidrogenasa. En condiciones
aerobias, el piruvato ingresa a las mitocondrias y des-
pués de su conversión en acetil-CoA se oxida a CO2
en el ciclo del ácido cítrico. Los equivalentes reduc-
tores provenientes del NADH + H* formados en la
glucólisis se transportan al interior de las mitocondrias
para su oxidación por medio de I de las 2 lanzaderas
descritas en el capífulo 14.
Los tejidos que funcionan bajo
c¡rcunstancias hipóxicas tienden
a produc¡r lactato (figura 19-2\
El postulado anterior resulta particularmente válido
para las fibras blancas del músculo esquelético, en las
cuales la velocidad de ejecución de trabajo por el órga-
no no está limitada por su capacidad de oxigenación.
I-as cantidades adicionales de Lactato p_-Joducidas
pueden detectarse en tejidos, sangre y orina. En los eri-
trocitos. la glucólisis siempre termina en lactato, inclu-
so bajo condiciones aerobias, debido a la aúsencia de
Ias mitocondrias que contienen la maquinaria enzimá-
tica para 1a óxidación aerobia del piruvato. El eritrocito
de los mamíferos se distingue en que al menos 90oA de
sus requerimientos energéticos totales proviene de la
glucólisis. A<iemás de las fibras blancas del músculo
esquelético, músculo liso y eritrocitos, otros tejidos
que obtienen la mayor parle de la energía a partir de Ia
glucólisis y producen lactato incluyen encéfalo, vías
gastrointestinales, médula renal, retina y piel. por
lo
general, el hígado, riñones y corazón capfuran el iactato
y lo oxidan. pero en condiciones hipóxicas.

294. 228 . Bioquímica de Harper Gapítulo
19)
uc0
sql
qu¡l
Si bien la mayor parte de las reacciones glucolíticas
es reversible, tres son notablemente exergónicas y,
por tanto, deben considerarse fisiológicamente irre-
versibles. Estas reacciones están catalizadas por la
hexocinasa (y la glucocinasa), la fosfofructocinasa
y la piruvato cinasa, y son los sitios principales de la
iegulación de la glucólisis. Las células capaces de
eféctuar un movimiento neto de metabolitos hacia
la síntesis a través de la vía glucolítica (gluconeo-
génesis), 1o hacen debido a la presencia de sistemas
énzimáticos diferentes, que proporcionan vías alter-
nas que esquivan las reacciones irreversibles cata-
lizadás por 1as enzimas antes mencionadas. Estos sis-
temas enzimáticos y la regulación de la glucólisis se
comentan en la regulación de la gluconeogénesis en
el capítulo 2l .
En los eritrocitos de muchas especies de mamíferos es
posible suprimir la etapa catalizadapor la fosfoglice-
iato cinasa mediante un proceso que disipa de manera
eftcaz, en forma de calor, la energía libre asociada al
fosfato de alta energía del 1,3-bisfosfoglicerato (figu-
ra 19-4). La conversión del 1,3-bisfosfoglicerato en
2,3-bisfosfoglicerato se catalizapor una enzima adi-
cional, la biifosfogticerato mutasa. La conversión
del 2,3-bisfofoglicerato a 3-fosfoglicerato se cataliza
por la 2,3-bisfosfoglicerato fosfatasa, actividad que
iambién se atribuye a la fosfoglicerato mutasa. Lapér-
dida de un fosfato de alta energía signif,rca que en esta
vía de la glucólisis no existe producción neta de AIP;
esto puedé constituir una ventaja para la economía del
eritócito, ya que permitiría la continuación de la
glucólisis bajo requerimientos mínimos de AIP. Sin
embargo, el 2,3-bisfosfoglicerato, presente en gran-
des coñcentraciones, se combina con la hemoglobina
y causa una disminución de la afinidad de ésta por el
óxígeno y un desplazamiento hacia la derecha de la
curva de disociación de la oxihemoglobina. De esta
manera ia presencia de1 compuesto en los eritrocitos
ayuda a la oxihemoglobina a descargar el oxígeno
(capítu1o 7).
Antes de que el piruvato pueda ingresar al ciclo del
ácido cítrico, debe transportarse al interior de la mito-
rlisis está
de ¡nvolur
libradas
I
H-C-OH
I
cHr-o-e
Gl iceraldehído 3-f osfato
''{41H,*,
I I oes¡
I
*oo* * **
cLtcEFALDEHloo
g-FosFATo
o
ll^
C-O^,(P)
t-
H*C*OH
I
cnr-o-@
'1,3-bisf osfoglicerato
FOSFOGLICERATO
CINA§A
coo-
I
H-ó-o-lñ
l^
cur-o -@)
2,3-bi§f osf oglicerato
,/
-/1,,
--1_--_-
.--
fz,+ersrosroeltc=n¡rol
I FOSFATASA
I
coo-
I
H-C-OH
t^
cHr-o-(r,
3-fosfoglicerato
l---"> Piruvato
Figura 19-4. VÍa del 2,3-bisfosfoglicerato en los eritrocitos'
condria por medio de un transportador de piruvato
especial, que contribuye a su paso a través de la mem-
brana interna mitocondrial. Esto implica un mecanis-
mo simport col el cotransporte de un protón (figura
l4-t2). En el interior de la mitocondria, el piruvato
se descarboxila por oxidación a acetil-CoA. Esta re-
acción se cataliza mediante varias enzimas diferentes
que trabajan en secuencia como un complejo multien-
iimático asociado con la membrana interna mitocon-
drial. Tales enzimas se denominan, colectivanrente, como
el comp§o de la piruvato deshidrogenasa, y son aná-
logas al complejo de la c-cetoglutarato deshidroge-
naia en el ciclo del ácido cítrico (figura 18-3). La des-
carboxilación del piruvato a cargo de la piruvato
deshidrogenasa, componente del complejo erzimá-
tico, forma un derivado hidroxietilo del anillo tiazol
del difosfato de tiamina enlazado a la enzima; éste,
a su vez, reacciona con la lipoamida oxidada, el grupo
prostético de la dihidrolipoil transacetilasa, para for-
mar acetil lipoamida (figura 19-5). La tiamina es un
miembro importante del complejo de la vit¿mina B
(capítulo 52).La acetil lipoamida reacciona con la
coenzima A para formar acetil-CoA y lipoamida re-

295. ducida. El ciclo de la reacción se completa cuando
la lipoamida reducida se reoxida mediante una flavo-
proteína con FAD, en presencia de la dihidrotipoilo
deshidrogenasa. Finalmente, el NAD+ oxida la flavo-
proteína reducida, al tiempo que transfiere los equiva-
lentes reductores a la cadena respiratoria.
Piruvato + NAD* + CoA, Acetil-CoA + NADH + H* + COz
El complejo de la piruvato deshidrogenasa consta de
cierto número de cadenas polipeptídicas de cada una
de las tres enzimas componentes organizadas en una con-
figuración espacial regular. Al parecer, el movimiento
o
I
Glucólisis y oxidación del piruvato . 229
de las enzimas individuales está restringido, y 1os in-
termediarios metabólicos no se disocian libremente,
sino que pernanecen enlazados a dichas enzimas. Tal
complejo enzimático, en el cual los sustratos pasan
de una enzima a la siguiente, incrementa la viloci-
dad de la reacción y elimina las reacciones colaterales
para aumentar la eficiencia del conjunto.
Debe hacerse notar que el sistema piruvato deshi-
drogenasa tiene un potencial redox suficjentemente
negativo con respecto a la cadena respiratoria para que,
además de generar una coenzima reducida (NADH),
también se genere un grupo tioéster de alta energía en
la acetil-CoA.
CH3-C-COO-+H+
Piruvato
Acel;lo
lipoamida
I
(,
o*a,z*
S-S
il
o
lateral de la lis¡na
z'-
¡7
t/
/A
:+
E
Dihidrolipoamida
CH,-CO-S-CoA
Acetil-CoA
Figura 19-5. Descarboxilación oxidativa del piruvato a cargo del complejo de la piruvato deshidrogenasa. El ácido lipoico se
une mediante un enlace amida a un residuo de lisina del componente'transac'et¡lasa en el com-ple.¡ó-ánz¡mat¡co. El ácido
forma un brazo largo y flexible.que permite al grupo prostético d'e éste girai O; manera secuencial entre los sitios activos de
cada.enzima.en el complejo. (NAD., dinucleOtioo oé nicotinamida y ad-enina; FAD, dinucleótido oe Í¡áviniy adenina; TDp,
difosfato de tiamina.)
CoA-SH
PIRUVATO
DESHIDROGENASA
I
."o
o=1 ?
|.I,..-.-
^/-
-
t'
LE,--.-.r*
^
"
Liooamioa oxioaoa
h2c( '
t2
)tut{-,
DIHIDBOLIPOILO
TRANSACETILASA
<*-Áddo lipoico---->-<- Cadena
DIHIDROLIPOILO
DESHIDROGENASA

296. 230 . Bioquímica de Harper
\u$ruru\s ssgetrususe'rs\e1srs'us1ts\'ut-
tos,'l a acetil-C oA y el N ADH (fr gura 1 9-6). También
está regulada por la fosforilación de tres residuos de
serina del componente piruvato deshidrogenasa del
complejo multienzimático, catalizada por una cinasa
específica para AIP que disminuye la actividad; así
como por la deslosforilación, a cargo de una fosfatasa,
que incrementa ia actividad de la deshidrogenasa. La
cinasa se activa al aumentar los índices [ATP]/[ADP],
[acetil-CoA]/[CoA]
y INADHI/INAD'].
Por tanto, la
piruvato deshidrogenasa y, en consecuencia, la glucó-
lisis, se inhiben por un potencial de alta energía así
como en condiciones de oxidación de ácidos grasos,
_(Ca_pínlo
19
ya que ambas situaciones incrementan estos índices.
Así, durante el ayrno, cuando se incrementa la con-
centración de los ácidos grasos, se presenta una dismr-
nución en la proporción de la enzima en forma actir ¡
y esto da lugar at ahorro de carbohidratos. Despul.
(e aürt\§istc\§t üe rrrsuha tutsqtrlal-a ::'-
üaüere\qüo ailrposo,pels es\i x-:: . .-. -'''.'r!ft
senta en e1 hígado.
Cuando I mol de glucosa se quema en un calori
hasta CO2 y agrta, se liberan en forma de calor
de2 870 kJ. Durante la oxidación en los tejidt
parte de esta energía no se pierde de inmediam
m
PDH-a
(ENZIMA DESFOSFO act¡va)
Mg'*
PDH FOSFATASA
t
lo
Mg2+, ca2+
na
adiposo
I Acétil-CoA ] f NADH I IATP ]
ICoAI TÑAFT i-nnP I
\. l^L
le) tr, /1,
/
\"|/Qoicnro*
^,+ (¡ r /_/e
"""-
L1r
i@ ctñM L^-.*,X,*pt^.
\
\e
lnsuli
(en el
'tejido
Figura l
g-6.
Regulación de la piruvato deshidrogenasa (PDH). Las flechas onduladas indican los efectos a cs:3- - -
laáón mediante-inhibición por ei producto final. B: Regulación mediante interconversión de las formas ac.. 'z =
PDH-b
(IENZIMA FOSFO '=-,-.
Acetil-CoA
Piruvato

297. calor, sino que se "captura" en forma de fosfato de
alta energía. Por cada molécula oxidada hasta CO, y
agua se generan alrededor de 38 moles de AIp. In vivo,
se ha calculado que la AG para la reacción de la AIp
sintasa es de aproximadamente 51.6 kJ. De esto se de-
duce que la energía total capturada en elATp, por cada
mol de glucosa oxidado, es de I 961 kJ, equivalente a
cerca de 68% de la energía de la combustión. La ma-
yor pafie del ATP se forma como consecucncia de la
fosforilación oxidativa derivada de la reoxidación de
las coenzimas reducidas por la cadena respiratoria. El
resto se genera por la fosforilación a "nivel cle sustrato,,
(capítulo 14). El cuadro l9-l indica las reacciones
lesponsables de la generación del foslato de alta ener-
gía durante la oxidación de la glucosa y la producción
neta en condiciones aerobias v anaerobias.
El arsenito y los mercúricos forman complejos con
los grupos SH del ácido lipoico, e inhiben a lapimvato
deshidrogenasa, al igual que la insuficiencia dieté-
tica de tiamina, permitiendo la acumulación del piru-
vato. Los alcohólicos con privación nutricional pre-
sentan insuflciencia de tiamina, y al administrarles
glucosa acumulan rápidarnente pimvato y ácido lácti-
Glucólisis y oxidación del piruvato .
231
co; este último con frecuencia resulta mortal. Los
pacientes con insuficiencia hereditaria de la piru-
vato deshidrogenasa, que puede deberse a defec-
tos en uno o más de los componentes del complejo
enzimático, presentan acidosis láctica, en particular
después de una carga de glucosa. El cerebro, debido
a su dependencia respecto de la glucosa como com-
bustible, es un tejido relevante en el que estos defec-
tos metabólicos se manif iestan como trastolxos neu-
ro1ógicos.
Se conocen mutaciones en prácticamente todas
las enzimas del metabolismo de los carbohidratos y,
en los humanos, tales mutaciones se acompañan de en-
fermedad. La insuf iciencia hereditaria de la aldolasa A
y la insuficiencia de la piruvato cinasa eritrocitaria
producen anemia hemolítica. Los pacientes con in-
suficiencia de la fosfofructocinasa muscular
muestran poca capacidad para realizar ejercicio, en
particular con dieta abundante en carbohidraios. AI
proporcionar un combustible lipídico alterno, por
ejemplo, durante el ayuno, cuando aumentan en la
sangre los ácidos grasos libres y los cnerpos cetónicos,
se mejora la capacidad de rrabajo.
1. La glucólisis es la vía, presente en el citosol de todas
las células de mamífero, para el metabolismo de la
glucosa (o el glucógeno) hasta piruvato y lactato.
cuadro 19-1 . Generación del fosfato de alta energfa en el catabolismo de la glucosa
Vía Reacción catalizada por Método de producción del -@
Cantidad de ^@ formados
por mol de glucosa
GIucólisis Gl¡ceraldehído3-fosfatodesh¡drogenasa
Fosfoglicerato cinasa
Piruvato cinasa
Oxidac¡ón de 2 NADH en la cadena resp¡ratoria
Fosforilación a nivel de sustrato
Fosforilación a nivel de sustrato
6*
2
2
10
-2
TotalS
Dest¡nados al consumo de ATP en las reacciones catalizadas por la hexocinasa y la fosfofructocinasa
Ciclo del áci-
do cÍtrico
Piruvato desh¡drogenasa
lsocitrato deshidrogenasa
s-cetoglutarato deshidrogenasa
Succinato tioc¡nasa
Succinato deshrdrogenasa
Malato deshidrogenasa
Oxidación de 2 N,ADH en la cadena respiratoria
Oxidación de 2 NADH en la cadena resp¡ratoria
Oxidación de 2 NADH en la cadena respirator¡a
Fosfor¡lación a nivel de sustrato
Oxidación de 2 FADH, en Ia cadena respiratoria
Oxidación de 2 NADH en la cadena respiratoria
6
6
6
2
4
6
Total 30
Total por moles de glucosa en condiciones aerobias
Total por mol de glucosa bajo condiciones anaerobias
38
2
*SepresuponequeelNADHformadoenlaglucólisiSSetranSportaalinteriordelasmitoCondriaSmediantelalanzaderad"."t,ffi
3,"^:tl**:]:j:1::d^":l"
q["I?lg"l19
Tl"^Tj"rmarían
2 -@por cada mol de NADr-t, yia pro¿uccion neta totar sería de 36 en rusar de 38.
El cálculo ignora las cantidades pequeñas de ATP debidas al hánsporte del H'al ¡nterioi de la m¡tocondria con el piruvato üij; ,';;;ñ";
similar de H- en la operaciÓn de la lanzadera de malato, las cuales suman cerca de
'1
mol de ATp. obsérvese que bajo condicíones anaerobjas
se obtiene un beneflcio considerable cuando el punto de partida es el glucógeno; en este caso la producción toial de iosfatos de alta energía en
la g¡ucólisis aumenta de 2 a 3 debido a que ya no se consume ATP en la ráacción de la hexocinasa.

298. (Capítulo l9)
2i2 . Bioquímica de HarPer
2. Esta vía puede funcionar de manera anaerobia me-
diante laiegeneración del NAD" oxidado, necesario
en la reacción de la gliceraldehído 3-fosfato deshi-
drogenasa por medio del acoplamiento de esta reac-
ción a la reducción del piruvato a lactato'
3. El lactato es el producto hnal de la glucólisis bajo
condiciones anaerobias (p' ej , en el músculo en
ejercicio) o en ausencia de1 complejo metabólico
que realiza 1a oxidación subsecuente del piruvato
(p. ej., en los eritrocitos)
4. La glucólisis se regula por tres enzirnas catali-
zadáras de reacciones desequilibradas' a saber:
hexocinasa (o glucocinasa), fosfofructocinasa y
piruvato cinasa.
5. Ln los eritrocitos puede suprimirse el primer. sttto
senerador de ATP en la glucólisis' lo cual da lugar
í la seneración del 2,3-bisfosfoglicerato impofian-
i"-.-n L" disminución de la afinidad de la
hemoglobina Por
el 02.
6. El piÑato sebxida a acetii-CoA mediante un com-
pi.j¡" multienzimático conocido como 1a piruvato
d"rhid.og"rosa, que depende del cofactor vitalní-
nico dilosfato dc tiamina'
Z. io, paAecimientos quc implican alguna incapacidad
para metabolizar el piruvato, con frecuencla causall
acidosis láctica. I
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299. Peter A. Mayes, PhD, DSc
En los animales, el glucógeno es la forma principal para
el almacenamiento de los carbohidratos, y coresponde
al almidón de ios vegetales. Se presenta sobre todo en
el hígado (hasta 6%) y el músculo, pero en éste pocas
veces excede 1%. Sin embargo, debido a la gran masa
ntuscular, el glucógeno del músculo representa de 3 a 4
veces la resela hepática (cuadro 20-1). Al igual que el
almidón, es un polímero ramificado de la u-o-glucosa
(figura 15-15).
La función del glucógeno muscular consiste en actuar
como una l uente clisponible de unidades de hexosa para
la glucólisis en el propio múrsculo. El glucógeno hepá-
tico sirve en gran pafte, para el almacenamiento y
exportación de unidades de hexosa para conselar la
glucosa sanguínea, pal-ticulamente entre las comi-
das. Después de 12 a 18 horas de aluno el hígado quecla
casi completalnente desprovisto de glucógeno; sin
embargo, el glucógeno rnuscular sólo disminuye de
manera importante después del ejercicio vigoroso y
prolongado. Las enfermedades del almacenamiento
de glucógeno constituyen un gmpo de trastornos
Cuadro 20-1. Almacenamiento de carbohidratos
en los humanos adultos sanos (70 kg)
después de la absorción
hereditarios caracterizado por la movilización defi-
ciente del glucógeno o por el depósito de variantes
anormales de éste, lo cual causa debilidad muscular e
incluso la muerte.
La glucosa se losfbrila a glucosa 6-fosfato, una reac-
ción común a la primera reacción de la vía glucolítica
de la glucosa. Esta reacción se cataliza por 1a hero-
cinasa musculary la glucocinasa hepática. La glucosa
6-flosfato se convieúe en glucosa 1-fostato en una re-
acción catalizada por la enzima fosfbglucomutasa. La
propia enzinta está fosforilada y el grupo fbsfato par-
ticipa en una reacción reversil¡le en la cual ia glucosa
1,6-bisfosfato es un interr¡ediario.
Enz-P + Glucosa 6-fosfato e+
Enz + Glucosa 1,6-bisfosfato <->
Enz-P + Glucosa 1-fosfato
A continuación,la giucosa 1-fbsfato reacciona con el
trifosfato de uridina (UTP) para fomrar el nucleótido
aotivo difbsfato de glucosa y uridina (UDpGlc);*
(figura 20-2).
*Se
conoccn otros nucleósiclo difosfato dc azúcarcs, como
el UDPGal. Acletnás, el mismo azitcar puede enlazarse a
nucleótidos diferentes. Por ejemplo. la glucosa puede cn-
lazarse a nucleósidos dc r-Lridina (corno sc rnuestra antes).
asi cor¡to a los dc guanosina, iimidir¡a, adenosina o
citidina.
Glucógeno hepát¡co
Glucógeno muscular
Glucosa extracelular
4.Ao/o = 72 g*
0.7ó/o = 245 g¡
0.1%= 1091
327 g
*
Peso hepático de 1 800 g.
1
Masa muscular de 35 kg.
+
Volumen total de 10 L.
:JJ
20
Metabolismo del

300. (Capítulo 20i
234 ' Bioquímica de HarPer
Glucógsno
{Unidades
1.-4 Y
1
-6
glucosilo)x
-r-
/ l*,*,¡eanMlFIcAñl
/
(Unidadés 1-4 glucosiloir
lnsulina
l^
re)
+
i_-
I t3/
I
Glucagón
Ad16nalina
e o
+--:--- oAMP --*---+tresrgsM
Glucosa l¡lleradá
por ia enzima
desramilicante
fujJir"-Prlj¡-oJJ l
A ]a vía de la a¡ucól¡sis
y d€l foslalo de Pentofr
Figura 20-1. Vias de ra grucogénesis y de ra grucogenotsr-s nei'ati"cas
,E:,g:::^olporación
de 1 mor de
-grucosa
a grucógeno
se utitizan dos fosfatos de attá energía. @ Estimulaci;, O iñiil"áiJ;. t-a insul¡naiisminuye la concentración del cAMP sólo
después de un aumenro práür.tJo ñoi
giícagón o aorenaiña; es decir, antagoniza ia acción de éstos El glucagón está activo
en el músculo card¡a§o, p";;;;;;; ;úscu'ío esquetát'ilo.6on ásterísco: Iá glucano transferasa y la enzima desramificante
;;r"d;;; il; activ¡o'áaes diferentes de la misma enzima'
La reacción entre la giucosa l-fosfato y el trifos-
fato de uridina está cataliiada por la enzima UDPGIc
pirt-.tbslbriiasa.
UTP + Glucosa 1-fosfato
'
gppQl6 + PPi
La lldrólisis subsecuente del pirofosfato inorgánico"
a cargo de la pirofosfatasa inorgánica' impulsa la reac-
ción hacia ia dercclia de la ecuación'
Mcdiante la acción de la enzima glucógeno sinta-
sa. ei C, cle la giui:osa activada del UDPGlc, tbrma un
.,-tiu.*. gtt totfri.o .on el Ca dc un residuo terminal de
shrcosJ del qlrruó¡4eno. y libera e1 difostato de uridina
iilop¡. Para.-iniciár esta reacción debe haber una mo-
iécul. pr..tistentc de §lucógeno,.
o "glucógeno
prirnor-'tiir,ri". El glucógeno prirnordial puede, a su vez'
f.o*u.u. sobr'; uua proteína cebadora conocida como
glucogenina.
ulucosila en un residuo específico de tirosina me-
iiá"" .l UDPGlc. Mas residuos de glucosa se enla-
zan en la posición 1 ) 4 para fotmar una cadena corla
sobre la cual actúa la glucógeno sintasa' En el múscn-
io
"sqr.téti.o,
la glucogenrna permanece enlazada er.t
.l ..rrtro cle la mo'Íéculi de glucógeno (figura 15 15)'
etuzoH
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UDPGIc + (C6)" +
Glucógeno
UDP + (Co)".r
Glucógeno
de 37 kDa qlre se
*--ryr!-*----'Y.*+/-*.J
Glucosa Difosfato Uridina
Figura 20-2. Difosfato de glucosa y uridina (UDPGIc)'
lor-ucocruol
l_
sr*ms¡
primordial'
La glucogenina es una Proteina
z de qlucosa
Y
{
undrna (UDPGlc}
A la vía del
ác¡do urén¡cü
i
-''
Tr¡losfatode
UDP uídina (UTP)
\"' t
\/
\-/
>-<
7 _...-'----'....-- _\
./lNUcLEo§lDoi\
'lorrosroi.*-
ATPicr¡lns¡lAUr
Glucosa 1-fosfato

301. La adictón de un residuo de glucosa a una cadena de
glucógeno preexistente, o
,.primordial,,,
tiene lugar en
el extremo exteriorno reductórde la moléá,,Iu, á"niun.ru
que las "ramas" del '.árbol,'de glucógeno.....o
u *._
dida que se forman los enlaces I + + ¡igura Z0_3). Una
vez que la cadena incluye como mininto l l residuos
de glucosa, la enzima ramificante (amilofl -r +1 ->
[1 a 6]-transglucosidasa) transfiere.rnu pur1. d. lu
cadena-1 t 4 (con una longitud mínima de seis resi_
duos de glucosa) a la cadeña adyacente para fbrmar
un enlace I i 6, con io cual estáblece r_rn punto de
ramificación cn la molécula. Las'ramas
"r^"."n
-._
diante adiciones subsecuentes de unidades i + 4-glu_
cosilo y más ramil'icaciones. La cantidad total de si_
tios reactivos en la urolécula aumenta conforÁc se
incrementa la cantidad de residuos tcrminales no reduc_
tores; esto acelera la glucogénesis y la glucogenólisis.
en tanto que en el hígado la oantidad de moléculas de
glucógeno excede la cantidad de moléculas c{e slu_
cogenina.
El paso catalizado por la fbsforilasa limita la veloci_
dad de la eluct,gcnólisis
(Cu)" + P, t (Cu)"_, + Glucosa 1-fosfato
Glucógeno Glucógeno
Metabolismo del glucrigenr,l .
_?-l-i
Esta enzirna es especílica para ia escisión foslbrolí-
tica (fosforófisis; semejantJa hidrólisis) de los enlaces
i ; 4 del glucógeno para producir glucosa I _fbsfato.
Los residuos gh_rcosilo tenninales dé las cadenas más
extemas de las moléculas de glucógeno se remue_
ven secuencialmente, a partir de las cadenas más ex_
ternas en la molécula de glucógeno, hasta dejar apro_
ximadamente cuatro residuos áe glucosa u
"udu
ludo
de la ramificación I + 6 (figuri 20 4). Otra enzi_
ma, la o-[ ) 4l ) u-[l ) 4] glucano transferasa.
transfiere una unidad trisacáridá de una a otra rar.nas
y deja expuesto el punto de rami{,icación I ¿ 6. La esci_
sión hidrolítica de los enlaces I + 6 requiere la acción
de una enzima desramificante especifica (la amilo
fl + 6]glucocosidasa). Una vez rernovida la üma pue_
de proceder la acción subsecuente de la fosforiiasa.
L.a acción combinada de la fosforilasa y de las otras
enzimas cla lugar a ia escisión completa del glucógeno.
La reacción catalizada por la fosfoglu.orr,itu.u
",
,._
versible, de manera que se puede fbrma_r glucosa
!-f9sfa19
a partir de ta gtucosá I -fosfaro. fn át niga_
do (y riñón), pero no en el músculo. se presenta ulla
.llir1u especítica, la glucosa 6-fosf'atasa, que retira
el fosfato dc la glucosa 6-fosfato y permite ia fbmra-
ción de glucosa libre y su difusión deide la célula hasta
la sarrgre. Esta es la etapa final en la glucogenólisis
irepática
¡, se reflcja en un incrernent;de la"glucosa
sanguínea.
Las principales enzimas que controlan el metal¡olisnto
del glucógeno
-la
glucógeno fosforilasa y la glucógelro
,,,
lO-C
Entacer ,o-glu*",'d* ---T
l+il#:.}:rffiffi tf 1.
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Figura 20-3' Biosíntesis del glucógeno. El mecanismo de la ramificación, clemosirado mediante la adición de glucosa marca-cja con cla a la d¡eta de un animaivivo y el examen Jel glucógeno hepático a intervalos posteriores.

302. 236 . Bioquímica de Harper
(Capítulo 2t)t
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Figura 20-4. Etapas en la glucogenÓlisis.
sintasa- se regulan mediante una serie compleja de
reacciones, que incluyen mecanismos alostéricos así
como modificaciones covalentes debidas a fosfori-
lación y desfoslorilación reversible de la proteina
enzimática (capítulo 1 1 ).
Muchas modificaciones covalentes se deben a la
acción del cAN{P (ácido 3
',5'-adenílico
cíclico; AMP
cíclico; figuta 20 5). El cAMP es el intermediario
intracelular o segundo mensajero a través del cual ac-
túan muchas hormonas (capítulo 44). Se forma apartir
del ATP mediante la enzin.ra adenililc ciclasa. pre-
sente en la superficie intema de las membranas celu-
iares. Esta enzima se activa mediante hormonas como
la adrenalina y la noradrenalina, que actúan a tra-
vés de receptores p-adrenérgicos en la membrana celu-
lar y, en e1 hígado, mediante el glucagón, el cual actira
a través de un receptor de glucagón independier,te' El
cAMP se destruye por una fosfodiesterasa cuya actl-
vidad conserva la concentración, normalmente baja.
del cAMP. Se ha informado que la insuiina incrementa
la actividad de la enzima en el hígado, con lo que dis-
minuye la concentración del oAMP.
En el hígado la enzima se presenta en las formas acti-
va e inactiva. La fbsforilasa activa (fosforilasa a)
presenta un grupo hidroxilo, de una de sus serinas,
fosforilado en un enlace éster. Esta enzima se inactiva
a fosforilasa b por la acción de una fosfatasa específi-
ca, la proteinfosfatasa-l, en una reacción que implica
la remoción hidrolítica del fosfato en el residuo de
serina. La reactivación requiere 1a refosforilación con
AIP y una enzima específica, la fosforilasa cinasa.
La fosfbrilasa muscular es inmunológica y gené-
ticamente diferente de la hepática. Consiste en un
dímero en el cual cada monómero contiene I mol de
fosfato de piridoxal. Se presenta en dos formas: la
fosforilasa a, fosforilada y que actúa independiente-
mente de la presencia o ausencia del AMP (su modifi-
cador alostérico); y la fosforilasa l¡, desfosforilada,
que es activa sólo en presencia del AMP. La activación
tiene lugar durante el ejercicio, condición en la que
aumenta la concentración del AMP; con este meca-
nismo se proporciona combustible al músculct. La fos-
forilasa a es la forma normal, fisiológicamente activa,
de la enzirna.
La tbsforilasa en el mitsculo se activa por la adrenaiina
(figura 20 6). Sin embargo. no es un efecto directo.
sino mediado por la acción del cAMP. El incremcnto
de la concentración dci cA\4P activa una enzitna con
especificidad bastante amplia, la proteincinasa de-
pendiente del cAMP. Esta cinasa cafaliza la losfo-
rilación de ia fosforilasa cinasa b inactiva por AJP
para producir ltlsforilasa cinasa a activa; ésta. a su
vez y mediante una fosforilación subsecuente. activlr
la fosforilasa b y fonna fosfbrilasa a.
La proteincinasa inactiva, dependiente dc1
cAMP, consiste en dos pares de subunidades; cacla
par consta de una subunidad reguladora (I{), la cual
enlaza2 moles de cAN{P, y una subttnidad catalítica
(C) con el sitio activo. La combinación con el cAMP
produce la disociación dci complejo R2C, y libcra
ruonómeros C activos.
R C, + 4cAMP ) 2C + 2(R-oAMP,
Enzima Enzima
inactiva activa
3{

Fesiduos oe glucosa enlazacios
^ ^
f oorenlaces 1
-4-qlucosídicosv v)
-
Residiros de olucosa enlazados
rc
enlaces 1 * G"glucosídicos
Figura 20-5. Ácido 3',5'-adenílico (AMP cíclico, cAMP)

303. Metabolismo del glucógeno " 237
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304. 238 . Bioquímica de Harper
La glucogenólisis se incrementa en el músculo vartos
cientos de veces inmediatamente después del inicio
de la contracción. Esto implica la activación rápida de
la fosforilasa a consecuencia de la activación de la
fosforilasa cinasa por el Ca2-; esta misma señal inicia
la contracción. La fosforilasa cinasa muscular está for-
mada por cuatro tipos de subunidades, o, B,
y y 6,
representada corto (oBy6)a. Las subunidades u y
B
contienen residuos de serina que se fosforilan median-
te la proteincinasa dependiente del cAMP. La sub-
unidad 6 enlaza cuatro Ca2- y es idéntica a la proteína
l'rjadora de Ca2 calmodulina (capítulo 44). El enlace
del Car activa el sitio cataiítico de la subunidad y'
mientras la molécula peñnanece en la conf,rguración b
desfosforilada. Sin embargo, la forma a fosfbrilada sólo
se activa por completo en presencia del Ca2*. Es signi-
ficativo que la calmodulina tenga una estrucfura similar
a la troponina C (TpC), la proteína hjadora de Car en
el músculo. Es posible que una segunda molécula de
calmodulina o de TpC interactúe con la fosforilasa
cinasa y produzca un reforzamiento de la activación.
Por tanto, la activación de la contracción muscular y
de la glucogenólisis se llevan a cabo por la t.t.ristna
proteína f,rjadora de Car-, lo cual asegura la sincrotti-
zación de ambas.
Además de la importante parlicipación del glucagón
como inductor de la formación del cAMP y de la acti-
vación de la fosforilasa en el higado, se ha demostrado
que los reoeptores cx,, son los principales mediadores
de la estimulación de la glucogenólisis, estimulada por
la adrenalinay lanoradrenalina. Esto involucra una mo-
vilización de Car independiente del cAMP desde tras
mitocondrias hasta el citosol, a la cuai sigue tra estilnu-
lación de una fosforilasa cinasa sensible a Ca2*/cal-
modulina. La vasopresina, oxitocina y angiotensina II
tambión producen glucogenólisis independiente del
cAMP al actuar a través de1 calcio o de la via t1el bisfos-
fato de lostatidilinositol (figura 44- 10).
La fosforilasa a y la fosforilasa cinasa a se desfosforilan
e inactivan meáiante la proteinfosfatasa-1. Ésta se
inhibe por una proteína denominada inhibidor-1, que
se activa sólo después de fbsforilarse rncdiante una
proteincinasa dependiente del cAMP. Por tanto- ei
(CLpítub 2A)
cAMP controla la activación e inactivación de la fos-
forilasa (figura 20-6).
La insulina reÍüerza este efecto por inhibir la ac-
tividad cle la fosforilasa b; esto se realiza de manera
indirecta a consecuencia del incremento etl la captura
de glucosa, que aumenta la concentración de la gluco-
sa 6-fosfato. La glucosa 6-fosf-ato es un inhibidor pode-
roso de la fosforilasa cinasa.
lgual que la fosforilasa, la glucógeno sintasa se pre-
senta en estados fosforilado y no fbsfbrilado. Sin em-
bargo, a difbrencia de la fosforilasa, la variante activa
está desfosforilada (glucógeno sintasa a) y puede
inactivarse a glucógeno sintasa b por la fbsforila-
ción de siete residuos de serina a cargo de no menos de
seis proteincinasas diferentes. Los siete sitios para la
fbsforilación se localizan en cada una de las cuatro
subunidades idénticas. Dos de las proteincinasas son
dependientes de Ca2 /calmodulina (una de las cuales
coresponde a la fbsforilasa cinasa). Otra cinasa es la
proteincinasa dependiente del cAMP, que permite que
la acción hormonal mediada por el cAMP inhiba la
síntesis dei glucógeno de manera sincrónica con la acti-
vación de la glucogenólisis. Las cinasas restantes se
conocen como cinasas de la giucógeno sintasa -3, -'1
y -5. La insulina, por incrementar la concentración
intracelular de glucosa 6-fosfato, también promueve
la glucogénesis en el músculo ai tiempo que inhibe la
glucogenólisis. La glucosa 6-fbsfato estimula la dcs-
fosfbrilación y activación de la glucógeno sintasa.
Normalmente, la desfosforilación de la glucógeno
sintasa b se produce mediante ia proteinfbsfatasa- I que
está bajo el control de la proteincinasa dependiente
dei cAMP (figura 20-7).
La sintasa y la fosforilasa del glucógeno están contro-
ladas por sustrato (por alosterismo) y por hormonas.
Como consecuencia de un aumento en la concentra-
ción del cAMP no sólo se activa la fosforilasa (a través
de Ia fosforilasa cinasa) sino que, al mismo tiempo, la
glucógeno sintasa se convierte a la forma inactiva; am-
bos efectos están mediados por la proteincinasa

305. Adrenalina
i
neceotorg
l@
Adenililo I
*
u,urdsd ___-___-.+
ATP
Adenililó
ciclasa
acliva
I
l^
l(,
I
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f
FosFoprErEñASA I
^
^2r
PROTÉINCINASA
DE CALMODULINA
GLUCÓGENO C¡NTASA
b
(inactivo)
GLUCÓGENO CINTASA
a
(act¡vó)
1a susceptibilidad de los sitios prirnarios a la
fosforilación y a la desfosforilación. La fosforilación
en múltiples sitios también penrite que la insulina,
por el aumento de la glucosa 6-fosfato, genere efectos
que actúan de manera inversa a 1os corespondientes
al cAMP (fi-guras 20 6 y 20-7).
alrnasenamlenlo qet g¡ucogeno
son hereditarias
El término genérico de "enfermedades por almace-
namiento del glucógeno" intenta describirun grupo de
trastomos hereditarios caraclerizado por el depósito
en los tejidos de un tipo o una cantidad anormales de
glucógeno. En el cuadro 20-2 se resumen las gluco-
lnhibidor-1-Íostato T*pssrEí¡¡A l
{activo) l
f,
Figura 2O-7 . Control de la glucógeno sintasa muscular (n = cantidad de residuos cle gluccsa). La secuencia de las reacciones
organizadas en cascada produce la amplificación en cada etapa, lo cual permiie que cantidades nanomolares de la hormona
generen cambios ¡mportantes en la concentración del glucógeno. (GSC, glucógeno sintasa cinasa-3, -4 y -5; G6F, glucosa
6-fosfato.)
dependiente del cAMP. Por tanto, la inhibición de la
glucogenólisis forlalece la glucogénesis neta, y la inhi-
bición de la glucogénesis hace lo mismo con 1a glu-
cogenólisis neta. En la regulación del metabolismo del
glucógeno resulta de in-rportancia adicionai el descti-
brimiento de que la desfosforilación de la fosforilasa a,
fosforilasa cinasa y glucógeno sintasa b se logra ile-
diante una sola enzima de amplia especificidad, ia
proteinfosfatasa-l. A su vez, esta enzima se inhibe
mediante ia proteincinasa dependiente del cAMP a
través del inhibidor-1 (figura 20 8). Por tanto, es po-
sible terminar la glucogenóiisis y estimular la glu-
cogénesis (o viceversa) de manera sincronizada, ya
que ambos procesos inician con la actividad de la
proteincinasa dependiente del cAMP. La fosforilasa
cinasa y la glucógeno sintasa pueden tbsforilarse de
manera reversible en más de un sitio mediante cinasas
1, foslatasas diferentes. Estas fosforilaciones seoun-
darias (fosforilación de múltiples sitios) rrodif,rcan
Metabolismo del glucógeno .
239

306. (Capítulo 201
240. Bioquímica de Harper
Adrenalina
(higado,
Glucagón
(hígado)
I
UDPGIc
\
frosFoprESIERASÁ]
cAMp --+ S',AMP
Glucógeno
Ciclo del
glucógeno
Glucosa 1-fosfato
,/1\
Glucosa (híqado) Glucosa Lactato (mÚsculo)
Figura20-8'Gontro[coordinadodelaglucogenólisisydelaglucogénesisacargodelaproteincinasadependientedelcAMP.
Las reacciones que dan tugar a la glucogenólisis
"oro
é."rtt"oó de un incremento en las concentraciones del cAMP' se
muestran con flechas gruesas; las que se inhiben porü-a"iirá"¡¿n de la proteinfosfatasa-'t se presentan con flechas puntea-
das. con la disminución d" á.-áon..iñtr".iones del iAMp sucede lo inverso como resultado de la actividad de la fosfodiesterasa'
lo que lleva a la glucogénesis.
Cuadro 20-2. Enfermedades por almacenamiento del glucógeno,
Causa del trastorno
Características
Nombre
PROTEINCINASA
DEPENDIENTE
DtL cAMP
PROTEINA
FOSFATASA-1PROTEINA
FOSFATASA.l
Glucogenosis
Tipo I
Tipo ll
Tipo lll
Tlpo lV
Tipo V
Tipo Vl
Tipo Vll
Tipo Vlll
Enfermedad de von Gierke
Enfermedad de PomPe
Dextrinosis límite, enfermedad de
Forbes o enfermedad de Cori
Amilopectinosis, enfermedad de
Andersen
lnsuficiencia de la miofosforilasa,
síndrome de McArdle
Enfermedad de Hers
Enfermedad de Tarui
lnsuficiencia de la glucosa 6-fosfatasa'
lnsuficiencia de la cx-13 4- Y 1+ 6-
glucosidasa lisosÓmica (maltasa ác¡da)'
Ausencia de enzima desramificante'
Ausencia de enzima ramificante.
Ausencia de fosforilasa muscular.
Defic¡encia de fosforilasa hepática.
Deficiencia de fosfofructocinasas muscu-
Células hepáticas y células tubulares renales
carqadas con glucógeno. Hipoglucemia,
laciiacidemia. cetosis, hiperlipidemia.
Mortal, acumulación del glucógeno en los
Iisosomas. insuficiencia cardiaca'
Acumulación de un polisacárido ramificado
característico.
Acumulación de un polisacárido con pocos
ountos de ramificación. Fallecimiento debi-
do a insuficiencias cardiaca o hepática en el
transcurso de los primeros años de vida
Disminución de la tolerancia al ejercicio; los
músculos presentan un contenido anormal-
mente alto de glucÓgeno (2.5 a4.1o/o)' Lactato
escaso o ausénte en la sangre después del
ejercicio.
Altó contenido de glucÓgeno en el hígado, ten-
dencia a la hiPoglucemia.
lgual que el tipo V pero con la posibilidad de
anemia hemolít¡ca.
lar y eritrocitaria.
Deficiencia de fosforilasa cinasa hepática' que el tipo Vl.
FOSFORILASA
CINASAa
)
TOSFORILASA
a
FOSFORILASA
b
\_/

307. genosis principales. También se conocen insuficiencias
de la adenililcinasa y de la proteincinasa dependien-
te del cAMP. Algunos de los trastomos descritos se
han beneficiado con el trasplante de hígado.
1. El glucógeno constituye laprincipal forma de alma-
cenamiento de los carbohidratos en los mamíferos
y se presenta sobre todo en hígado y músculo.
2. En el hígado su función principal consiste en servir
a los otros tejidos mediante la formación de gluco-
sa sanguínea. En el músculo, atiende exclusiva-
mente las necesidades del órgano como fuente de
combustible metabólico.
Metabolismo del glucógeno .
241
3. El glucógeno se sintetiza, por medio de la glucogé-
'
nesis, a partir de la glucosa y otros precursores. Se
degrada for
una vía diferente conocida como gluco-
genólisis. En el hígado ésta forma glucosa, y en el
músculo lactato, debido, respectivamente, a la presen-
cia o ausencia de la glucoga 6-fosfatasa.
4. EI cAMP integra laregulación de la glucogenólisis
y la glucogénesis al promover, simultáneamente, la
activación de la fosforilasa y la inhibición de la glu-
cógeno sintasa. La insulina actúa de manera recípro-
ca por inhibir la glucogenólisis y estimular la gluco-
génesis.
5. La insuficiencia hereditaria de enzimas específicas
para los metabolismos hepático y musculardel glucó-
geno, constituyen las causas de las enfermedades por
almacenamiento del glucógeno. I
Cohen P: Control of Enzvme Actitity,2nd ed. Chapman &
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308. 21
Gluconeogénesis
y control de Ia glucosa sanguínea
Peter A. Mayes, PhD, DSc
INTRoDUcc6u
Gluconeogénesis es el término utilizado para tqclpfo.lg-
tratos principales de la gluconeogénesis son los amino-
ácidos glucogénicos, Iactato, glicerol y propionato. El
hígado y el riñón son los principales tejidos involncrados
ya que ambos contienen una dotación cornpleta de las
enzimas necesarias.
IMPORTANCIA BIOMEDICA
La gluconeogénesis satisface las necesidades corpo-
rales de glucosa cuando en la dieta qe.se dispone de
.suficientes carbohidratos. Se necesita un suministro
continuo de glucosa como fuente cle energía especial-
mente para el sistema nervioso y los eritrocitos. La
insuflciencia de la gluconeogénesis suele ser mofial.
Por debaio de una concentración críti
lj1ig 9l
el tejido adiposo como tuente de glicérido-
glicerol, y probablcmenteparticipa en el mantenimien-
to de la concentración de los intenlcdiarios del ciclo
del ácido cítrico en muchos tcjidos. Ha quedado acla-
rado que, inch-iso bajo condiciones en las cuales la
grasa puede suministrar la mayor parle de los requeri-
ltuve
el único combustible
nera activa por el fleto. Los luconeo-
: los pro-
ductos del metabolismo de otros tejidos, por ejemplo, el
lactato producido por el músculo y los eritrocitos, así
como el glicerol producido continuamente por el teji-
do adiposo. Elpropionato, principal ácido graso gluco-
génico producido en la digestión de los carbohidratos
por los rumiantes, constituye un sustrato importante
parala gluconeogénesis en estas especies.
LA GLUCONEOGENESIS INVOLUCRA
LA GLUCÓLISIS, CICLO DEL ACIDO
CÍTRlco Y ALGUNAS REAccIoNES
ESPECIALES (Figura 21-11
Las barreras termodinámicas evitan
una s¡mple inversión de la glucólisis
Krebs señaló que las barreras energéticas obstaculi-
zan la reversión simple de la glucólisis entre el piruvato
y el fosfoenolpiruvato; entre la fructosa 1,6-bisfosfato y
la fructosa 6-fosfato; entre la glucosa 6-fosfato y la
glucosa; y entre la glucosa l-fosfato y el glucógeno.
Todas estas reacciones pertenecen al tipo desequili-
brado y liberan como calor mucha energía; por tanto,
son fisiológicamente irreversibles. Estas reacciones se
esquivan mediante reacciones especiales.
A. Piruvato y fosfoenolpiruvato
En las mitocondrias se encuentra :una enzima, La
piruvato carboxilasa, que convierte el piruvato en
oxaloacetato en presencia deAIP, la vitamina B biotina
y el CO2. La función de 1a biotina consiste en enlazar
el CO2 proveniente del bicarbonato ala enzimx;pre-
'slon
SUS-
.músculo esquelético en condiciones anaerobias. La
glucosa es el precursor del azúcar de la leche (lactosa)
se presenta disfunción cerebral, que puede
coma y muerte. La glucosa también es nece-
en la glándula mamaria y, además, se captura de ma-
243

309. (Capítulo 21
Glireraldehído 3-i0sÍato
(¡
Fructcsa +j-- cAMP
2,6- bistos{ato
(glucagón)
FosÍato de dihidroxiacetona
\
i
t
É
rÉ
E
E
E
t -*
*oo, -,'
!t r-",-'*^*.
I i DESHIDRo
lt-* -*.
Glicerol 3jo§lato
GLICENOL 3"FOSTATO
DE
I¡
e"e
T
{
nre
3-fosÍoglicerato
,i
I
2-rosfoglicerato
ADP -'t
I I crtcenolclt'lls¡
^1P
4
(a"1,
cAMP
GDP + CO,
NADH + H+ NAD+
Oxaloacetato
J
Mg2*
"tr
{
[z'
NADH
§
roo.
I
I
i
Malato+
NADH + H+
Fumarato suc¿¡nirlcoa**@
'--*--"/
Figura2l_l.Principalesviasyregulacióndelaglu.coneogénesisylaglucólisishepáticas.Lospuntosdeingrescce::
aminoácidos glucogénicos después de la transaminr"ián, iÉinái"un'con'ílechas
que salen de circulos (Véase figura i8-:
Las enzimas gluconeogénicasLsenciales ,e rr.rrertran"án iu"iané'fot dobles El ÁTP necesario para la gluconeogénes s -=
suministra mediante !a oxidación de los ácidos gru.o" i" .ááuná fu'gu' El propionato tiene importancia cuantitativa sÓl: :-
los rumiantes. Las flechas onárrraru señalan roé etectos aiostéricos;ias flechas cortadas, la moclificación co'"alente n^31 :-'
te fosforilación reversible. Las concentraciones grandes de alanina actÚan ccmo una "señal gluconeogénica" al inh:
-
=
glucólisis en la etapa de Ia piruvato cinasa'
lt
@l l@
I
bk.
É
r
C0, + ATP
rt
Glucógeno i
Frucicsa
2, §-bisfosfalo
t
I
ol
I
CAMP
(glucagón)
Glucosa 6-
{osfa1ü
T?-@
@
P¡
t^

310. Gluconeogénesis y control de la glttcosa sangttínea " 245
vio a la adición del CO2 al piruvato (figura SZ-13).
Una segunda enzima, la fnsfoenolpiruvato carboxi-
cinasa, cataliza Ia conversión del oxaloacetato en fosfo-
enolpiruvato. Esta reacción requiere fosfato de alta
energía en forma de GTP o ITP y libera CO2.
por
tan-
to, con ayuda de estas dos enzimas para catalizar las
transformaciones endergónicas y de la lactato deshi-
drogenasa, es posibie convertir el lactato en fosfoenol-
piruvato sobrepasando así 1a barrera energética entre
el piruvato y el fosfoenolpiruvato.
En el hígado de los pichones, pollos y conejos, la
fosfoenolpiruvato carboxicinasa es una enzima mito-
condrial y el fosfoenolpiruvato se transporta al citosol
para su conversión en fructosa 1,6-bisfosfato median-
te glucólisis inversa. En la rata y el ratón, la enzirna
está en el citosol, lo cual genera uil problema debido a
que el oxaloacetato no se difunde a través de la rnem-
brana interna mitocondrial. Esto se supera mediante
su conversión a malato, el cual puede transportarse al
citosol y reconvertirse a oxaioacetato mediante la
malato deshidrogenasa extramitocondrial. En los hu-
manos, el cobayo y la vaca, la enzima se distribuye
por igual en las mitocondrias y ei citosoi.
B. Fructosa 1,6-bisfosfato
y fruetosa d-fosfato
La conversión de la fructosa l.,6-bisfosfato a fructosa
6-fosfato, necesaria para alcanzar la inversién de la glu-
cólisis, se cataliza por una enzima específica, la fruc-
tosa 1,6-bisfosfatasa. Ésta es una enzima importan-
te, ya que su presencia determina si un tejido puede
o no sintetizar glucógeno a partir del piruvato y de
1os triosafosfatos. Se encuentra en el hígado y ei ri-
ñón, y se ha demostrado su presencia en el músculo
estriado; se considera que no se presenta en los mús-
culos cardiaco y liso.
CoA
-
SH
C. Glucosa i-fosfata y glucasa
La conversión de la glucosa 6-fosfato a glucosa está cata-
lizada por otra fosfatasa específica, la glucosa 6-fos-
fatasa. Fsta se presenta en el hígado y en el riñón, pero
no en el músculo ni e1 tejido adiposo; dicha eniima
pernrite que un tejido añada glucosa a la sangre.
D. Glucosa 1-fosfato y gtucógeno
La degradación del glucógeno a glucosa 1-fosfato se
lleva a cabo por la fosfcrriiasa. La síntesis del glucógeno
incluye una vía cornpletamente diferente por medio
de la fbr¡lación de1 difosfato de glucosa y uriciina y la
actividad de la glucógeno sintasa (figura 20 1).
Estas enzimas esenciaies permiten que 1a inver-
sión de la glucólisis tenga una función irnportante en
la gluconeogénesis. En la f igura 21-l se presentan 1as
relaciones entre la gluconeogénesis y la vía glucolitica.
Después de la transaminación o de la desaminación de
Ios aminoácidos giucogénicos, éstos fonnan pinivato
o compucstos de1 ciclo del ácido cítrico. por
tanto, ias
reacciones antes descritas puederl servir para la con-
versión de los an-rinoácidos glucogénicos y del lactato
a glucosa o glucógeno; de esta manera, el lactato for-
ma piruvato que debe ingresar a la mitocondria para
su conversión a oxaloaietato y su conversión final a
glucosa.
El propionato constituye una fllente importante
de glucosa en ios rumiantes, ingresa a la vía gluconeo-
génica principal a través dei ciclo dei ácido cítrico
después de su conversión a succinii-CoA. El propionato
debe activarse con AIP y CoA mediante una acil-
CoA sintetasa apropiada. El producto de esta reac-
ción, Ia propionil-CoA, es objeto de una reacción dc
fijación de CO. catalizada por la propionil-CoA car-
boxilasa para formar t-metilmalonil-CoA (figum 2 1 2).
Dicha reacción es análoga a la fijación del CO. en la
CO2 + H20
CHs
I
cHz
I
coo-
?*.
CH,
I
I
H-C-COO
I
CO*S-CoA
D-Metil-
malonil-CoA
Propionato
ATP AMP + Pft
CO*S*CoA
Propionil-CoA
ATP ADP + P;
METILMALONIL.COA
RACEMASA
I
I
I
I
t
lntermedios del
coo-
I
CH,
I
CH,
I
CO-S-CoA
Succ¡nil-CoA
Coelzima B*
CH¡
i
-00c*c*i{
I
CO-§*CoA
L-Met¡t-
malonil-CoA
cic,o del ácido citrico
Figura 21-2. Metabolismo del propionato.

311. 246 . Bioquímica de HarPer
acetil-CoA a cargo de la acetil-CoA carboxilasa (ca-
pítulo 23), ya que fotma un derivado malonilo y re-
quiere la vitamina biotina como coenzima' La D-me-
tilmalonil-CoA debe convertirse al estereoisómero, la
t--metilmalonil-CoA, mediante la metilmalonil-CoA
racemasa antes de la isomerización a succinil-CoA cata-
lizada por la metilmalonil-CoA isomerasa; que re-
quiere ia vitamina B12 como coenzima. En los huma-
nos y los animales, la deficiencia de esta vitamina se
tradíce en la excreción de grandes cantidades de
metilmalonato (aciduria metilmalónica)'
Si bien la vía hacia el succinato es la ruta meta-
bólica principal del propionato, también puede utili-
,u.r. .á*o molécula cebadora para la síntesis
-en
el
tejido adiposo y en la glándula mamaria- de ácidos
giutot con número impar de átomos de carbono en la
molécula. En los lípidos de los rumiantes se encllen-
tran principalmente los ácidos grasos C1. y C,r' En la
dieta de los humanos, estos lípidos constituyen una
fuente importante de los ácidos grasos mencionados,
que finalmente se degradan a propionato en los teji-
dos (capítulo 24).
Ét gti...ot es un producto del metabolismo del
tejido aáiposo y sólo pueden utilizarlo los tejidos que
pót.., la enzima activadora glicerol cinasa' Esta en-
iima requiere AfP y se presenta en el hígado y el riñón,
entre otios tejidos; cafaliza la conversión del glice-
ro1 a glicerol 3-fosfato. Dicha vía se conecta con las
.tupui d" la triosafosfato en la vía glucolítica, ya que
el glicerol 3-fosfato puede oxidarse a fosfato de dihi-
drJxiacetona por el NAD' en presencia de la glice-
rol 3-fosfato deshidrogenasa. El hígado y el riñón
pueden conveftir el glicerol a glucosa sanguínea utili-
Lando las enzimas mencionadas, así como algunas de
las enzimas de 1a glucólisis y las enzimas específicas
de la vía gluconeogénical colrlo la fmctosa 1,6-hisfos-
fatasa y la glucosa 6-fosfatasa (frgura 2i-1)'
(CaPítulo 21t
bio original en la disponibilidad del sustrato' Es posi-
ble identificar tres tipos de mecanismos responsables
de la regulación de la actividad de las enzimas rela-
cionadai con e1 metabolismo de los carbohidratos, y
se muestran en el cuadro 2l-1: 1) cambios en ia velo-
cidad de la síntesis de las enzimas, 2) modificacio-
nes covalentes mediante fosforilación reversible y
3) efectos aiostéricos.
Los cambios en la disponibilidacl de los sustratos re-
sultan directa o indirectamente responsables de la
mayor parle de los cambios en el metabolismo' Los
cambios en las concentraciones sanguíneas de dichos
sustratos debidos a rnodificaciones en 1a disponibi-
lidad dietética pueden n-rodif,rcar la velocidad de la
secreción de las hormonas que influyen, a su vez,
sobre el patrón del metabolismo en las vías metabó-
licas
-cbn
frecuencia af-ectando la actividad de las
enzimas esenciales que intentan compensar el cam-
En el cuadro 21-1 se enlistan algunos de los cam-
bios mejor documentados en la actividad enzimá-
tica; se estima que éstos acontecen bajo diversas con-
diciones metabólicas. La información en dicho cuadro
se aplica sobre todo al hígado. Las enzimas involucra-
dasiatalizan reacciones desequilibradas que pueden
considerarse, desde el punto de vista hsiológico, más
como "unidireccionalés" que como reacciones equi-
iibradas. Con frecuencia, 1os efectos se refuerzan
debido a la variación inversa de la actividad de las en-
ztmas catalizadoras de los cambios en la dirección
opuesta (figura 2l-1). Es impofiante que las. enzimas
eienciales que intervienen en una vía metabólica se
activen o depriman de manera coordinada' El cuadro
21-1 muestra con claridad que éste es el caso' Todas
las enzimas que participan en la utilización de la glu-
cosa (es decir, én la glucólisis y Ia lipogénesis) se
welven más activas en presencia de un exceso de giu-
cosa y, así, disminuye la actividad de todas las enzi-
-u,
i"rporrubles de 1a producción de glucosa en 1a
vía de ü gluconeogénesis. La secreción de insulina
q.r. ,"rporrd" al incremento de la concentración de la
gt.t.otá sanguínea, estimula la síntesis de ias enzi-
áas esenciales en la glucólisis. De manera similar'
la insulina antagoniza el efecto de 1os glucocorticol-
des y del cAMP estimulado por el glucagón, ellc
indute la síntesis de las enzimas esenciales respoll-
sables de la gluconeogénesis. Todos estos efectLrs
pueden evitarie mediante bloqueadores de la,síntesis
proteínica, como la puromicina y la etionina' La regu-
iación de las especies del mRNA de estas enzirua'
y 1a modulaciOn de ta expresión de sus genes ha sid¡'
demostrada.
Las dos deshidrogenasas de la vía del foslato d'
pentosa pueden clasificarse como enzimas de adaptrt-
aión, yu q.t. incrementan su actividad en los anir.¡ra1"'
bien álimentados y también cuando se admilli r''
insulina a ttn animal diabético. La "enzima málica' '
la AfP-citrato liasa presentan un compofiamiento
'--
milar, lo cual indica que estas dos enzimas pafiicipr:
en la lipogénesis más que en la gluconeogénesis tc'-
pítulo 23).

312. Gltrconeogénesis y cctntrol de la gluco,sa ,sanguínea . 247
Cuadro 21-1. Enzimas reguladoras y de adaptación en la rata (pr¡ncipalmente hepáticas)
Actividad en
lnductor Represor Activador lnhibidor
Alimentación
con carbo-
hidratos
lnanición
y d¡abetes
Enzimas de la glucogénes
Sistema de la glucógeno
I
sintasa ]
is, glucólisis y
t
)xidac¡ón del
ll
piruvato
lnsulina.
I nsuli na.
Glucosa 6-fosfato.*
Glucagón (cAMP), fosfori-
lasa, glucógeno.
Hexocinasa
Glucosa o-fosfato.*
Glucocinasa t J I nsuli na Glucagón
(cAMP).
Fosfofructocinasa-1 t J lnsulina Glucagón
(cAMP).
AMP, fructosa 6-fosfato,
Pi, fructosa 2,6-bisfos-
fato.x
Citrato (ácidos grasos,
cuerpos cetónicos)*,
ATP*, glucagón (cAMP).
Piruvato cinasa t J Insulina, fructosaGlucagón
(cAMP).
Fructosa 1,6-bisfosfa-
to*, insulina.
ATP, alanina, g¡ucagón
(cAMP), adrenalina.
Piruvato deshidrogenasa I T CoA, NAD., insulina
ADP, piruvato.
Acetil-CoA, NADH, ATP,
(ácrdos grasos, cuerpos
cetónicos).
Enzimas de la gluconeogér
Piruvato carboxilasa I
nesrs
J t Glucocort¡coides,
glucagón, adre-
nal¡na (cAMP).
lnsulina.Acet¡l-CoA+ ADP+
Fosfoenol piruvato carboxici-
nasa
J 1 Glucocorticoides,
glucagón, adre-
nalina (cAMP).
lnsulina Glucagón (?)
Fructosa 1,6-bisfosfato ü t Glucomrticoides,
glucagón, adre-
nalina (cAMP).
lnsulina Glucagón (cAMP) Fructosa 1,G-bisfosfato,
AMP, fructosa 2,6-bisfos-
fato.*
Glucosa G-fosfatasa J 1 Glucocorticoides,
glucagón, adre-
nalina (cAMP).
lnsulina.
Enzimas de la vía del fosfa
Glucosa G-fosfato deshidro- I
genasa
I
to de pentosa
,|
de la lipogér
J
tesis
llnsulina
6-fosfogluconato deshidro-
genasa
t J lnsul¡na.
''Enzima
málica" t J lnsulina
ATP-citrato liasa t
J lnsulina ADP
Acetil-CoA carbox¡lasa t J
lnsulina (?) Citrato*, insulina Acil-CoA de cadena larga,
cAMP, glucagón.
Acido graso sintasa 1 J lnsulina (?)
" Alostérico.
-
En el tejido adiposo pero no en el hígado.
El glucagón y, en menor grado, la adrenalina, hor-
monas responsables de la disminución de la giucosa
sanguínea, inhiben la glucólisis y estimulan la glu-
.oneogénesis hepática mediante un incremento de la
.oncentración dei cAMP. Esto, a su vez, activa la pro-
teincinasa dependiente del cAMP y da lugar a la fos-
.orilación e inactivación de la piruvato cinasa. Ambas
hormonas también afectan la concentración de la f¡uc-
tosa 2,6-bisfosfato y, por tanto, la giucólisis y la gluco-
neogénesis, como se explica después.
Se dispone de varios ejemplos del rnetabolismo de los
carbohidtatos para ilustrar ei control alostérico de ia
actividad de una enzima. En la gluconeogénesis, la sín-
tesis del oxaloacetato a padir del bicarbonato y el
_-l
re
re
§
re

313. 24E .
Bioquímica. de Harpet'
piruvato, catalizada por la enzima piruvato carboxilasa,
necesita ia presencia de la acetitr-CoA en calidad de
activador alostérico. La adición de la acetil-CoA cambia
la estructura terciaria de la proteína, 1o cual disminu-
ye el valor de la K. para el bicarbonato" Este efecto
tiene implicaciones importantes para la autorregulación
del metabolismo intermediariol es decir, en la meclida
que se forma acetil-CoA a partir del piruvato se asegu-
ran de rnanera automática la provisión del oxaloacetato
y la oxidación de la acetil-CoA en ei ciclo de1 ácido
cítrico, ai tiempo que se activa la piruvato carboxilasa.
La activación de ésta y la inhibición inversa de la
pituvato deshidrogenasa a cargo de la acetil-CoA pro-
veniente de la oxidación de los ácidos grasos, ayuda a
explicar la acción de la oxidación, que evita la oxida-
ción del piruvato y estimula la gluconeogénesis hepática'
La reiación inversa entre las actividades de la piruvato
deshidrogenasa y de la piruvato carboxilasa, en híga-
do y riñón, modifica el destino metabólico dei piruvato
a medida que el tejido cambia de la oxidación de los
carbohidratos, por rnedio de glucólisis, a 1a giuconeogé-
nesis durante la transición entre el estado alimentado
y el de ayuno (figura 21-1). Una función importante
de la oxidación de los ácidos grasos en la promocién de
la gluconeogénesis consiste en suministrar e[ AIP re-
querido en las reacciones a cargo de la ptruvato carbo-
xilasa y tra fosfoenoipiruvato carboxicinasa, y en 1a
inversión de la reacción mediada por la fosfoglicerato
cinasa durante la glucólisis.
Otra enzima objeto de controi por retroalimenta-
ción es la fosfofrucÉocinasa (fosfofructocinasa-1).
Esta enzima se intribe por citrato y por AIP, y se acti-
va mediante el AMF. Este últirno actúa como un
indicador del estado energético de la célula. I-a presen-
cia de la adenililcinasa en el hígado y rnuchos otros
tejidos permite el equilibrio rápido de la reacción:
ATF+AMP+2ADP
Así, al utilizarse el AfP en procesos que requieren ener-
gía, se forma ADP y la [AMP] aumenta' Debido a que
en estado de equilibrio la [Al'P] puede superar 50 ve-
ces a ia tAMPl, un decremento faccional en la [ATP] pro-
duci¡ía un incremento de varias veces en la lAMFl. For
tanto, un gran cambio en la [AMP]
actúa como amplifi-
eado¡ me'¿bólico deuneambio pequeño enla [ATP]' Este
mecanismo permite que la actividad de la fosfofruc-
tocinasa- i sea muy susceptible a los cambios, incluso
pequeños, en el estado energético de la céiula, y tam-
bién a la regulación de la cantidad de carbohidratos
objeto de glucólisis antes del ingreso de éstos a1 ciclo
de1 ácido cítrico. El incremento en la [AMF1
puede
explicar el aumento de la glucólisis durante la hipoxia
durante ia cual disminuye tra [ATP]. Simultáneamente,
ta AMP activa a la fosforilasa e incrementa ia glu-
cogenólisis. I-a inhibición de la fosfofructocinasa- 1 por
el citrato y del ATP es otra explicación de la accrón
protectora que ejerce la oxidación de los ácidos grasos
sobre la oxidación de la glucosa, así como de1 efecto
Pasteur mediante el cual la oxidación aerobia (a tra-
vés del ciclo del ácido cítrico) inhibe la degradación
anaerobia de la glucosa. Una consecuencia de la in-
hibición de la fosfofructocinasa- 1 consiste en la acu-
mulación de la glucosa 6-fosfato la cual, a su vez,
inhibe todavía más la captura de la glucosa por los
tejidos extrahepáticos por la inhibición alostérica de
la hexocinasa.
La fructosa 2,6-bisfosfato
tiene una función clave
en ¡a regulación de la glucólisis
y la gluconeogénesis hePáticas
El efector alostérico positivo más potente de la fos-
fofructocinasa- 1 e inhibidor de la fructosa 1,6-bisfos-
fatasa en el hígado es la fructosa 2,6'bisfosfato. Ésta
libera la inhibición de la fosfofructocinasa-l por ATP
e incrementa la afinidad de esta enzima por la fructosa
6-fosfato. Inhibe la fructosa 1,6-bisfosfatasa por in-
crementar su K, por la fructosa 1,6-bisfosfato' La con-
centración de la fructosa 2,6-bisfosfato está bajo control
del sustrato (alostérico) y hormonal (modificación
covalente) (figura 2l-3).
La fructosa 2,6-bisfosfato se forma mediante
fosforilación de la fructosa 6-fosfato por la fosfo'
fructocinasa-2. La misma proteína enzimática es
también responsable de su degradación debido a que
contiene actividad de fructosa 2r6'bisfosfatasa. Esta
enzima bifuncional se encuentra bajo el control alos-
térico de la fructosa 6-fosfato: al aumentar su con-
centración debido a la abundancia de glucosa; es de-
cir, en el estado bien alimentado estimula a la cinasa
e inhibe a la fosfatasa. Por otra parte, cuando dismi-
nuye la glucosa, el glucagón estimula la producción
del cAMP y activa la proteincinasa dependiente del
cAMP; esto, a su vez, inactiva a la fosfofructocinasa-2
y activa, mediante fosforilación, a la fructosa 2,6-bisfos-
fatasa.
Por tanto, en abundancia de glucosa aumenta la
concentración de la fructosa 2,6-bisfosfatasa y esto
estimula la glucólisis al activar a la fosfofructoci-
nasa-1 e inhibir la fructosa 1,6-bisfosfatasa. En con-
diciones de escasez de glucosa, disminuye la concen-
tración de la fructosa 2,6-bisfosfato y se estimula la
gluconeogénesis; ello desactiva a la fosfofructoci-
nasa-1 y desinhibe la fructosa 1,6-bisfosfatasa' Este
mecanismo también asegura que la estimulación de
la glucogenólisis hepática, a cargo del glucagón, libe-
re la glucosa en lugar de dirigirla hacia la glucólisis.
Las investigaciones recientes indican que la glu-
cosa 1,6-fosfato tiene una función similar en algunos
tej idos extrahepáticos.

314. Gluconeogénesis y contral de la glucosa sanguínea . 249
Glucógeno
'
Glilcosa
-¡f
li
Fructosa 6'fosfato
Glücagón
ln
+'/
CAMP
Fructüsa 2,6 -bisf osfáto
Fructo§a 1,G-bisfo§fálo
ll
It
Piruva{o
Figura 21-3. Control de Ia glucólisis y Ia gluconeogénesis
en.el hígado mediante la fructosa 2,6-bisfosfato y la enzima
bifuncional PFK-2lF -2,6-Pasa (6-fosfofructtr-2-óinasa/fruc-
iosa 2,6-bisfosfatasa). (PFK-1, fosfofructoc'nasa- 1 [6-fosfo-
fructo-1 -cinasal; F-1,6-Pasa, fructosa 1,6-l risfosfatasa. Las
flechas onduladas indican los efectos alos-éricos.)
Los ciclos de sustrato (frlt¡l)
permiten un ajuste fino
Queda claro que muchos de los puntos de control erp
la glucólisis y el metabolismo del glucógeno. incluyen un
ciclo de fosforilación y desfosforilaci óncatalizado por
las siguientes enzimas: glucocinasa y glucosa 6-fos-
fatasa; fosfofnrtocinasa- I y fructosa 1,6-bisfosfatasa;
piruvato cinasa, piruvato carboxilasa y fosfoenolpiruvato
carboxilasa; así como glucógeno sintasay glucógeno
fosforilasa. Si estos ciclos se dejaran proceder libre-
mente serían ciclos futiles que tendrían como resultado
neto la hidrólisis del ATP. Este caso no es frecuente
debido a la existencia de varios mecanismos de con-
trol, los cuales aseguran la inhibición de un extremo del
ciclo al tiempo que se estimula el otro extremo, de
acuerdo con las necesidades del tejido y del cuerpo.
Sin embargo, existe cierta ventaja fisiológica en per-
mitir cierta flexibilidad de los ciclos. Por ejemplo, en
el ciclo de la fosfofructocinasa y la fructosa 1,6-bis-
fosfatasa, el efecto a cargo de un modificador alostérico,
como la fructosa 2,6-bisfosfato, puede amplificarse y
así producir un cambio mayor en el flujo neto de los
metabolitos en cualquiera de las direcciones del que
se presentaría en ausencia del reciclamiento del sus-
trato. Este "ajuste fino" del control metabólico siempre
acontece a expensas de pérdida de AXP.
LA CONCENTRACIÓN DE GLUCOSA
SANGUÍNEA SE REGULA DENTRO
DE LIM|TES ESTRECHOS
En el estado de posabsorción, la concentración de la
glucosa sanguínea, en los humanos y en muchos ma-
míferos, se ajusta en el intervalo de 4.5 a 5.5 mmol,/L.
Después de la ingestión de una comida rica en
carbohidratos puede aumenta;r a 6.5 a 7.2 mmol/I-.
Durante el ayuno, las concentraciones disminuyen a
valores entre3.3 y 3.9 mmoL/L. En ias aves la concen-
tración de la glucosa sanguínea es considerablemente
superior (14.0 mmol/L), y en los rumiantes considera-
blemente inferior (alrededor de2.2 mmolfy'- en ovinos y
3.3 mmol,/L en vacunos). Los valores normales infe-
riores parecen relacionarse con el hecho de que los ru-
miantes fermentan prácticamente la totalidad de los
carboiridratos dietéticos a ácidos grasos inferiores (vo-
látiles), y éstos sustituyen a la glucosa como el prin-
cipal combustible metabólico de los tejidos en el esta-
do bien alimentado.
La disminución súbita de la glucosa sanguínea
produce convulsiones, lo mismo que la sobredosis de
insulina, debido a la dependencia inmediata del encé-
falo del suministro de glucosa. Sin embargo, es posible
tolerar concentraciones mucho menores cuando se
pgrmite una adaptación progresiva; por ejemplo, las
ratas adaptadas a dietas abundantes en grasas presen-
tan un comportamiento normal con una concentración
de glucosa sanguínea tan baja como 1.1. mmol/L.
LA GLUCOSA SANGUÍTEN
PROVIENE DE LA DIETA,
DE LA GLUCONEOGENESIS
Y DE LA GLUCOGENÓLISIS
La mayor parte de los carbohidratos digeribles de la
dieta forman glucosa. Los carbohidratos de la dieta
digeridos activamente contienen residuos de glucosa,
galactosa y fiuctosa que se liberan en el intestino. Es-
tos residuos se transportan al hígado a través de la vena
t
g.
q}
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2.
.ul
tñ
o
LrJ
Z
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J
I
lr
I
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J
I
o
l
I
i

315. 250 . Bioquímica de Harper
porta hepátiga. La galactosa y la fructosa se convier-
ten fácilmente a glucosa en el hígado (capíttlozz).
La glucosa se forma a partir de compuestos
glucogénicos que alimentan la gluconeogénesis (figu-
ras 18-4 y 2l-l).Estos compuestos quedan incluidos
en dos categorías: 1) los que son objeto de una con-
versión directa neta a glucosa sin un proceso de reci-
claje significativo, como algunos aminoácidos y el
propionato; y 2) los productos del metabolismo par-
cial de la glucosa en ciertos tejidos y que se transpor-
tan al hígado y al riñón para la resíntesis de glucosa.
Así, el lactato formado por la oxidación de la glucosa
en el músculo esquelético y en los eritrocitos se trans-
porta al hígado y al riñón, donde se reconstituye en
glucosa y ésta de nuevo queda disponible por medio
de la circulación para su oxidación tisular. Este pro-
ceso se conoce como ciclo de Cori o ciclo del ácido
láctico (figura 21-4). El glicerol 3-fosfato para la sín-
tesis de los triacilgliceroles en el tejido adiposo pro-
viene de la glucosa sanguínea. Los acilgliceroles del
tejido adiposo continuamente son objeto de hidróli-
sis para formar glicerol el cual no puede utilizarse por
el tejido adiposo y, en consecuencia, difundeüacia la
sangre. En hígado y riñón, el glicerol se recdnvierte
en glucosa mediante mecanismos gluconeogénicos
(figura 2l-l).
Entre los aminoácidos transportados desde el
músculo hasta el hígado durante el ayuno predomina
la alanina, lo que ha dado lugar a proponer la existen-
cia de un ciclo glucosa-alanina (figura 21-4) con el
propósito de recircular la glucosa desde el hígado hasta
(CaPítulo 2l t
el músculo, con formación de piruvato seguida por
transaminación a alanina, y después el transporte al
hígado para regresar como glucosa mediante gluco-
neogénesis en éste. Se efectúa una transferencia neta
de nitrógeno amínico desde el músculo al hígado, y de
energía libre de éste al músculo. La energía necesaria
para la síntesis hepática de la glucosa a partir del
piruvato se obtiene de la oxidación de los ácidos grasos,
La glucosa también se forma mediante glucoge-
nólisis a partir del glucógeno hepático (capítulo 20)
La conservación de concentraciones estables de glu-
cosa en la sangre es uno de los mecanismos homeos-
üáticos regulados más finamente y en el cual participan
hígado, tejidos extrahepáticos y varias hormonas. Las
células hepáticas parecen ser libremente permeables a
la glucosa (vía el ffansportador GLUT 2), en tanto que
las células de los tejidos extrahepáticos (excepto las
de los islotes pancreáticos) son relativamente imper-
meables. Como resultado, el paso a través de la mem-
brana celular es el paso limitante de la velocidad en la
captura de la glucosa por los tejidos extrahepáticos, y
una vez que la glucosa ingresa a las células, la hexo-
cinasa catali4a_su fosforilación rápida. Por otra parte,
es probable'(¡re la actividad de ciertas enzimas y la
concentración de intermediarios importantes eietzan
un efecto mucho más directo sobre la captura o expul-
§ANGRE
Y¡ ñ\
Glucosa o-fosfato GlucÓgeno
la \---j! I \--i
urea
+ I
A
piruvato <.....+Lactato
I t^ I I
Figura 214. Ciclo del ácido láctico (de Cori) y ciclo de la glucosa-alanina.
t-

316. irrrn de la glucosa por el hígado. Cualquiera que sea
.' ,-aso. la concentración de la glucosa en la sangre
:s un factor importante en el control de la velocidad
l. captura de la glucosa en el hígado y en los tejidos
:rtrahepáticos.
En el cuadro 21 2 se muestra la fución de varias
:roteínas transportadoras de glucosa presentes en las
::rembranas celulares, cada una de las cuales posee 12
¡ominios transmembranales.
Debe hacerse notar que la hexocinasa se inhibe por la
glucosa 6-fosfato; por lo que se requiere ejercer cierto
control por retroalimentación sobre la captura de la
glucosa en los tejidos extrahepáticos, que dependen
de la hexocinasa para la fosforilación de la glucosa.
El hígado no presenta dicha restricción debido a que
la glucosa 6-fosfato no afecta la glucocinasa. La gluco-
sinasa que tiene una K* mayor (menor afinidad) para
la glucosa que la hexocinasa, incrementa su actividad
cuando se sobrepasa el intervalo fisiológico de las
concentraciones de glucosa (figura 21-5). Al parecer
se relaciona específicamente con la captura hepática
de glucosa, cuando existen grandes concentraciones de
ésta en la vena porta hepática, después de la ingestión
de carbohidratos. La ausencia de hexocinasa en el hí-
gado de los rumiantes, en los que ingresa a la circu-
lación porta poca glucosa proveniente del intestino,
resulta compatible con la función mencionada.
A las concentraciones normales de glucosa sisté-
mica en la sangre (4.5 a 5.5 mmol/L) el hígado se
presenta como un productor neto de glucosa. Sin em-
bargo, a medida que aumenta la concentración de la
glucosa, la salida de ésta se intem¡mpe, de manera que
a niveles altos de glucosa existe una captr¡ra neta. Se
Gltrconeogénesis y control. de la ghtcosa sanguínea .
251
V.a* loo
Glucosa sanquinea (mmol/L)
Figura 21-5. Variación en la actividad de fosforilación de
la glucosa a cargo de la hexocinasa y de la glucocinasa
por el aumento de la concentración de la glucosa sanguínea.
La K. de la hexocinasa para la glucosa es de 0.05 mmol/L y
la correspondiente a la hexocinasa, de 1O mmolil.
ha estimado que en la rata, las velocidades de capfnra
y salida de la glucosa se equilibran a una concentra-
ción de glucosa sanguínea en la vena hepática porta
de 8.3 mmol/L.
Además de los efectos directos de 1a hiperglucemia
para estimular la captura de glucosa en el hígado y los
tejidos periféricos, la hormona insulina tiene una par-
ticipación crucial en la regulación de la concentración
de la glucosa sanguínea. Esta honnona se produce por
las células B de los islotes de Langerhans en el páncreas
como respuesta directa al grado de hiperglucemia. La
célula del islote es libremente pemeable a 1a glucosa
mediante el transpoftador GLUT 2
,v la glucosa se
Cuadro 21-2. Transportadores di la glucosa
Transportadores bidireccionales facil¡tadores
GLUT 1 Encéfalo. riñón, colon, placenta, eritrocito.
GLUT 2
GLUT 3
GLUT 4
GLUT 5
Transportador unidireccional dependiente de sodio
Funciones
Captura de la glucosa
Captura y liberación rápidas de la glucosa.
Captura de la glucosa.
Captura de Ia glucosa estimulada por insulina
Absorción de la glucosa-
Captura act¡va de Ia glucosa a partir del lumen intestinal
y reabsorción de Ia glucosa en el túbulo renal proximal
contra el grad¡ente de concentración.
Hígado, célula B pancreática, ¡ntestino delgado, riñón.
Músculo cardiaco y esquelét¡co, tejido adiposo.
lntestino delgado y r¡ñón
E
.> 50
o
Local¡zación t¡sular
Encéfalo, riñón, placenta.
lntestino delgado.

317. (Capítulo 21)
252 " tsioquímica de Harqer
fosforila por la glucocinasa con alta K.. Por tanto, la
concentráción de la glucosa sanguínea determina el
flujo a través de la glucólisis, del cicio del ácido cítri-
co y de la generación del ATP. El incremento en la
eoncentración del ATF inhibe los canales de Kn sensi-
bles al AIP y produce la despolarizaciótde ia mem-
brana de la célula B; 1o que incrementa el ingreso del
Ca2* por los canales del Ca2* sensibles al voltaje y es-
timuü la exocitosis de la insulina. Las sulfonilureas
utilizadas en la diabetes tipo 2 para estimular la se-
creción de la insulina (diabetes mellitus no insulino-
dependiente; DMNID) actúan a través de la inhibi-
ción de los canales de Kn sensibles al AIF De esta
manera la concentración de insulina en la sangre es
paralela a la de la glucosa sanguínea" La adminis-
iracíón de insulina produce hipoglucernia inmediata'
Otras sustancias inductoras de la liberación de la
insulina en el páncreas incluyen aminoácidos, ácidos
grasos libres, iuerpos cetónicos, giucagón' secretina
!
dtogut qu" oontienen sulfonilurea como tolbutamida y
gtiUuiiau. i-u adrenalina y la noradrenaiina impiden la
l-iberación de la insulina. La insuiina tiene el efecto
inmediato de incrementar la captura de la glucosa en
tejidos como el adiposo y ei muscular' Esta acción se
dóbe al aumento del transporte de la giucosa a través
de la membrana celular mediante el reclutamiento de
los transportadores de glucosa (GLUT 4), desde el in-
terior de la céiula hasta la membrana plasmática' En
conffasts, la insulina no tiene efecto directo sobre la
penetración de la glucosa en las células hepáticas; este
irallazgo co.tcueráa con el hecho de que el metabo-
lismo áe la glucosa en ias céluias hepáticas no está
limitado por su permeabilidad a la glucosa' Sin em-
bargo, la insulina sí aurnenta, a largo plazo, ia-captura
de la glucosa por el hígado como resultado de su in-
fluencla sobrela síntesis de las enzimas controladoras
de la glucólisis, glucogénesis y gluconeogénesis' La insu-
lina tlene un efécto activador inmediato sobre la glu-
cógeno sintasa (caPítulo 20).
El gtucagón se opone a las acciones
de la insullna
El glucagón es la honnona producida por las células A
de 1os isiotes de Langerhans pancreáticos; su secre-
ción se estimula por la hipoglucemia. Una vez que la
hormona l1ega al hígado (por medio de la vena porta)
produce glucogenólisis mediante la activación de la
iosforilasa. La mayor parte del glucagón endógeno
(y de 1a insulina) se elimina de la circulación en el
hígado. A diferencia de la acirenalina, el glucagón no
tiene efecto sobre la fosforilasa muscular. Asirnismo,
el glucagón estimula ia gLuconeogénesis a partir de
ioJaminoácidos y del lactato. En toclas estas accio-
nes, ei glucagón actúa a través de la generación del
cAMP (cuadro 2l-i). La giucogenólisis y ia gluco-
neogénesis hepáticas contribuyen al efecto hiperglu-
cemiante del glucagón, cuyas acciones se oponen a
las de la insulina.
Otras hormonas influYen
sobre Ia glucosa sanguínea
La hipófisis anterior secreta hormonas que tienden a
incrementar la glucosa sanguínea y, por tanto, antago-
nizanlaacción de la insulina. Estas hormonas son la
hormona del crecimiento, la ACTH (corticotropina),
y posiblemente otros principios "diabetogénicos"' La
Lipoglucemia estimula la secreción de lahormona del
crécimiento; ésta disminuye la captura de glucosa en
ciertos tejidos como el músculo. Parle de este efecto
podría ser indirecto, ya que la hormona moviliza los
bcidos grasos iibres a pafiir del tejido adiposo, los que,
por sí riismos, inhiben la utilización de la glucosa' El
suministro crónico de la homona del crecimiento con-
duce a la diabetes; al producir hiperglucemia, la hormona
estimula la secreción de insulina y, finalmente, el ago-
tamiento de la célula B.
Los glucocorticoides (11-oxiesteroides) se se-
cretan por la cortezasuprarrenal y son imporlantes en
el meábolismo de los carbohidratos; su adminis-
tración incrementa 1a gluconeogénesis. Este incre-
rnento resulta del aumento del catabolismo proteínico
en los tejidos, del incremento de la captura hepática
de aminóácidos y del aumento de la actividad de las
aminotransferasas y otras enzimas relacionadas con
la gluconeogénesis en el hígado. Además, los glu-
coJofiicoides inhiben la utilización de la glucosa en
los tejidos extrahepáticos. En todas estas acciones,
los giucocorticoides actian como antagonistas de la
insulina.
La adrenalina se secreta en la médula suprarrenal
como respuesta a estímulos estresantes (miedo, exci-
tación, hémorragia, hipoxia, hipoglucemia, etc'), y da
lugar a la glucogenóliiis en el hígado y en el músculo
¿eii¿a a lá estimulación de la fosforilasa por medio
de la generación de1 oAMP. En el músculo, la ausen-
cia dJa glucosa 6-fosfato hace que la glucogenólisis
continúe hasta la fotmación de lactato; en el hígado,
la glucosa constituye el producto principal, con el con-
secuente aumento de la glucosa sanguínea'
También debería considerarse que la hormona
tiroidea modifica la glucosa sanguínea' Se dispone
de evidencia experimental respecto de la acción dia-
betogénica de látiroxina así como de la inhibición del
desairollo de la diabetes como consecuencia de la
tiroidectomía. También se ha observado la ausencia
total de glucógeno en el hígado de los animales tiro-
tóxicos.bn lós humanos, los pacientes hipertiroi-
deos presentan aumento de la glucosa sanguínea en
ulrrrár, y ésta disminuye en los pacientes hipotiroi-
deos. Sin embargo, al parecer, los pacientes hiperti-
L

318. ¡oideos utilizan la glucosa con una velocidad normal
o mayor; en tanto que los pacientes hipotiroideos pre_
seritan u.na disminución de la capacidad para utllizar
la glucosa y son mucho menos sensibles á la insulina
que las personas sanas o hipertiroideas.
ASPECTOS CLIN ICOS ADICIONALES
La glucosuria se presenta al excederse
el umbral renal de !a glucosa
Cuando la glucosa sanguínea se eleva a concentra-
ciones relativamente altas, el riñón también ejerce un
efecto regulador. La glucosa se filtra continuamente
en los glomérulos, pero por lo general reingresa por
completo a la sangre mediante el sistema de reabsor-
ción de los tubulos renales. La reabsorción de la glu-
cosa contra su propio gradiente de concentración se
relaciona con la provisión de AIp en las células tubu-
lares. La capacidad del sistema tubular para reabsorber
la glucosa está limitada a una velocidad aproximada
de 350 mg/min. Con el aumento de los niveles sanguí-
neos de glucosa, el filtrado glomerular puede contener
. más glucosa de la que es posible reabsorber; el exceso
pasa a la orina y produce glucosuria. En las personas
sanas, ésta se presenta cuando la concentración de glu-
cosa en la sangre venosa excede de 9.5 a 10.0 mmol/L.
Aestos valores se les denomina el umbral renal de la
glucosa.
En los animales de laboratorio es posible produ-
cir glucosuria con floricina, la cual inhibe el sistema
tubular de reabsorción de la glucosa; esto se conoce
como glucosuria renal, que puede resultar de defectos
renales hereditarios o adquirirse por procesos patoló-
gicos. Frecuentemente la presencia de glucosuriá indica
diabetes mellitus.
La deficienc¡a de la fructosa
1,6-bisfosfatasa produce
ac¡dos¡s láctica e hipoglucemia
El bloqueo de la gluconeogénesis a consecuencia
de la deficiencia de esta enzima evita la conversión
en glucosa del lactato y de otros sustratos gluco-
génicos en el hígado. El trastorno puede controlarse
mediante la ingestión de dietas abundantes en carbo-
hidratos y escasas en fructosa y sucrosa, y evitando
el ayuno.
EI deterioro de la oxidación de los
ácidos grasos causa hipoglucemia
Varios trastornos en los que existe un defecto de Ia
oxidación de los ácidos grasos se caracferizan por
hipoglucemia; esto se debe a la dependencia de Ia
Glttconeo is y control de la glucosa sanguínea .
253
gluconeogénesis respecto de la oxidación activa de los
ácidos grasos (véase después). Dichos trastomos se
discuten en el capítulo 24.
La hipoglucem¡a se puede presentar
durante el embarazo y en ei neonato
Durante el embarazo aumenta el consumo fetal de
glucosa, por 1o que existe el riesgo de hipoglucemia
materna y posiblemente fetal, particularmente si los
intervalos entre las comidas son largos, o en la noche.
Además, los lactantes prematuros y de bajo peso al
nacer son más susceptibles a la hipoglucemia, ya que
poseen menos tejido adiposo para generar combus-
tibles alternos como los ácidos grasos libres o los cuerpos
cetónicos durante la transición de la dependencia fetal
al estado de vida independiente. Es posible que en este
momento las enzimas de la gluconeogénesis no sean
completamente funcionales, por lo que el proceso de-
pende del suministro de ácidos grasos libres como
energéticos. Asimismo, se tiene menor disponibilidad
de glicerol para la gluconeogénesis, que norrnalmente
podría .liberarse del tejido adiposo.
Con la medición de la tolerancia a la
glucosa es posible valorar la capacidad
del cuerpo para su utilización
Las características de la curva de glucosa sanguínea
después de la administración de una cantidad conoci-
da de glucosa indica la tolerancia a ésta (figura 2l-6). La
diabetes mellitus (tipo 1 o diabetes mellitus insulino-
dependiente, DMID) se caracteriza por la disminución
de la tolerancia a la glucosa debida a la disminución de
la secreción de insulina en respuesta a la carga de glu-
cosa. Esto se manifiesta por el aumento de la glucosa
sanguínea (hiperglucemia) y por glucosuria; puede
acompañarse con cambios en el metabolismo de las
grasas. La tolerancia a la glucosa disminuye en ia dia-
betes tipo 1, en trastornos relacionados con lesión
hepática; en algunas infecciones; en la diabetes tipo 2
(diabetes mellitus no insulinodependiente, DMNID),
la cual frecuentemente se acompaña de obesidad y
aumento de las concentraciones plasmáticas de áci-
dos grasos libres; también disminuye la tolerancia bajo
la influencia de algunos fármacos; y algunas veces en la
arterioesclerosis. Cabe esperar esta declinación por
la hiperactividad hipofisaria o corticosuprarrenal a con-
secuencia del antagonismo de las hormonas de estas
glándulas endocrinas a la acción de la insulina.
La insulina incrementa la tolerancia a la glucosa;
su administración disminuye el contenido sanguíneo
de glucosa e incrementa la utilización y el almacena-
miento hepáticos de ésta. Un exceso de insulina puede
producir hipoglucemia intensa y ésta resultar en con-
vulsiones e incluso la muerte, a menos que se administre
!'.=_-":

319. 254 . Bioquímica de Harper
012
Tiempo (h)
Figura 2l-6. Prueba de tolerancia a la glucosa. Las curvas
de la glucosa sanguínea de una persona sana y otra con
diabetes después de la administración de 50 g de glucosa,
vía oral. Obsérvese el aumento inicial de la concentración
en el enfermo. Un criterio de normalidad consiste en el re-
greso de la curva al valor inicial en un lapso de dos horas.
glucosa de inmediato. En las insuficiencias hipofisaria
y corticosuprarrenal se incrementa la tolerancia a la
glucosa debido a la disminución del antagonisnro de
la acción de la insulina a cargo de las homonas secre-
tadas normalmente por estas glándulas.
l. La gluconeogénesis es el mecanismo para la con-
versión de los carbohidratos a glucosa o glucógeno.
Suministra glucosa al cuerpo cuando no se dispone
de carbohidratos provenientes de la dieta. Los
sustratos importantes son aminoácidos glucogé-
nicos, lactato, glicerol y propionato.
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(Capínilo 21 t
2.Lavia de la gluconeogénesis, presente en hígado
y riñón, utiliza las reacciones reversibles de la glu-
cólisis y cuatro reacciones adicionales que evitan
las reacciones desequilibradas ir:reversibles. Las en-
zrmas catalizadoras de las reacciones adicionales
son piruvato carboxilasa, fosfoenolpiruvato car-
boxicinasa, 1-ructosa 1,6-bisfosfatasa y la glucosa
b-fos latasa.
3. El lactato forma piruvato y éste ingresa a la mitocon-
dria para su carboxilación a oxaloqcetato antes de
la conversión a fosfoenolpiruvato; esto va seguido
de la l"riosíntesis de la glucosa en el citosol.
4. Debido a que la glucólisis y la gluconeogénesis
comparten la misma vía pero operan en direccio-
nes opuestas, la actividad de ambas debe regularse
de manera recíproca. Esto se logra por tres meca-
nismos principaies, los cuales regulan la actividad
de las enzimas esenciales: 1 ) inducción o represión de
la síntesis enzimática, 2) modificación covalente
rnediante fosforilación reversiblc, y 3) efectos
alostéricos.
5. La célula hepática, libremente permeable a la glu-
cosa, constituye el rnedio principal para la regulación
dc la concentración de la glucosa sanguínea debi<lo
al contenido de glucocinasa de altaK-.la cual esñ
específicamente adaptada para disponer de la glu-
cosa después de una comida. La insulina se secreta
como respuesta directa a la hiperglucemia; ay'uda a
que e1 hígado almacene la glucosa como glucógeno
y facilita la captura de la glucosa en los tejidos ex-
trahepáticos. El glucagón se secreta en respuesta a
la hipoglucemia y activa la glucogenólisis y la
gluconeogénesis hepáticas para liberar glucosa ha-
cia la sangre.
6. Los defectos en las enzimas de la gluconeogéllesis
causan hipoglucemia y acidosis láctica; impiden la
oxidación de los ácidos grasos lo que constituye una
causa adicional del deterioro de la gluconeogénesis
y de Ia hipoglucernia.
7. La deficiencia de la secreción de insulina produce
diabetes mellitus tipo 1. r
OrAñ;;
J
I 10
i
(l
o
E
f
a
(§
a
o-
o3
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320. 22
Vía de los fosfatos de pentosa
y otras vías del metabolismo
de hexosas
Peter A. Mayes, PhD, DSc -,1*.*:*
de los metabolitos y sustancias químicas extrañas
(xenobióticos) como glucurónidos. Una def,iciencia
en esta vía conduce a un trastorno conocido como
pentosuria esencial. La ausencia total en todos los
primates de una enzim{f;tarticular eñ éitá vla explica
qias en las enzimas del metabolismo de la
de Ia
como la y las galactosemias. La
de los nucleótidos de adenina en el hígado, y necrosis
hepática.
LAVÍA DE LOS FOSFATOS DE
PENTOSA GENERA NADPH
Y FOSFATO DE RIBOSA (Figura 22-1)
INTRODUCCIÓN
Lavía de los fosfatos de pentosa constituye una vía
allroUef
aClmqleLbolisUlg{-e_1¿g_1y9=9-sa;_1r.s+m¿ü;
{If pero tiene dos funciones importántes:'1) la gene-
€ 9
i
9
n d e N ;!Oj q p
q ra I a s s í n tesirre d u cti vgs iffi o
Ia biosíntesis-lFlé-s ácidos srasos v Ios esteñides- v
+%-.* :éa-'*z--'i
2) laprovisi-ón de residuos de ribosa para la biosintesis
de lqs
n u cleóiitris-v ios ac-i ciol ñ uc I e ico;.*
---
La glucosa, fructoia y gátaCtosái-üstituyen, por
su cantidad, las hexosas más inrportantes absorbidas
en la vía gaskointestinal. Provienen, respectivamente,
del almidón, la sacarosa y la lactosa de la dieta. En
particular, en el hígado se han desarrollado vías espe-
cializadaspara la conversión, en glucosa, de la fiuctosa
y la galactosa,
IMPORTANCIA BIOMEDICA
Las vias metabólicas principales para la utilización
de la glucosa.son la glucólisis y la vía de los fosfatos de
en la vía de los
l1¡mólisis de glóbulos rojos, la cual da lugar a un tipo
de as¡niaJreasolútic.a. La enzima más afectada es la
Sqggsa'6-fosfato 4eshiclrogónasa; más de lO0 millo-
nes de personas en el mundo pueden presentar bajas
concentraciones de esta enzima, determinadas gené-
ticamente.
La elaboración de ácido glucurónico a partir de
la gh.rcosa en la vía del ácido urónico. si bien de im-
poftancia cuantitativa menor que las vías principales
de la glucólisis y los fosfatos de pentosa, es signih-
cativamente más importante que éstas para la excreción
él requerimiento de ácido ascórbico (vitamina C)
comó párte de la dieta hurnana, lo cual no se requiere
en la mayor parle de los otros mamíferos. Las def.rcien-
se utiliza para nutrición parenteral, pero en
altas concentraciones es capaz de producir depleción
3 Glucosa G-fosfato + 6NADP.-+
3CO, + 2 Glucosa G-fosfato +
Gliceraldehfdo 3-fosfato + 6NADPH + 6H.
255
de

321. (Capítula 22)
256 ' Bioquímica de HarPer
cLUcosA 6- Fo§FATS
oesnroRooeruesa §
Giucosa 6-fosiato
6-fosloqluconato
Glucosa o-fosfatc
""
?
NADP++H2o
l*
*oo'* *
'.
6-fosfogluconato
c'
[z-
*oot.
lt* *oo"u * ,*
N* to'
Glucosa 6-fostato
cu
l
-
NADP*+H,o
(
f*
*o'"n * n*
6-fosfogluconato
"u
[r'-
*oot.
ltt* *oor* * *'
|*
"o'
NADP*
NADPH + H+
CO,
x¡lulósa s-fosfato
Síntesis de
fiueleótidos.
RNA, DNA
f-rosro*xos^l
I
TSoMEBASA
i
Gliceraldehído 3Josfato
c'
{" I ros]¡ffi]
i ruooLrñ | |
Isouenns¡
I
-l
t
1/z Fructosa 1,6-bisf osf ato
Cu l.--.-'_
I I FHUcrosAl,6- I
I I srsrosrrtns,A I
I
1/2
Fructosa c-losfato
"'.'lt f .*r*.**;l
'l
I I
ISoMEBASA
I
t$-
1/2
Glucosa 6{oelato
u6
Fructosa
co ,,
Glucosa 6{osfato Glucosa 6Josfato
c6
:lr
NADP++H'o
ffi
f-
NADPH+H+
lr
I
1\
t\
+'*
FlibulosaS-fosfalo -*-* EibulosaS-fosfato RibulosaS-fosfato
*-***-*
cu,t
". t ..":t
rffi@l |Eeffiil @l
Xilulosa 5Josiato Ribosa s-fosfato
G¡iceraldehído 3-fosfaio Sedoheptulo§a 7-fosfato
f.ritrosa 4-{osfato
6josfato
FOSFOHEXOSA
ISOMERA§A
Figura 22-1 .Diagrama de flujo de la vía de los fosfatos de pentosa y de las conexiones cle ésta con la vÍa de Ia glucólisis Tal
como se muestra, la vía compteta consta de tres cicloi intárconectádos en los cuales la glucosa O-fosfato resulta sustrato y
producto finai. Las reaccioná! pár arriba de ta tine.a punteáJá son irreversibles, en tanto que ¡as reacciones por debajo de
dicha lÍnea. con excepción de la catalizada por la fructosa
'1
,o-bisfosfatasa,
son libremente revers¡bles'
Fruclosa
US ,'
6-fosfato
t^

322. Vía de los /bs/atos de pentosa y otras vías clel. . . . 257
I-AS REACCIONES EN LA VIA DE LO§
FOSFATO§ DE PENTOSA
TIENEN I-UGAR EN EL CITOSCIL
leual que en Ia glucólisis, las enzimas de la vía de los
r-qslAtg.:jglg,Ae.ntosa se localizan en el citosol. La oxi-
iación se realiza al iguál que en la glucólisis mediante
,leshidrogenación, pero en ei caso de la vía de ios fbs-
iatos de pentosa se utiliza NADF en lugar del NAD-
como arrenúor de hidníge4o.
La seidencifGlás reacciones de la vía puede
dividirse en dos fa¡es: una faseoxidafiva.irreversihle
v una f.Sie -ñ.ñlíáativa reversible. En la primera la
slucosa 6-fosfato es objeto de deshidrogenación y des-
;arboxilación para daruna pentosa, la ribulosa 5-fos-
fato. En la segunda fase la ribulosa S-fosfato se con-
vierte de nuevo a glucosa 6-fosfato mediante una serie
de reacciones en las cuales intervienen principaimen-
te dos enzimas: la transcetolasa y la transaldolasa
i.ftgura22-l).
La fase oxídativa genera NADPH
(figuras 22-1 y 2Z*Z)
La d-g9hi{rogenació.n de 14glucosa 6-fosfato a 6-fpsfo_
glU-conato se lleva a cabo a través de ia formación de
la-[-,fo glgglpconolactona meiliáñIé uná reacción cáta-
iizada por la glucos? 6-fosfato deshidroqenasa, una
enzima depenffi I¿af
=e-
for-
fogluconolactona tiene lugar debido a la acción de la
errzima glucnnolactona hidrolasa. Un segundo paso
oxidativo está catalizado por la 6-fosfogluconato
d._r_Lrd.oeg§1, la cual tambiédEqmiiÁDp,.
uomo aceptor de hidrógeno. En seguida ocure la des-
carboxilación con la formación de una cetopentosa, la
ribulosa 5-fosfato. Posiblemente esta re¿cóión se lie_
va a cabo en dos etapas con el 3-ceto 6-fosfogluconato
como intermediario.
La fase nc exidativa genera
pree¡rseres de la ribosa
La ribulosa S-fosfato sirve como sustrato para dos
enzimas diferentes. La ribulosa S-fosfato i-epime_
rasqmodificalacffi
carbono 3 para flormar el epímero xilulosa S-fosfato,
otra Betopentosa. La ribosa S-fosfato cetoisomerasa
c onvier1e a.,1.1 r!.b_uJosa 5.fo sfato en Ia aldopento s a,ico-
respondiente, la ribosa 5-fosfato, que es el p.e"rtrro,
de ios residuos de ribosa requeridos para la slntesis de
nucleótidos y ácidos nucleicos.
La traus-cetolasa trq¡¡s,flgre la unidad de dos carbo_
----'-%._**-
--
-uas-e.brupuestá-!6ñ1os carüonos I y 2 de una ce[osa.
¡1 carbono aldehídico de una aldosa. por
tanto, con_
'':Giie
tná-¡éiósá en una aldosa con dos
"urúono,üenos y, de manera simultánea, convierte a una aldosa
en una cetosa con dos carbonos más. La reacción re-
quiere como coenzima a la vitamina B tiamina en
forma de difosfato de tiamin-a y, además, iones Mg2*.
Es probable
Que e,lJragmenro-dejogeafb. o,!_o-§ trans-
ferido corresponda al glucolaldehído entazidá aI
difosfato de tiamina. Por tánto, la transcetolasacafaliza
la transferencia de la unidad de dos carbonos presente
en la xiiulosa S-fosfato a la riLrosa 5-fosfato, formando
la cetosa de siete carbonos sedoheptulosa 7-fosfato y la
aldosa gliceraldehído 3-fosfato. En seguida ambos
productos ingresan en otra reacción conocida como
transaldolación. La transaldolasa catalizala transfe-
rencia de una porcidn*ffiii€l&rbonos, la dihidro-
xiacetona (carbonos 1 a 3) de la cetosa sedoheptulosa
7-fosfato a la aldosa gliceraldehído 3-fosfato para for-
mar ia cetosa fructosa 6-fosfato y una aidosa cie cuatro
carbonos, la eritrosa 4-fosfato.
Posteriormente tiene lugar una reacción que invo-
lucra otra vez a la tra_nsacelolasa, en Ia cual la xilulosa
5 -fbsfato s irve coñ6?6la¿oiEt glucot atdehído. En
este caso la eritrosa 4-fosfato formada previamente
actúa como aceptor y los productos de la reacción co-
rresponden a la fructosa 6-fosfato y el gliceraldehído
3-fosfato.
Para la oxidación completa de ia glucosa hasta
CO2 en la vía de los fosfatos de pentosa, se necesita la
presencia de enzimas para la conversión del gliceral-
dehído 3-fosfato en glucosa 6-fosfato. Esto involucra
ei trabajo, en sentido inverso, de las enzimas que par-
ticipan en la vía de la glucólisis y, además, a la enzima
gluconeogénica fructosa L,6-bisfosfatasa; en ausen-
cia de esta enzimiéi gliceráIdffilo3ñIlato sigue la
vía normal de la glucólisis y se convierte en piruvato.
Las dos vías prineipales d*l
eataholismo de la g¡uessa iienen
p§cü Én c(}rnún
Si bien algunos metabolitos son comunes a ambas vías,
por ejempio, la glucosa 6-fosfato, la vía de ios fosfatos
de pentosa es muy diferente de la glucólisis. La oxida-
ción tiene lugar en la primera reacción y utiliza NADp
en lugar del NAD; y el C-O:, que no se produce en la
vía de la gl ucó I i s i s, con stituye ug¿roducto- c-a.racterí s
_
t-i-Sq
CL la
vía de los fosfatos de peniéiá. E, éitu no s"
qenellATP, en tanto que tal generación constituye una
funeión imporlante de la glucólisis. Los fosfaios de
ribosa se generan en la vía de los fosfatos de pent«,rsa y
no en la glucólisis.
l-os equivalentes reductores se
producen en aque¡los tejidos que se
especia¡¡zan en la síntesis reductiva
La estimación de la actividad de la vía de ios fosfatos
de pentosa en diverscls tejidos es un índice de su im-

323. 258 . Bioquímica de Harper
Ho-9:H
H-c oH
I
rl
HO--C'H I
LA
H-c-oH
I
H.C '
áH,-o*g
NADP* NADPH + H*
\#.t
o
I
?-r
H c-oH
I
Ho ó-" I
IO
H-C OH
I
rl
H
-
t,
-
t^
cH2-o-e)
6-10sfogluconolsctoñá
CH^OH
l'
C=O
I
H-C*OH
I
H'C_OH
t^
cHr*o e)
Ribulosa 5-fosfato
coo-
I
H*C"OH
I
HO-C-H
i
H_C-OH
I
H*C*OH
t_
cHr-o-g)
6-loslogluconáto
(Capítulo 221
HrO
. Mg2i l\¡n2l

o Ca2*
GLUCOSA 6.FOSFATO
DESHIDROGENA§A
p-D-gluco§8 6-to§tato
RIBOSA 5.FOSFATO
CETOISOMERA§A
ffi
w.
H0-c-H
I
H*C*OH
t^
cH2-o-e)
Xilulosa 5-fosfato
Figura22-2. Vía de los fosfatos de
Gliceraldehído 3-foslato
H*C =O
l
H-C-OH
l
H-C_OH
L
cHr-o o
§riiosa 4-fostato
H*C_OH
I
cHr-o*o
Gliceraldehído 3-fosf ato
pentosa. (@, -PO,' ; FRPF,
JH,*o*6
W
H-,C-OH
H.JC_OH
"ánr-o-§
Fruc'loea á-{eüaio
a
HO*C-H
I
t{-c-oH
I
H-c-oH-
lxr-o-g
Fructosa o-fosfato
6-FO§FOGLUCONAfO
DESHIDROGENA§A
NADP'
, Yl'l
.;a'
NADP* + H*
{
Coa
ffi
I
H*C-OH
I
I
H*C*0H
I
H-C-OH
3-céto &f ostog luconáto
f RrB'los¿'rosFAro_l
I
g-epruen¡sn
I
'cH2oH
I
'C=O
I
HO-3C-H
l
H-ic-oH
t^
'cH2 o-e)
Xilulosa 5-fosfato
l]r'r,..: 19¡1,6¡1r'
r'1
ir:. . I
-
::
;¡._,r, r§
=§
..,1
:t:":: "": I l
tHt)+c-H
-''
l
'-''-:!-'t-'" -'-'
H*C*OH
I
H-C-OH
I
H*C*Ol-t
t^
cH,-o-€)
S6doheptulo§a 7-tosfato
Tiamina*@,
M§'t
5-fosforribosil 1 -pirofosfato.)
ATP \l
Ms'.)
I .,*t??Lo
]
a^ar
/f I
-l
riJ¡**O, *oÍ=o
Mg'* HJc-oH
I
*^. ¡
,-lJ
I
cHr-o-o
FRPF

324. Vía de los.fos/atos cle pentosa y otras vías del." 259
portancia metabólica. Layía es activa en el-higg[o,
t€j rdo.q jpg§o, cqJgza.$Il&gsgatJ@S,
Uffiñr,
tg§ti§lúos,
v c@alño está
acuva en ta glanclula mamarla en reposo, y su activi_
@
es mínima en et qrJ¿s§l¿lssseeléIiqp. fo¿olló,
tejidos en los cuales se pfesspl1gliygg[ de la vía
.:*I¡zan¡SAmlfm hsÍ!úesis*sdusffior ejemplo,
las
@, sslsrsids§, arlino¿Lcidos
por.la vía de
la,g]¡Íanaets desl+irtrngefrasa, o enG sín-
tesis del glutatión reducido en los eritrocitos. Es pro-
bable que la presencia de lineeénesis activa o de un
sjstema. qu¡
.eq-
tl'lui§J.u g"slades igl g"tiuilffi'mEg'-e-per l, yia
oe los lgstá[email protected],a. En las co¡dipjones asocia_
das al "estado de alimentación" tambiénpue¿óniii¿u-
cirse, mediante insulina, las síntesis de la glucosa 6-fosfato
deshidrogenasa y de la 6-fosfogluconato deshidro-
qenasa (cuadro 2l-l ).
La ribosa puede sintetizarse
prácticamente en todos Ios tejidos
La via de los fosfatos de pentosa proporciona resi-
duos de ribosa para la síntesis de nucleótidos y de
ácidos nucleicos(figara222). La fuente es el interme-
diario ribosa 5-fosfato, el cual reacciona con el AIp
para formar FRPF utilizado en la biosíntesis.de nucleó-
tidos (capítulo 36). El
tejjdp musqulat contiene canti-
dades muy pequeña:
{e
la glucosa 6-fosfa¡¡q§!ÉUdio-
sensa y de la 6
&{"ogEiffiñefó-46ñiúogenasa. Sin
.m6ñgo.elmús@aJor
parte de los demái§ffiiiene ta capacidad álsinte-
hB^
-*@
trzar nb-osa 5-toslato para la sintesis de nucleótidos.
Esto s
no oxidativa de la vía de los fosfatos de pentosa para
utilizar la fructosa 6-fosfato. Por tanto, un tejido no
requiere una vía de 1os fosfatos de pentosa completa-
mente funcional para sintetizar los fosfatos de;ibosa.
La ribosa no es un constituyente significativo de
la sangre sistémica. Por tanto, los tejidos deben satis-
facer sus propias necesidades de este importante pre-
cursor de los nucleótidos.
LA VfA DE LOS FOSFATOS DE
PENTOSA AYUDA A LA GLUTATIÓN
PEROXIDASA EN LA PROTECCIÓN
DE LOS ERITROCITOS CONTRA
LA HEMÓLISIS
La vía de los fosfatos de pentosa en los eritrocitos propor-
ciona eI NADPH para la reducción del glutatión oxida-
do a glutatión reducido catalizado por la glutatién reduc-
tasa, una enzima flavoproteínica con FAD. A su vez, el
glutatión reducido retira el É!O, del eritrocito en una reac-
ción catalizada por la glutatién peroxidasa
,uta-enzrma
que contiene el oligoelemento selenio (figura 221).
Esta reacción es importairte, toda vez que lAtrl¡nCI¡¡la-
ción del H2O2 puede disminuir la esperanza de vida de
les-Elft 6fi r6§árñ6ññññfafi á\,trocTA;Effi ffiffi
ciOnae,tstié@
EL GLUCURONATO, UN PRECURSOR
DE LOS PROTEOGLUCANOS
Y LOS GLUCURÓN¡DOS
CONJUGADOS, ES UN PRODUCTO
DE LA VfA DEL AC¡OO URÓNICO
Además de las vías principales descritas para el meta-
bolismo de la glucosa 6-fosfato, e¿isleg el hígado
unalrgps-r.4-l-4--qo+-v-,el.
lasluaqae4écid slu
r.pgis,-o,-4gldg¿EqgthsS.J¿"p_qf ttosas,tffi ssqce
como la yn"dsláSjdg"Cgám:Ésta también cp¡sti
uye una*y$-.q!ffig'a
lqoxidación de ta glucosa,
NADPH + H+ G_S-S-G
2G SH
Fig-ura 22-3. La participación de la vía de los fosfatos de pentosa en !a ¡'eacción de la glutatión peroxidasa eritrocitaria. (G-S-
S-G, glutatión oxidado; G-SH, glutatión reducido; Se, cofactor seienio.)

325. 260 . Bioquímica de Harper
(Capínlo 221
H
_!C *OH
| \-__r
H-C-OH
I
rl
HO-C_H I
lo
H-C_OH I
, _¿-l
óx,*o-@
o-D-glucosa G-losfato
pero, a1 igual que la vía de los foslatos de pentosa, no
generaATP. En la vía del ácido urónico el glucuronato
se foma a parlir de la glucosa mediante las reacciones
mostradas en la figura 224. La glttcosa 6-fosfato se
ol o
trlll
I t-" I *orn !-:
cH2oH coz
I
Ho-c-u
I
;;, NAD* Ho-?-H
NADp*
ó-o- I c-o-
I I NADH I .,
y,,r"', cez
I
-
I I
rñ
I
c-o I 9=o I f /
Ho-c-H
* ó-o, I ¡, -c-or, I H-c-oH
,l;ll
Ho-c-H lHo-c-H I
Ho-c-ts1
Glucurónidos
Protooglucanoo
,ro
\
,o, /
Y
NADPH
+H*
H-rc*oH
t\,____r
H-C-OH
I
I
u^_^-u L
to
H_C-OH ]
rl
ñ U-
l
ll
o
D-glucuronato
i" l-.r I -.1
óHrou f "óuroHj
*curon
L-xilulosa 3-celo-L-gulonato L-gulonalo
t lt* -""
J Glicolato L-gulonolaclona
f*
n,oor' | ,rrorroryr#yitrE:,
{
"
I
Glucolaldehído
t
I ^ ^^ -^ -^ t '-ceto-L-gulonolactona
+ 'rj'fr"r:r3,l*,^ D-xirurosa 1{osrato
I
Itl
*cH2oH *cH2oH o
TNADHi-ll
H*c-oH i¡^ñ+ .;"i- C=O Q-lH c oH NAD^ -H- c-o
^ i-]
HO-C-H ¡ z HO C-H o-x¡lulosa HO-C
;-i-;" '-
* é o, -,o-i :
L.:.. r*;;:;-r r,,
^ , ,/ ,-Á
';
J/:
óH"oH lo-xturosel curot-t ,/ H-c-
xiritor
IREDU.TASAI Arp
oia{
Ho-c-H
H¡s'-l *cH?oH
eoe
/l
L-ascorbato
BLOQUEO
I
*cH2oH
Lrdeshidroascofbato
convierte a glucosa i-fosfato y ésta en seguida reac-
ciona con el trifosfato de uridina (UTP) para lomlar
el nucleótido activo, ditbsfato de uriclina y glucosa
(UDPGlc). Esta úitima reacción se cataliza por la en-
t2Hl
CO,
,*rr*o*r, f
I
I
I
I
I.
_____,
I
o=l I I
lUq
o=C ll
,-J li
*o*l*,
Oxalato
D-xilulosa 5-fosfato
Vía de la Pentosa fosfato
Figura224.Lavíadel ácidourónico.(El asteriscoindicael destinodel carbonounodelaglucosa; @,-pO; I
Hjc-o-(O
tH
H-c-oH I
ll
HO'C_H i
ro
H-C*OH 1
rl
u-nJ
I
cH2oH
Glucosa
1 -fosfats
[rrcr¡cPrflo.]
I
posron¡usn
I
r=i"
H_*C -O UDP_ H-*C._ O UDP
I UDPGIC I
,
H-C-OH I loesutonOcer¡nSrl H-C- OH
HO-C H i <_--+ HO-C-H i
;_;;,? { *-"-o,?
*-" I zNno' 2NADH
"
-c
I
' Y +H2o *2H+
;
óH.oH
,/
c*o
,/o
Difosrato de ur¡d¡na ,/
Difosfato de uridina
y glucosa (UDPGlc) / Y
glucuronato
l-

326. Vía de los fosfatos de pentosa y otrcts vías cJel..261
rrrla UDPGIc pirofosforilasa. Todas las etapas pre_
,as á e§fé punto c-orrespoidei a las descritas para la
_ ll
d. la gh-rcogénesis hepática (capítulo U-O¡. Et
, DPGIc se oxida en el carbono seis mediante un proce_
..¡ de dos etapas para dar glucuronato. El producto de
.: oxidación, catalizada por una UDpGlc deshidroge_
nasa dependiente del NAD, cor-responde al UDp_gÍu_
: uronato.
El UDP-glucuronato constituye la variante
.,acti_
l" del glucuronato destinada a las reacciones que
:rr olucran la incorporación del ácido glucurónico en
..rs proteoglucanos, o a las reacciones en las cuales el
_:lucuronato se conjuga con sustratos tales como las
i.onronas esteroides, cie¡tos lármacos o la bilimrbina
'ntes
de su excreción (figura 34-13).
El glucuronato se reduce a t-gulonato en una reac_
,itin dependiente del NADPH. El t-gr_rlonato es el
rrecursor directo clel ascorbato en ios animales capa_
: es de sintetizar esta vitamina. En los humanos y otros
:rimates, así como en los cobayos, no es posible sin-
31izar el ácido ascórbico debido a la ausencia de la
: nzima r,-gulonolactona oxidasa.
El r--gulonato se oxida a 3-ceto-L-gulonato que se
:¡scarboxila para dar la pentosa L-xilulosa. Esta últi_
::-;a se conviefie al isómero O mediante una reducción
:ependiente de1 NADPH para producir xilitol, segui-
:a por la oxidación de éste en una reacción dependiénte
:el NAD que produce la o-xilulosa. Una vei que ésta
.¡ conr.,ierte en ¡-xilulosa 5-fosfato se metaboliza en
.: r'ía de los fosfatos de pentosa.
_ ¡,. í ": i ¡ i; Ái':,_::,.
::'¡ r', f
:r
r;i i..j i''i i,,i,.:.1
'i
;
¡.:,,, i: :'il i
-: i.* {:= :r- r. ; i-; :a: li-i i- : ri j";.
!i ::: l-§:ll:¡i
]J
-
: ; .;r :",, i i¡¡
!.:r1¡ ; ¡'.i l',¿ t.i' i:t: l:l
,'as dietas abundantes en sacarosa o en
-jarabes con
.lta concentlación de fiuctosa (JFA), utilizados en la
:¡bricación de alimentos y bebidas, dan lugar a que
.:rgresen a la vena porta hepática grandes cantidades
:: tructosa (y de glucosa).
El hígado glucoliza más rápido a la fiueto,sa que la
:lucosa; esfo sé debe a que esquiva la etapa catalizada
:or la fosfofiuctocinasa del metabolismo de la gluco_
.:. etapa en la cual se ejerce el control metabólico sobre
,: r elocidad del catabolismo de dicha glucosa (figura
ll-5). De esta manera se pemite que la fructosa inun-
:: las vías hepáticas, 1o que refuerza la sintesis de los
,.'idos grasos, incrementa su esterificación v aumenta
. secreción de las VLDL; todo lo anterior puede ele-
..
¡r la concentración sérica de los triacilgliceroles y,
.ralmente, Ias con'espondientes al colesterol LDL (fi-
=ra
27
-7). La glucosa adicional que ingresa al torente
,:nguíneo estimula la secreción de más insulina y po_
::cia todos los efectos mencionados
En el hígado existe una cinasa específica, la fruc-
tocinasa, que cataliza la transferencia del fosfato
presente en el AIP a la fructosa para formar fructosa
1-fosfato; esto también se ha demostrado en el riñón y
en el intestino .Laenztmano fosforila a la glucosa y, a
diferencia de la glucocinasa, el ayuno o la insulina no
afectan su actividad, lo cual puede explicar la desapa-
rición de la fructosa a una velocidad normal en la
sangre de los pacientes diabéticos. La K,. de la enzima
hepática para la fructosa es muy baja, lo que indica
una afinidad muy alta de dicha enzima por el sustrato.
Es probable que ésta sea la vía principal para la
fosforilación de la fructosa.
La fructosa 1-fosfato se escinde en o-gliceral-
dehído y fosfato de dihidroxiacetona por la aldolasa B,
una enzima hepática. Esta enzima también parricipa
en la glucólisis hepática al atacar la fructosa 1,6-bis-
fosfato. El o-gliceraldehído ingresa a la secuencia de
reacciones de la glucólisis mediante otra enzima he-
pática, la triocinasa, la cual cafaliza la fosforilación
de éste a gliceraldehído 3-fosfato. Los dos fosfatos de
triosa, el fosfato de dihidroxiacetona y el gliceraldehído
3-fosfato, pueden degradarse en la vía de la glucólisis
o, bajo la influencia de la aldolasa, combinarse y con-
vertirse en glucosa. Esto último constituye el destino
de la mayor parte de la fructosa metabolizada por el
hígado.
En los tejidos extrahepáticos la hexocinasa pue-
de catalizar la fosforilación de la mayor parte de los
azúcares hexosa, incluso de la fructosa. Sin embargo,
la presencia simultánea de fructosa y glucosa da lugar
a una inhibición importante, a cargo de la glucosa, de
la fosforilación de la fructosa. A pesar de todo es pro-
bable que una parte de la fructosa pueda metabolizarse
mediante esta vía en el tejido adiposo y en el músculo.
La fructosa libre se presenta en el plasma seminal, y
se secreta una cantidad significativa a la circulación
fetal de los ungulados y las ballenas; en estas especies
se acumula en los líquidos amniótico y alantoideo. En
todas estas situaciones la fructosa constituye una fuente
potencial de combustible. La aidosa reductasa se pre-
senta en la placenta de las ovejas y tiene a su cargo la
secreción de sorbitol hacia 1a sangre fetal. La sorbitol
deshidrogenasa del hígado, incluso el hígado fetal, es
responsable de la conversión del sorbitol en fructosa.
La vía también tiene a su cargo la producción de fruc-
tosa en el líquido seminal.
LA GALACTCSA E§ NHܧSARIA
PARA LAS SíNTE§¡§ NE LAÜTO§A,
üLUÜüLIPIÜO§, PROTEOGLUEAÑOS
Y GLIJCÜPROTEINA§
La galactosa proviene de la hidrólisis intestinal del
disacái-idólaótosa, el aácar de la leche, y se convierte

327. 262 . Bioquímica de
ro''*n"no ffi #*
/,,-----: hffil
Glucosa 6josfato
D-glucosa
t \-/_
r=:---::-:- I ' 9!Y99!1119!!A'A!4-¡
I FOSFOHEXOSA II
L
I rsoueResn I I
-l
+ tr-.cñosol
Fructosao-tosfato +---------
D-fructosa +D¡ela
./\ATPI
t
I
/
-l
rn-"f.-St"'^t-
I orr lfñ*"r-*r""-^*;-l
lFHUCrocrNASAl
I
ArP
I
BrsFosFArASA
' / ,ru'*foZlrfo^?rfr",or*
\/ I
\/
Fructosa 1.6-b¡slosfato
Fructosa ljosfato
I ', ?gy',i,i!,;i'!l?É:"Eiüg'iJ=-
I /I IALDOLASA BI
I
---
Fosla¡oded,hldroxlacelona
+
|
',*rrl C I
I
l¡.oousnsll ll rnrosn I tosácidosgrasos I
I l lrsouea'qs¡
l
It arp
+
BLOQUEO LN LA |NTOLERANC.t
t
-
i,Éá e otlin,t o ro, *u"roro'
fi
dedihidroxiacelona
t
-l-
ll
Esteriricación de
I
los ác¡dos srasos
j
Glicera{dehído 3Josfato
I
I
2-fosfoglicerato
I
{
D-gliceraldehído
fB,oo¡{Aill
Piruvato + Sínte§¡s delos ác¡dos grasos
Figura 22-5.E1 metabol¡smo de la fructosa. La aldolasa A se encuentra en todos los tejidos, en tanto que la aldolasa B es la
vaiiante predominante en el hígado:
'',
ausente en el hígado'
rápidamente aglucosaen el hígado. La.capacicladdel de su incorporación al glucógeno seguida de la fos-
frigu¿o para ilÑar a cabo esticonversión puede uti- forólisis'
lizarse como una pr,-reba de la función ireiática me- Ya que la reacción de la epimerasa es libremente
diante la prueba de tolerancia a la galactoia. Enla fi- reversible, la giucosa puede- convefiirse en gaiactosa
á"riZZiA
se presenta la r,.ía de la"conversión de la porlocualéstanocorespondeaunconstituyenteesen-
galactosa en giucosa. I gutu.toru se fosforila con iiul ¿.la dieta. La galactosa se requiere en el cuerpo
ayuda de ia galactocinñilf"i-iráción dei ATP para la formación de la lactosa, pero también como
como donado, d.l fortátÁ. Él froducto,
ia galacto§a constituyente de ios glucolípidos (cerebrósidos), los
l:i;;r*,;;¿i;;;;; et difosr-ato de uridña y glu- prote_oglucanos v
las glucoproteínas'
cosa (UDFGlc) para fbrmar difosf-ato d" u.idirr"u y Dr]rante la síntesis de la lactosa en 1a glándula
gaiactosa (uDPGal), y giucosa 1-fosfato._En esta eta- rtamaria, la glucosa se convierte en uDFGal median-
pa, catalizada por una e'nzima denominada galactosa te las enzimás ya descritas' El UDPGaI se condensa
l-fbsfato uridilo t.urrf".uru, la galactosa'desplaza con la g.lucosa y produce lactosa' en una reacción
a la glucosa en el UpPCii.'Lu".-o-nrgrsión áe la catahzidaporialactosasintasa(figura22-6)"
galaJosa- en glucosa tiene lugar en una reacción del
+ucl.eÓtido con gaiactosa cíf.alizadapor una epi-
r":ii
'l':'ji'.;i"iti¡i
t"i'¡rii";;i;:"rtil':'
r::1 1-'r:;i'l :".
ii.üru,
"t
p.c,duito es el UDPGlc. !a epimerización
'::'
:i;iJr"'i:.r i;"'
'.
r ¿ ' i
:
quizá involl¡cra una oxidación y reducción enel car- '::i,j-,i:-r.:"r;:'r';'::!ili:iij
r
bono cuatro- cqn el NAD- como coenzima' Por último,
la ghtcosa se libera del UDPGlc, después de su con- Los aminoazúcares son gompgnqntes
impofiantes de
versión en glucosa 1-fbsfato, probablemente, a tfavés las glucoproteínas (capítulo 56), de ciertos glucoes-

328. Vía de los
Jbsfatos de pentosa y otras vías cJel. . . .
263
GALACTO§A
l.FOSFATO
GLUCÓGENO SINTASA
URIDINA
DITOSFOGALACTOSA
4"EPIMERASA
NAD+
f
FosFocLrrcoMUrASAl
Glucógeno
Glucosa J{osfaio
Glucosa
f
FosFoFiLA$l
| rcLucosA--l
I I o-FOSFATASA I
G-fosfato _---.r-
Glucosa
B
ATP
Glucosa
UDPGa¡
UDPGIc
PIFOFOSFOHILASA
URIDINA
DIFO§FOGALACTO§A
4.EPIMERA§A
Ms*
¡
ncxocrNAsA I
Glucosa 6Josfato
f
FosFoGLUcoMUrASAl
Figura 22-6. La vÍa de la conversión de (A) la galactosa en
llándula mamaria en lactancia.
!¡tgoliqiaos
(p. ej., los gangliósidos) (capitulo t6) y
JdtiS
§Iucósaaminoglucanos (capítulo S7¡. Los ani-
noazúcares principales corresponden a la glucosamina,
galactosamina y manosamina (todas hexosaminas)
a un compuesto de nueve carbonos, el ácido siálico. El
ácido siáliCo principal presente en los tejidos humanos
coresponde al ácido .Ay'-acetilneuramínico
NeuAc).
En la figura 22-7 se presenta un resumen de las
interrelaciones entre los aminoazúcares: Ias caracte-
risticas impofiantes de éstos son: l) la glucosamina
.lue cs el aminoazúcar principal. y se forrna corno
_:lucosatnina 6-fos[aro a par.rir de la'lnrcrosa 6-loslato
. .rn Ia parr icipación de la glurarn ina como donador del
:rupo amino. 2) Los alninoazúcares se prcsentan so-
bre
lgdo en la forma 1y'-acetilada. EI donador de ace-
tilo cor-responde a la aceril-CoA. 3) La N-acetilrna-
'losamina
ó-loslato se hrrma por la epirnerización de
r.r \-acetilglucosamina ó-losf,ato.4.¡ El NeuAc se for-
:la mediante la condensación de la 1y'-acetilma_
rosamina 6-fosfato con el tbsfoenolpinrvato. 5) La
galaclosamina
se lomla lnediante la epimerizaciórr de
. a LrDP-.^'/-acetil g iucosami na (UDpGliNAc) para dar
L DP-l/-acetilgalacrosamina (UDp-GalNec). O¡ t_os
azúcares dé ibs nucl?óti«los corresponden a lás va-
i áiites én l᧠cuáleslos áriiiñóA/úrcárós se uiilizan para
,: biosintesis de las glucoproteirras y de otros com-
puestos complejos; ios nucleótidos importantes con
aminoazúcares corresponden al UDpGlcNAc. al
UDPGaINAc y al CMP-NeuAc.
ASPECT'O§ CLíNICÜS
El deterioro de la vía de los fosfatos
de pentosa da Iugar a !-reméiisis
eritrocitar¡a
Una mutación presente en algunas poblaciones es la
causa de una insuficiencia de la g-luco.sa 6 f,osfato des-
LiÉ¡9g9r1¡u
con el deterioio .orrs..ue.rte en l4 ge'ne-
raciOn ¿etNAOPH. Esta afectación se manifiestá"o*o
hémólisis eritrocitaria cuando l¿ peré-ona Áuscéiirtibte se
expone a oxidantqs, como primaquina antipalúdica, as-
pirina o sulfonamidas, o cuando tal persona ingiere habas
(.Wcia.fava- favismo). La glutatión peroxidasa depen-
de del NADPH y actua como un antioxidante natural
en muchos tejidos. La enzima ataca los peróxidos or-
gánicos además del ÉlOr;junto con la vitamina E forma
parle de la defensa del organismo contra la peroxida-
ción lipídica (figura 16-27). Se ha demosirado.qna
correlación entre la incidencia de algunos cánceres y
Éb_d-i-l,riqgntiación de setenio ., tÁurg.., u.o*pu,
ñacilptii'üná baja actividad de la glutatióñpéroxidasa.
A
I
cALACTocr,rASAl
Galactosa
I
)-
)*
I
Galactosa
1 {osfato
Glucosa
1 {osfato
ADP
[-"*-

329. 264 . Bioquímica de Harper
(CapínLlo 221
l--+ctucóg
o,r"o.u ¡-tostato I
ATP ADP t
\/+
Glucosa ----\---Z-- Glucosa6¡osfato
t
I
+
Fructosa 6{osfato
Glucosam¡na
N-Acetil <--.-..+ N-Acetil
glucosamina
6Josfalo
I
l-
I I EPIMEflASAI
f
N-Acetil
manosamina
6Josfato
Fosfoenolpiruvato -11
I
I
N-Acetil-
ácido neuromínico
9-fosfato
/
/
,/
/
Ácido siálico
gangliósidos,
glucoproteínas
La medjcionrlela¿ctifi.dl4:C!&i4egjle
:B
jrans-
setqlap-
pucda. uti6r-u,p1@
lu
dqflqlelrcia-de,Jiamina. El únicoffitorno en el cual
aumenta la actividád de la enzima colresponde a la
anemia pemiciosa.
La interrupción de la vía del ácido
urónico se debe a defectos enz¡mát¡cos
y a ciertos fármacos
En la pentosuria esencial, una enfermedad heredi-
taria y poco frecuente, se presentan en la orina can-
tidades considerables de r--xilulosa. Este hallazgo se
puede exnlicar por lq ausencia, en los pacientes pen-
Figura22-7. Resumen de las interrelaciones en el metabolismo de los aminoazúcares. (Con'asterisco: análogos de la
UñeCtc.¡ Otros nucleótidosdá purina o de pirimidina pueden enlazarse de manera similara los azúcares o a los aminoazúcares'
ios ejenípns corresponden al difosfato de timidina (TDP)-glucosamina y a la TDP-N-acetilglucosamina.
tosúricos. de la enzima necesaria para lograr la reduc-
ción de la l-xilulosa a xilitol. La administración paren-
terai del xilitol puede dar lugar a la oxalosis que con-
siste en el depósito de oxalato de calcio en encéfalo y
riñones. Esto resulta de la conversión de la l-xilulosa
en oxalato que tiene lugar en la vía de la formación de
la xilulosa 1-fosfato, el glucolaldehído y el glucolato
({tgwa224).
Varios fármacos incrementan de manera notable
la velocidad de ingreso de la glucosa a la vía del ácido
urónico. Por ejemplo, la administración de barbital o
clorobutanol a ratas produce un incremento signilica-
tivo en la conversión de glucosa a glucuronato, r--gulo-
nato y asr:orbato. Existe evidencia de que la amino-
ATP ADP
l- Gtut..,na
tf ,-
(
FMTooTRANSFERASAI
l\> Gtutamato
f
UTP
\
___>E=+
UDp-

glucosamina.
PPi
I
I
I
I
Glucosaminoglucanos
(ej, heParina)
G lucosamina'+-::::::::::::*:
o-fosfato I rosrocr-uco-
|f FosFoGLUco---l
I ,v¡q*---l
+L_
e
f>
ncetir-con
Glucosamina
1 {osfato
I
tr/>
Acetil-CoA
I nr" ADP
,-of"",,, .
y'
t
glucosamina glucosamina
1 -fosfato
t¡
ue
,rr4
UDP-
¡{-acetil glucosamina
-d*i""'üri' Glucosaminoglucanos
{ácido h¡alurónico),
giucopreteinas
t_
NAD+ [leerrrrenasnl
t-
UDP.
N-aceii I galactosami na"
\
\l
\
Glucosaminoglucanos
(condrotinas),
glucoproteínas
rywv."re Efecto de
e
inhibición
aloslérica
t-

330. Vía de los.fosf atos de pentosct
.y otros vías clel..
265
pirina y la antipirina incrementan la excreción de la
:-rilulosa en los pacientes pentosúricos.
La sobrecarga del hígado
con fructosa puede potenciar
la hipertriacilglicerolemia, la
hipercolesterolemia y la hiperuricemia
\h se han mencionado los efectos de la fructosa sobre
e1 metabolismo hepático como promotora de la sínte-
sis_de triacilgliceroles, de la secreción de VLDL y de
la hipertriacilglicerolemia, 1o que puede generar un
ilcremento en la concentración del colesterol LDL,
todo 1o cual se considera como aterógeno enpotencial
{.capítulo 28). Además, la sobrecarga aguda del híga-
do con fructosa, como en el caso de unainfusión intia-
venosa o con las ingestiones muy abundantes de fruc-
tosa, produce el secuestro del fosfato inorgánico en la
fructosa 1-fosfato y disminuye la síntesis áel AIp. En
c.onsecuencia, se elimina la inhibición, a cargo delATp,
de las enzimas de la degradación del nucleótido de
adenina y se acelera la formación de ácido úrico, lo
cual pro-duce hiperuricemi ay ésta, gota (capítulo 36).
Estos efectos resultan de particular imporlancia en las
personas que presentan una predisposición a la hiper_
triacilglicerolemia o hiperuricemia.
Los defectos en el metabolismo
de la fructosa producen enfermedad
(figura 22-5)
La carencia de fructocinasa hepática produce fructosu-
ria esencial, y la ausencia de aldolasa B hepática que
actúa sobre la fructosa l-fosfato da lugar a la intole-
rancia hereditaria a Ia fructosa. En ambos trastornos
resultan benéficas las dietas escasas en fructosa, sorbi-
tol y sucrosa. El defecto en la aldolasa B no inclina la
actividad hacia la fructosa 1,6-bisfosfato de manera
impofante, por lo que la gluconeogénesis sólo se afecta
levemente.
Una consecuencia de la intolerancia hereditaria
a la fructosa y de otro trastorno debido a la insufi-
ciencia de la fructosa 1,6-bisfosfatasa consiste en
una hipoglucemia inducida por Ia fructosa, a pesar de
existir grandes reservas de glucógeno. Al parecer la
acumulación de la fructosa l-fosfato y de la fructosa
1,6-bisfosfato inhiben la actividad de la fosforilasa
hepática mediante mecanismos alostéricos. El secues-
tro del fosfato inorgánico tarnbién da lugar a la deple-
ción del AIP y a hiperuricemia de acuerdo con lo ex-
plicado en el párrafo anterior.
La catarata diabética se relaciona
con fructosa y sorb¡tol en el cristalino
En el cristalino humano se encuentran la fiuctosa y el
sorbitol, y la concentración de ambos se incrementa
en la diabetes y es posible que esto participe en la
patogenia de la catarata diabética. La vía del sorbitgl
(poliol) (inexistente en e1 hígado) es responsable de la
formación de f-ructosa apartir de giucosa (figura22-5).
Esta vía incrementa su activiclad en la diabetes con-
forme aumenta la concentración de glucosa en aquellos
te¡idos no sensibles a la insulina, es decir, cristalino.
nervios periféricos y glomérulos renales. La glucosa
es objeto de reducción a sorbitol mecliante el NADpH
en Llna reacción catalizada por la aldosa reductasa, a
la cual sigue la oxidación del sorbitol a fructosa en
presencia del NAD y la sorbitol deshidrogenasa
(poliol deshidrogenasa). El sorbitol no difunde con
facilidad a través de las membranas celulares y, por
tanto, se acumula y produce daño osmótico. De rnane-
ra simultánea disminuyen las concentraciones del
mioinositol. En 1as r:atas diabéticas pueden prevenirse
la acumr-rlación del sorbitol, la depleción del mioino-
sitol y la catarata diabética mediante los inhibidores
de la aldosa reductasa, y en la práctica clínica se han
obten ido resu I tados pronr isorios.
Al administrar el sorbitol por vía intravenosa éste
se convierte en fiuctosa en lugar de glucosa, pero ad-
ministrado por vía oral gran cantidad escapa a la
absorción intestinal y se fermenta en el colon median-
te las bacterias hasta productos como e1 acetato y el
H2; por 1o cual, los edulcorantes "sin azúrcar,, con
sorbitol pueden producir dolor abdominal (intoleran-
cia al sorbitol).
txs ri*fi*ienft¡#s $naim;*t¡*§s en ¡* l,ia
*e lx gxl*et*s* pr**u*§ñ
üaiñ¿;t#**it:il
En las galactosernias se presenta incapacidad para
mctabolizar la glucosa y esto pucde clcberre a delectos
hereditarios en la galactocinasa, la uridilo transf-erasa
o la 4-epimerasa (figura 22 6A), si bien se conoce
mejor la insuficiencia de la uridilo transferasa. La
galactosa, cuya concentración sanguinea se incñ-
menta, se reducq mediante la aldosa reductasa al poliol
(galactitó[óórespondiente
1, la acurnulación dL éste
produce calarata. El estado general se afecta más si la
galactoscn.ria .se debe a un dilecto de 1a uridiio trans-
ferasa debido a que en este caso se acumula la galactosa
1-fosfato y disminuye el losfato inorgánico en el híga-
do. Finalmente se presentan insuficiencia hepática y
deterioro mental. Sin embargo, en la deficiencia de la
uridilo transferasa la epimerasa existe en cantidades
adecuadas, de manera que la persona galactosémica
consetva la capacidad de formar UDPGaI a partir de la
glucosa. Esto explica el crecimiento y desarrollo nor-
males de los niños afectados a pesar de las dietas sin
galactosa utilizadas para controlar los síntomas de la
enfermedad. Sin embargo y a pesar del tratamiento,
en los pacientes con galactosemia pueden presentarse
algunas complicaciones a largo plazo como disfunción

331. 266 . Bioquímica de Harper (Capíttlo 2) t
neural. Se han descrito varios defectos genéticos dife-
rentes como causa de una disminución en lugar de la
ausencia de la transferasa. Dado que notmalmente la en-
zima se presenta en exceso, una disminución de la
actividad al 50% o incluso menor no produce enfer-
medad clínica, la cual se presenta sólo en los homoci-
gotos. Se ha demostrado la insuficiencia de la epimera-
sa en los eritrocitos, pero concomitante con la presencia
en el hígado y el resto del cuerpo; al parecer, este ter-
cer tipo de trastr¡rno cursa sin síntomas.
l. La vía de los fosfatos de pentosa, presente en el
citosol, puede llevar a cabo la oxidación completa
de la glucosa, y 1os productos principales son el
NADPH y el COr. La vía no genera AIP.
2. La vía presenta una fase oxidativa, irreversible, que
genera NADPH y una f-ase no oxidativa reversible
en Ia cual se obtienen los precursores de ribosa para
la síntesis de nucleótidos, incluso RNA y DNA. La
vía completa ocure sólo en los tejidos con necesi-
dad de NADPH destinado a la síntesis reductiva,
por ejemplo, lipogénesis o esteroidogénesis; en tanto
que la fase no oxidativa se presenta en todas las
células que necesitan ribosa.
3. En los eriffocitos la vía tiene una función importan-
te al evitar la hemólisis mediante el aporte del
NADH necesario para conservar el glutatión en el
estado reducido. A su vez, el glutatión constituye
un sustrato para la glutatión peroxidasa y ésta es el
instrurriento para la remoción del nocivo HzOz de la
célula.
4,La vía del ácido r¡rónico constituye la fuente del
ácido glucurónico utilizado para la conjugación
con muchas sustancias endógenas y exógenas,
ántes de la eliminación de éstas en la orina como
glucurónidos.
5. La fructosa logra rápido acceso a las vías meta-
bólicas al esquivar la principal etapa de control
en la glucólisis catalizada por la fosfofructoci-
nasa. Por tantc, estimula la síntesis de ácidos grasos
y la secreción hepática de triacilgliceroles. Al igual
que la galactosa, con facilidad forma glucosa en
el hígado.
6.La galactosa se sintetiza a partir de la glucosa en la
glándula mamaria en lactancia y en otros tejidos en
los cuales se requiere para la síntesis de glucolí-
pidos, proteoglucanos y glucoproteínas. I
ffiÉF§R§},¡CiAS
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¡*

332. 23
Biosíntesis de los ácidosgrasos
Peterfi,. Mayes, PhD, DSc
: :
i-
::i,, .r:
,: ,r:".
'
. t¡ :i¡
.\1 igual que en el caso de mnchos otros procesos de
degradación y de sÍntesis (p. ej., glucogenólisis y
elucogénesis), a la síntesis de los ácidos grasos
tlipogénesis) se le consideraba una simple inversión
de su oxi4ación en el interior de las nritocondrias.
Sin ernbargo, en la actualidad se sabe que la respon-
sabilidad de la síntesis completa del palmitato a pirtir
de acetil-CoA corresponde a un sistema extramito-
condrial sumalnente activo en el citosol. En el retículo
endoplásrnico del hígado también se presenta otro
sistema para la elongación de la cadena de los áci-
dos grasos.
variaciones entre las personas con respecto a la ac-
tividad en esta vía podrían relacionarse con el
origen y grado de la obesidad, aIa vez que una de
las lesiones en la diabetes mellitus tipo I, o insuli-
nodependiente, consiste en la inhibición de la
lipogénesis.
LA VfA PRINCIPAL PARA LA SINTESIS
DE NOVO DE LOS ACIOOS GRASOS
(LTPOGENES|S) TTENE LUGAR EN EL
CITOSOL
Este sistema se presenta en muchos tejidos entre los
cuales se incluyen hígado, riñón, encéfalo, pulmón,
glándula mamaria y tejido adiposo. Entre los cofacto-
res necesarios se incluyenNADPH,ATP, Mn
*,
biotina
y HCO3- (como fuente de COr). La acetil-CoA cons-
tituye el sustrato inmediato, y el palmitato libre
corresponde al producto final.
La producción de la malonil-CoA
es el paso inicial, y el que controla la
síntesis de los ácidos grasos
En la reacción inicial para la carboxilación de la acetil-
CoA en malonil-CoA, en presencia de ATp y la
acetil-CoA carboxilasa, se requiere del bicarbonato
como fuente de COr. La acetii-CoA carboxilasa nece-
sita de la vitarnina biotina (figura 23-l). La enzima
contiene una cantidad variable de subunidades idén-
ticas, cada una de las cuales contiene biotina, biotina
carboxilasa, proteína acarreadora del carboxilo de la
biotina y transcarboxilasa, así como un sitio alostérico
regulador; por tanto, constituye una proteína multien-
zimática. La reacción tiene lugar en dos etapas: l) la
carboxilación de la biotina (con participación del AIp;
figxa 52-13) y 2) la transferencia del carboxilo a la
acetil-CoA para formar la malonil-CoA.
Entre las especies existe una gran variación respec-
to a la disposición de las principales vías lipogéni-
cas entre los tejidos y de los principales sustratos em-
pleados para la síntesis de los ácidos grasos. En la
rata. una especie que ha proporcionado la mayor
parte de la información acerca de Ia lipogénesis,
la vía se presenta bien estructurada en el tejido adi-
poso y en el hígado; en tanto que en los humanos
el tejido adiposo puede no constituir un sitio de
importancia, y el hígado presenta poca actividad.
En las aves la lipogénesis queda confinada al híga-
do y resulta de parlicular importancia para e1 aporle
de lípidos durante la formación del huevo. En la ma-
vor pafte de los mamíferos la glucosa constituye el
sustrato principal para la lipogénesis; pero en los ru-
miantes esta participación corresponde al acetato, que
constituye la principal mo1écula de combustible pro-
ducida por la dieta. Ya que la vía de la lipogénesis
puede resultar de poca importancia en los humanos.
no sorprende el hecho de que no se haya descrito en-
t'ennedades crr¡ciales de esta vía. Sin embargo. las
267

333. /
(Capítulo 231
2(,8 ' Bioquímica de ITarPer
a.A eotuS -CoA-
,/'
\
Enz
-
biotina
odc-cHr-corus-coe
l\4alonil-CoA
Acetil-CoA
Enz-ololna-uuu
oo"*r, *-! | ArP+Hbo:-
Figura 23-1 . Biosíntesis de la malonil-CoA (Enz' acetil-CoA carboxilasa)
' :i¡,ii;:lilir.i :1,., i:']t lrir,ta.ji-"ii.',,.
.ii .,i:,:-.r.:.r r:t;:, i..:i, ali:.ri|]..1;:iiji'.;l.i '.11:il
L;,ri:li':
t......
:
".:.
Al parecer existen dos tipos de sintasa de los ácidos
g.utot. En las bacterias, vegetales y fbrmas inferiores
las enzimas individuales del sistelna se presentall se-
paradas y los radicales acilo están cornbinados con
una protéína denominada proteína a-ca-rreadora de
acilo (ACP, del inglés aqtl ¿o"¡n' ,rotein)'
Sin em-
bargc, err las levaduras, mamífcros y aves-el sistema
de ia sintasa consiste en un complejo polipeptídico
multienzimático. el cual no es posible subdividir sin
pérdida de la actividad, y la ACP forma parte de este
ton"rplejo. La ACP de las l"racterias y de1 complcjo
multienzir¡ático contiene la vitarlina ácido panto-
ténico en la variante de la 4'-fosfopanteteína (figura
52-6). En este sistema la ACP tiene a su cargo la fun-
ción áe la CoA. La agregración de todas las enzitnas
de una vía particular en una unidad multienzinrática
funcronal pérmite una eficiencia y libertad grandes res-
pecto c1e 1á interferencia por reacciones competidoras
y adquiere así el efecto de cornparlimentalizat ei pro-
á.so
"r't.t
interior de la célula sin necesidad de consnuir
bameras de permeabilidad. Otra ventaja del polipéptido
multienzimático único consiste en que la síntesis de
todas las enzimas en el complejo es coordinada, como
consecuencia de estar codificadas por sólo un gell'
El complejo de la sintasa de los ácidos grasos es
un dírnero (figira 23-2). En los malríferos cada rnonó-
mero es id¿ntico al otro y consta de una cadena poli-
peptídica con las siete actividades enzimáticas de 1a
iintu.u de los ácidos grasos y una ACP con un gmpo
-SH
en la 4'-fosfopanteteína. Muy cercano se en-
cuentra otro tiol de un residuo de cisteína perleneciente
a la 3-cetoacilo sintasa (enzima condensadora) de
otro monóllero (figura 23-2). Esto se produce debido
a que 1os dos monómeros quedan en una c-onfigura-
ción de "cabeza con cola" y, dado que ambos tioles
parlicipan en la actividad de la sintasa, sólo el dímero
es activo.
Inicialmente, una molécula primordial de acetil-
CoA se combina con el grupo
-SH
de la cisteína en
una reacción catalizada por la acetilo transacilasa (fi-
gura 23-3). La malonil-CoA se combina con el
-SH
ídyacente'localizado en 1a 4'-fosfopanteteína de la
ACP perteneciente al otro monómero, reacción
cataliáda por la malonilo transacilasa. para fbrmar
la enzima acetil(acil)-malonilo' En una reacción
catalizada por la 3-cetoacilo sintasa el grupo acetilo
ataca al grupo metileno del residuo malonilo y fonua
la enzimá 3-cetoacilo (enzima acetoacetilo) con libe-
ración de CO2. Esto libera el gmpo
-SH
de la cisteína
ocupado hasia ahora por el grupo acetilo' I a des-
carboxilación permite que la reacción continúe hasta
completarse ai actuar como fLrerza impulsora para la
secuLncia completa de reacciones' El grupo 3-ceto-
acilo se reduce, se deshidrata y de nuevo se reduce
para fotmar la correspondiente acil-S-enzima satura-
ia. Una nueva molécula cle la malonil-CoA sc combitla
con el
-SH
de la'l'-fosfopanteteína y desplaza el re-
siduo aciio saturado localizado sobre el grupo
-SH
de la cisteína libre. La secuencia de las reacciones se
repite seis veces más y en cada ocasión se incorpora
on n.,.,ro residuo malonilo l.rasta que se obtiene el en-
samble de un radical acilo saturado de 16 carbonos
(palmitiio). Este radical se libera del complejo
inzimático'mediante la actividad de una séptima enzi-
ma del propio complejo, la tioesterasa (desacilasa)'
El palmitaá Ibre debe activarse a acil-CoA antes de
su posible ingreso en cualquier otra vía metabólica' El
destino más frecuente consiste en la esterificación para
fomar acilgliceroles (figura 23-4)'
En la glándula mamaria se presenta Llna tloesterasa
diferente !
específica para los residuos acilo de los
Cr, C,o o Ó,r, lot que posteriormente foman parte de
tos tipiaos Je la leche. En ia glándula-mamaria cle los
rumiantes esta enzima forma parle de1 complejo de la
sintasa de los ácidos grasos.
En un complejo áimérico existen dos centros de
actividad, los cuálei funcionan de manera independien-
tc y simultánea para formar dos moléculas de palmitato'
Lá ecuación para el conjunto de la síntesis del palmitato
a parlir de laacetil-CoA y de la malonil-CoA se mues-
tra a continuación:
CHzCO'S'CoA
+ THOOC'CH,CO'S'CoA
+
I4NADPH + 14H--+
CH3(CHr)14COOH
+ TCOz + 6H2O +
SCoA.SH + 14NADP.
La acetil-CoA utilizada como primordio forma los áto-
mos de carbono 15 y l6 del palmitato' La adición de
la totalidad de las unidades C2 subsecuentes tiene lu-

334. /
Bi.o.síntesis de los ácido,s grosos .
269
4'-fosfo-
pantetelna
I
__§11__
SH
I
Cis
I
Cetoacilo
Figura 23-2. Complejo multienzimático de la sintasa de los ácidos grasos. El complejo consiste en un dímero de dos
1o¡óm9¡os
polipeptídicos idénticos, 1
.y
2, cada uno con siete actividádes enzimáticas,. y la proteína acarreadora de acilo
(ACP). (Cis-SH, cisteína-tiol.) El
-SH
de la 4--fosfopanteteína en uno de los monómerás está mry cercano al
-SH
del
residuo de cisteína de la cetoacil sintasa en el otro monómero, lo cual sugiere un arreglo "cabezá con cola" de los dos
monómeros. S¡ bien,cada monómero contiene todas las actividades parcialeé para la coniecución de la reacción, la unidad
realmente funcional consta de la mitad de un monómero en interacción con la mitad complementaria en el otro.
por
tanto, se
producen de manera simultánea dos cadenas acilo. La secuencia de las enzimas en cada monómero se basa en Wakil.
Cis
I
SH
SH
I
4'{osfo-
panteteína
Tioesterasa
H¡dratasa
gar a través de la formación de la malonil-CoA. En el
hígado y la glándula mamaria de los mamíferos es po-
sible laparlicipación de labutiril-CoA como molécula
primordial. Si la propionil-CoA actúa como iniciado-
ra, resultan ácidos grasos de cadena larga con un
número impar de átomos de carbono. Estos ácidos se
presentan, enpafticular, en la grasa de los rumiantes y
en la leche de vaca, pues en estos animales el pro-
pionato se forma en el rumen mediante la acción
microbiana.
La fuente principal del NADPH
necesar¡o para la lipogénesis
es la vía de los fosfatos de pentosa
El NADPH participa como donador de los equivalen-
tes reductores en las reducciones del 3-cetoacilo y de
los derivados acilo 2,3-insaturados. Las reacciones
oxidativas en la vía de los fosfatos de pentosa (capítu-
1o 22) constituyen la fuente principal del hidrógeno
necesario para la síntesis reductiva de los ácidos grasos.
Resulta significativo que los tejidos especializados en
la lipogénesis activa, es decir, hígado, tejido adipo-
so y glándula mamaria en lactancia, también posean
una vía de los fosfatos de pentosa activa. Más aún,
ambas vías metabólicas se presentan en el citosol ce-
lular, de manera que no existen membranas o barreras
de permeabilidad para la transferencia del NADpH
entre una y otravía. Otras fuentes del NADPH inclu-
yen la reacción mediante la cual el malato se convierte
en piruvato cafalizada por la " enzimz málica,, §ADp
malato deshidrogenasa) (figura 23-5) y la reacción de
la isocitrato deshidrogenasa extramitocondrial (qui-
zá no como una fuente imporlante).
La acetil-CoA es el principal bloque
estructural de los ácidos grasos
La acetil-CoA se forma a paúir de los carbohidratos
en la vía de la oxidación del piruvato dentro de las
mitocondrias. Sin embargo, la acetil-CoA no difunde
.---!.1,§i9tl-__
de las subunidades
1.

335. 270 . Bioquímica de HarPer
l=noESrEHAül
'Después
de giete c¡clos a través de las
erafas
@-@
siete c¡clos
Enzima acil(acetil)-malonilo
(Capítulo 2i)
transferencia de Cn desde
O.O
(C:)
@
."rr4ffi
Cis
*
SH
offitr
Enzima 3-cetoacilo
(enzima acetoacetilo)
I l+aEmqaÉ@l
I tÉEowr4+l
',
-l
@c,.-sn
I
-ffi-pan-S"ré-cH,,w'
OH
I
-cH -
cHs
Enzima D(-)-3-hidroxiacllo
t_
IF@
*oJ
*
t
@cis*sH
:o
ۃ&*
r* -u.',
8-
"r-"H
*
cHg
Enzima acilo z,3'in§aturado
.tJ
@@*-. ",8- "*r- "H2-
cH3 (cn)
Enzima atllo
crev*
@
,
@
monórñéros indMduales de la ácido graso sintad
Figura23-3.Biosíntesisdelosácidosgrasosdecadenalarga.Sedetallalamaneraenquelaadicióndeunresiduomalonilo
produce er arargam¡ento, en ¿Á-cárooós, de ra cadenálciiü. 1c-is-, re.ioro de cisteína; Pan, 4'Josfopanteteína ) En la figura
23-2 seproporcionan rOs oeláiles Jer dímero de la sintasa de los ácidos grasos. Los rectángulos en azul oscuro contienen
inicialmente una unidad C2 proveniente de la acetil-coÁ t.á'o t" ir"t'a), i oe manera subsecuente la unidad C" formada en
la reacción @.
NADPH + H
GENERADORES
OEL NADPH
vía del
fosfato de pento§a
lsociirato
desh¡drogenása
Enzima
málica
Palmitato
*Coz
\
f AcErtL€"A
-l
I
CARBoXILASA
I
Acetil-CoA
Czl
HS-cis -@r"n-sH
Ácldo graso
§¡ntasa
xs-r"n@cis-SH

336. Biosíntesis de los ácidos grasos .
271
Acilgliceroles
Ésteres áel coleste¡.ilo
,/
p"ter¡¡"á¡on I
/l
Palmitil-CoA
'
I
oe)rac¡on ael
I
alargamiento de la cadena
I
\
AcitCoA
ATP + CoA AMP + PP¡
Figura 234. Destino del palmitato después de su biosíntesis.
Glucosa
I
I
Glucosa 6-fosfato
t
+
NADPH
NADPH + H+
Enzima
málica
Exte rior
Aceti,-CoA
I\.4alonil-CoA
+H+
CoA
ATD
(I-cetoglutarato
PtRUVAfO
DESHIDROGENASA
Oxaloácet¿to
Fructosa 6-fosfato
Palmitato
Acetil-CoA
t
t._--.-
ArPl I ACEIL
I
ll coA
I
co,4l'fff^-'
I
l-
l- Arp.
_l
lcrrnnro I
i irasn
i
citrato --+-
C;clo d€l ácidc cfirico
fulalato <---_-
« celoolütarrato
Figura 23-5. El aporte de acetil-coA y NADPH para Ia lipogénesis. (vFP, vía de los fosfatos de pentosa; T, transportador de
:ricarboxilatos; K, transportador del a-cetoglutarato; p,
tranéportadoi del piruvato.)
Gliceraldchldo
3-fosfato
Tc,rc[RALDE]{rro I lf-
*o
I :-rosrnro I f
I oEsHronocrruasr I I
i rrrauu
t''
I
I
I
I
MITT]CONDRJA
4

337. 272 . Bioqtrímica de Hctrper
(Capítulo 23)
con facilidad al citosol extramitocondrial, el sitio prin-
cipal de la síntesis de los ácidos grasos. lgual que en
el caso de la "enzima málica", la actividad de la ATP-
citrato liasa se incrementa cn el estado bien alimer.rtado,
en corelación estrecha con la actividad del sistema
sintetizador de ácidos grasos (cuadro 2l 1). En la ac-
tualidad se considera que la utilización de la glucosa
para la lipogénesis tiene lugar en la vía del citrato;
esta vía involucra la glucóiisis seguida por la descarbo-
rilación oxidativa del piruvato para su conversión en
acetil-CoA en las mitocondrias y Ia condensación sub-
secuente con el oxaloacetato para fomar citrato, como
parte del ciclo del ácido cítrico. Esto se continúa con
e1 traslado del citrato al interior det compartimiento
extramitocondrial a trar,és del transportador de tricar-
boxilatos; en este sitio, y en presencia de CoA y AIP,
el citrato es objeto de iragmentación a acetil-CoA y
oxaloacetato en uoa reacción cafalizada por la ATP-
citrato liasa. De esta manera 1a acctil-CoA queda
disponible para la fon¡ación de r¡alonil-CoA y la sín-
tesis del palmitato (figura 23 5). El oxaloacetato
resultante puede formar malato por medio de la mala-
to deshidrogenasa vinculada con el NADH seguida de
la generación del NADPH por la enzima máiica. A su
vez. el NADPH queda disponible para la lipogénesis.
Esta vía constituye un medio para la transferencia de
equivalentes reductores desde el NADH extramito-
condrial ai NADP. De manera opcional el malato puede
transportarse al interior de la mitocondria para formar
de nuevo oxaloacetato. Debe hacerse notar que el trans-
portador del citrato (tricarboxilato) en la memhrana
rnitocondrial necesita de1 malato para intercambiarlo
por citrato (figura 14-12).
Los rumiantes poseen pocaAIP-citrato liasa o en-
zima málica, quizá debido a que en esta especie el
acetato (proveniente del rumen) constituye la fuente
principal de acetil-CoA. Toda vez que el acetato se
origina y activa a acetil-CoA de manera extramitocon-
drial, no hay necesidad cle transportar el citrato al
exterior de las mitocondrias previamente a la incorpo-
ración de la acetil-CoA en los ácidos grasos de cadena
larga. Debido a la deficiencia de ia cnzima málica, en
estas especies resulta de mayor importancia la gene-
ración del NADPH por medio de Ia isocitrato deshi-
dro genasa extramitocondrial.
::'-. i .. '
r:
; i É:.i
!' :.i i :':.
; :'.
: : .'.":t',.' .' | :::'r ii' i','i'l
Esta vía (el "sistema microsomal") convierte la acil
(ácido graso) -CoA en un derivado acil-CoA con dos
carbonos más al utilizar la malonil-CoA como donador
del acetilo y al NADPH como ¡eductor' en una reac-
ción catalizada por el sistema enzimático microsomal
de la ácido graso elongasa (figura 23-6). Los grupos
acilo capaces de actltar como molécula iniciadora in-
cluyen a la serie saturada con C1¡ o más, así como a
los ácidos grasos insaturados. El ayuno y 1a diabetes
(reverlida por la insulina) interrumpen de modo nota-
ble el alargamiento de la cadena. El alargamiento de
la estearil-CoA en el encéfalo aumenta con rapidez
dnrante la mielinización con objeto de proporcionar
los ácidos grasos C22 y C2a que forman parte de los
eshngolípidos.
¡
o
il
o
ll
R- CH2-C.r- S-CoA +
tCHr-'C'\-'S-CoA
I
ncooH
Acü4oA Maionii4oA
I
_t
I s-cEroacrL-con I N
I
srr.trasa
] I

Coo SH *"CO,
-I
R
-"cH2-'c
JcHrJc
^v
s -
coA
3-cetoacil-CoA
I
la
ruroeH*H-
I s-cero¡crt--co¿ I f
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I
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|

r'rnoe-
oHo
lll
H - cHz- cH -'cH, -'c
n- s -
coA
3-hidroxiacil-CoA
I
-.-_-.-_l
I :-uroRoxrnctL-coA I N
I oesuroRasr I l -^
l'"'o
lt
R
*'CH2*'CH {cH *'C .v S *
CoA
2-franseno¡l-CoA
I
l,
unoeH+u-
| 2-transENolL-AoA I f
I BEpucrAsA | [
f*
*oor"
?
R
-"cH2-.cH2-'cH2-'c 'v
s -
coA
Acil-CoA
Figura 23-6. Sistema de la elongasa microsomal_para e
alárgamiento de la cadena de ácidos grasos. El NADH tam-
bién se utiliza por las reductasas, pero se prefiere el NADPH
b--

338. Biosíntesis de los ácido,s grasos .
273
Existe un sistema mitocondrial para el alarga-
rniento de la cadena, el cual presenta menor actividad
y :utiliza a la acetil-CoA como donador del acetilo;
este sistema no comesponde a la simple inversión de
la p-oxidación, ya que utlhza enzimás diferentes. La
función de dicho sistema es motivo de especulación.
EI- ESTADO NUTRICIONA¡. REGt..'LA
LE LIPÜGÉNE§IS
La fase anabólica de la nutrición a menudo interviene en
el almacenamiento, como grasa, del exceso de carbohi-
dratos en previsión de los periodos de insuficiencia
calórica como el a1uno, la hibernación, etcétera. Ade-
más, muchos animales, entre los cuales se incluye el
ser humano, ingieren los alimentos en periodos espa-
ciados y, por tanto, deben almacenar mucha de la
energía de la dieta para utllizarla entre las comidas. El
proceso de lipogénesis se relaciona con la conversión
a grasa de los remanentes de glucosa y de los inteme-
diarios como el piruvato, el lactato y la acetil-CoA;
esta conversión constituye la fase anabólica del ciclo.
El estado de nutrición del organismo constituye el
principal factor regulador de la yelocidad
de la lipo-
génesis. Por tanto, la velocidad es mayor en un animal
bien alimentado cuya dieta incluye una alta propor-
ción de carbohidratos. La velocidad disminuyein con-
diciones de restricción de la ingesta calórica, con una
dieta abundante en grasa, o en la deñciencia de insulina,
como en la diabetes mellitus. Todas estas situaciones
se acompañan de un incremento de la concentración
plasmática de ácidos grasos libres. En el capítulo 27
se describe la regulación de la movilizaci6n de los
ácidos grasos libres a parlir del tejido adiposo.
Existe una relación inversa entre la lipogénesis
hepática y la concentración sérica de ácidos-grasos
lrbres (figura 23-7).Lamayor inhibición de la hpogé-
nesis tiene lugar en el intervalo de ácidos grasos iibies
(0.3 a 0.8 pmol/ml de plasma), que cor:responde a1
aumento de su concentración durante la transición de1
estado alimentado al de ayuno. La grasa de la dieta
también produce disminución de la lipogénesis hepá-
tica y, cuando la proporción de ia grasa de la dieta ex-
cede al 1 0%, se presenta una escasa conversión de los
carbohidratos de la dieta en grasa. La lipogénesis resul-
ta mayor con la ingestión de sacarosa en lugar de glu-
cosa, debido a que la fructosa evade el punto de con-
trol a cargo de la fosfofructocinasa en la glucólisis e
inunda la vía lipogénica (figura 22-5).
LA LIPCIGÉT{E§IS §E REGULA
MEDIANTE MECANISMO§ A CCIRTO
Y LARGCI PLAZO
a síntesis de los ácidos grasos de cadena larga en el
:,rrto plazo se controla mediante modificaciones alos-
AGL séricos iumol/mL)
Figura 23-T.lnhibición directa de la lipogénesis hepática
por los ácidos grasos libres. La lipogénesis se determinó a
partir de la incorporación de la
3H2O
a los ácidos grasos de
cadena larga en el hígado perfundido de rata. (AGL, ácidos
grasos libres.) (Experimentos realizados por el autor en su
laboratorio, junto con DL Topping.)
téricas y covalentes de las enzimas, y en el largo plazo
mediante los cambios en la expresión génica que re-
gula la velocidad de síntesis de las enzimas.
El citrato y la acil-CoA resulan
la aeetil-GoA carbaxilasa
La reácción más importante reguladora de la vía lipogé-
nica es el paso de la acetil-CoA carboxilasa, una
enzima alostérica activada por citrato cuya concen-
tración aumenta en el estado bien alimentado y
constituye un indicador del suministro abundante de
la acetil-CoA. Sin embargo, la enzima se inhibe por
las moléculas de acil-CoA de cadena larga, un ejem-
plo de la inhibición metabólica por retroalimentación
negativa por el producto de una secuencia de reaccio-
nes. Portanto, la acumulación de la acil-CoA, debida a
una esterificación más lenta de ésta, disminuye de ma-
nera automática Ia síntesis de nuevos ácidos grasos.
La acumulación de la acil-CoA como resultado de un
incremento de la lipólisis o del ingreso de ácidos grasos
libres en el tejido (figura 23-7) tendría el mismo efecto
inhibidor sobre la síntesis de ácidos grasos. La activa-
ción alostérica de la enzima involucra la agregación
de la configuración monomértca a una polimérica de
masa molecular de varios millones. La acil-CoA tam-
bién puede inhibir el transportad,or de tricarbo-
xilatos mitocondrial y de esta manera evitar la activa-
ción de la enzima a consecuencia del egreso, hacia el
citosol, del citrato proveniente de las mitocondrias.
[-a acil-CoA también regula a
la piruvato deshidrogenasa
Existe una relación inversa entre concentración de
ácidos grasos libres y la proporción de piruvato
(d
o
(ú
(g
C
o
o
(ú
o
0^
E§
oÉr
O>
oo
ñ=
a-
;
o
@
o
.§
o
1.0 3.02.4

339. 274 . Bi.oquímica de Harper
(Capínlo 231
deshidrogenasa activa respecto de la inactiva, la cual
regula la disponibilidad de la acetil-CoA para la lipo-
génesis. La acil-CoA inhibe a la piruvato deshidro-
genasa por inhibir el transportador de intercambio
ATP-ADP de la membrana intetna mitocondrial, 1o
cual da lugar al incremento de la proporción [ATP]/
[ADP] intramitocondrial y, por tanto, a ia conversión
de la piruvato deshidrogenasa activa en su foma in-
activa (figura 19-6). La oxidación de la acil-CoA
debida al incremento de ias concentraciones de los áci-
dos grasos libres tambrén puede incrementar la pro-
porción facetil-CoA ]/[CoA] y [NADH]/[NAD*]
en
las mitocondrias, con la inhibición consecuente de la
piruvato deshidrogenasa.
L*S i)ü{I!Cr:ñs tAn;:if;r','95¡;,;r
i* iipqü:,*n*sis
La insulina estimula 1a lipogénesis a través de varios
mecanismos. Incrementa el transporle de glucosa ai
interior de la céluia (p. ej., en el tejido adiposo) y así
aumenta ia disponibilidad del piruvato para la sínte-
sis de 1os ácidos grasos y del glicerol 3-fosfato para la
esterificación dc los ácidos grasos recién formados.
En e1 tejido adiposo la insulina conviefie en activa a la
fbrma inactiva de ia piruvato deshidrogenasa, pero no
así eu el hígado. Además, la acetil-CoA carboxilasa
puede regularse a través de fosforilación reversible.
La insulina activa a la acetil-CoA carboxilasa; esta
activación involucra la desfosforilación por una
proteinfosfatasa. La insulina, mediante su capacidad
para disminuir la concentración del cAMP intracelular,
también inhibe la lipólisis en el tejido adiposo y de
esta manera disminuye la concentración plasmática
de ácidos grasos libres y, en conseclrencia, la coffcs-
pondicnte de acil-CoA de cadena larga, un inhibidbr
de la lipogénesis. Mediante este mismo mecanismo
la insulin_a antagoniza la acción del glucagón
¡r
de la
adréna[na, (ue inhiben la acetil-CoA carboxilasa y,
en consecuencia, la lipogénesis, al aumentar cl cAMP
io que permite que la proteincinasa dependiente del
cAMP inactive a la enzima mediante fosforilación.
Otra proteincinasa dependiente del 5'-AMP también
inactiva a la enzima.
En ios rumiantes, el acetato, no ia glucosa,
constituye el material para el inicio de la lipogéne-
sis. De 1o anterior se infiere que, en estas especies,
se evaden muchos de los mecanisn,os de control que
invoiucran a las mitocondrias, por io que éstos no
se utiiizan.
La aeetil-eoA earboxilasa y el eomplejo
de la sintasa de Ios ácidos srasos son
enzimas adaptahlcs
Estas enzimas se adaptan a las necesidades fisiológi-
cas del cuerpo al incrementar la cantidad total durante
el estado de alimentación y disminuirla en el ayuno,
alimentación con grasa y diabetes. Lainsulina consti-
tuye una importante hormona que induce la-expresión
génica y la biosíntesis enzimática, y el glucagón (a
través del cAMP) antagoniza este efecto. La ingestión
de grasas con ácidos grasos poliinsaturados regula de
manera coordinada la inhibición de la expresión de
enzimas cruciales de la glucólisis y la lipogénesis. Es-
tos mecanismos destinados a la regulación a largo plazo¡
de la lipogénesis, requieren varios días para manifes--
tarse por completo y fortalecen los efectos directo e
indirecto de los ácidos grasos libres y de las hormonas
como la insulina y el glucagón.
RESUMEF\¡
1. La síntesis de ácidos grasos de cadena larga (lipo-
génesis) está a cargo de dos sistemas enzimáticos
presentes en el citosol celular: la acetil-CoA carboxi-
lasa y la sintasa de los ácidos grasos.
2.Lavía convierte la,acetil-CoA en palmitato y nece-
sita como cofactores NADPH, AIP, Mnz*, biotina,
ácido pantoténico y HCO3 .
3. La acetil-CoA carboxilasa serequiere para la conver-
sión de la acetil-CoA en malonil-CoA. A su vez, 1a
sintasa de los ácidos grasos, un complejo
multienzimático de una cadena polipeptídica con
siete actividades enzimáticas diferentes, catahza el
ensamble del palmitato a parlir de una molécula de
acetil-CoA y siete de malonil-CoA.
4" La lipogénesis se regula por el paso de la acetil-CoA
carüoxilasa mediante modificadores aiostéricos, mo-
dificación covalente e inducción y represión de la
síntesis enzímálica. El citrato activa a la enzima, en
tanto que la actividad de ésta se inhibe por la acil-
CoA de cadena larga. En el corlo plazo la insulina
activa 1a acetil-CoA carboxilasa mediante
desfosforilación, y en el largo plazo mediante la
inducción de su síntesis. El glucagón y la adrenalina
tienen acciones opuestas a las de la insulina.
5. El alargamiento de los ácidos grasos de cadena latg'a
tiene lugar en el retículo endopiásmico catalizado por
un sistema enzimático de elongasa microsomal. I
REFERENCIAS
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AMP-dependent protein kinases in the adr-enali-
ne-induced inactivation of acetyl-CoA carboxylase in
rat adipocytes. E,ur J Biochern 1990;187: I 99.

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lipogenic gene expression by polyunsaturated fatty
acids. J Lipid Res 1994;35:1076.
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Wakil SJ: Fatty acid synthase, a prohcient multifunctional
enzyme. Biochemistry 1989;28:4523.

341. 24
Oxidación de los ácidos grasos:
cetogénesis
PeterA. Mayes, phD,
DSc
iryrre**uc*:i*r*
Los ácidos grasos se oxidan para formar acetil_CoA
y se sintetizan a partir de Ia misma. Si bien el mate_
rial de inicio de uno de estos procesos resulta idéntico
al producto del otro, y las eiapas químicas que ocu_
rren son comparables, la oxidación de los áciáos gra_
sos no es la simple inversión de la biosíntesis dJés_
tos, sino un proceso completamente"distinto, que tiene
lugar en un compartimiento separado de lá célula.
I a separación entre la oxidación y la biosíntesis de
los.ácidos grasos permite qu" .udu proceso se con_
trole de manera individual y se integie con las nece_
sidades tisulares.
La oxidación de los ácidos grasos tiene lugar en
las mitocondrias; cada etapa implica la producción de
derivados de la acil-CoA cataliiadapoienzimas difb_
rentes, utiliza el NAD* y el FAD como coenzimas, y
genera ATP. Por el contrario, la biosíntesis de los
ácidos grasos (lipogénesis) tiene lugar en el citosol,
involucra derivados acilo continuaménte enlazados al
complejo multienzimático, utiliza el NADpr como
coenzima y requiere del ATp y del ion bicarbonato.
, La oxidación de los ácidos graios consiste en un pro_
ceso aerobio, que requiere oxígeno.
; i'.4 ü* re I.&fl,¿* tfi f;, i * e,4,$ tj i ü/q
El incremento de la oxidación de los ácidos grasos es
una característica del ayuno prolongado y dela diabe_
tes mellitus, lo cual da lugar a la próducóión hepática
de cuerpos cetónicos (cetosis); éstos son ácidos y su
producción excesiva durante periodos largos, como en
la diabetes, produce cetoacidosis, qre Jonáu"e u lu
muerte. Debido a la dependencia de ligluconeogénesis
de la oxidación de los ácidos grasos, cualquier de_
terioro de dicha oxidación causi hipogtu""-iu. Erto
se presenta en varios estadosté'd€fitiencia de
carnitina o de deficiencia de las énzimas fundámen_
tálés en la oxidación de los ácidos gruror, pár
";"*pto,la carnitina palmitoiltransferasá,
o
"oáo
resultádo
de,tá"ifrñi5iüióii-ilé-it"é'iidáción
medianre venenos
como la hipoglucina.
LA OXIDACIÓN DE LOS ACIOOS
GRASOS TIENE LUGAR EN LAS
MITOCONDRIAS
Los ácidos grasos se transportan
en la.sangre como ácidos
§rasos libres
(AGL)
El término "ácido graso libre,, se refiere a los ácidos
grasos no esterificados. La nomenclatur a altema p ar a
:rloj_.g
AGNE (ácidos grasos no esterificaaoi¡ o
AGSE_(ácidos grasos sin esterificar). En el plasma,
los AGL de los ácidos grasos de cadena larga se com_
binan con la albúmina, y en la célula se eílazan ala
proteína fijadora de ácidos grasos, de manera que
en realidad nunca existen como
.,libres,,.
Los áciáos
grasos de cadena corta son más hidrosolubles y se pre_
sentan como ácidos no ionizados o como aniones de
ácidos grasos.
Los ácidos grasos se act¡van
antes de su catabol¡smo
Igual que en el metabolismo de la glucosa, los ácidos
grasos deben convertirse primero en un intermediario
activo mediante una reacción con el AIp, antes de
277

342. 24
Oxidación de los ácidos grasos:
cetogénesis
PeterA. Mayes, phD,
DSc
itd"x"ffi**EJC*;*r*
Los ácidos grasos se oxidan para formar acetil_CoA
y se sintetizan a partir de la misrna. Si bien el mate_
rial de inicio de uno de estos procesos resulta idéntico
al producto del otro, y las eiapas químicas que ocu_
rren son comparables, la oxidación de los ácidos gra_
sos no es la simple inversión de la biosíntesis dJés_
tos, sino un proceso completamente.distinto, que tiene
lugar en un compartimiento separado de'lá célula.
La separación entre la oxidación y la biosíntesis de
los.ácidos grasos permite qu" ,udu proceso se con_
trole de manera individual y se integie con las nece_
sidades tisulares.
La oxidación de los ácidos grasos tiene lugar qn
las mitocondrias; cada etapa implica la producción de
derivados de la acil-CoA éatalizadapoienzimas dife_
rentes, utiliza el NAD- y el FAD como coenzimas, y
genera AIP. Por el contrario, la biosíntesis de loi
ácidos grasos (lipogénesis) tiene lugar en el citosol,
involucra derivados acilo continuaménte enlazados al
complejo multienzimático, utiliza el NADp* como
coenzima y requiere del ATp y del ion bicarbonato.
La oxidación de los ácidos graios consiste en un pro_
ceso aerobio, que requiere oxígeno.
;,fu1 Í;rj ri.lr& &¿* i,e F:t i {} f'¡f * t} i *&
El incremento de la oxidación de los ácidos grasos es
una característica del aluno prolongado y deia diabe_
tes mellitus, lo cual da lugar a la próducóiOn hepática
de cuerpos cetónicos (cetosis); éstos son ácidos y su
producción excesiva durante periodos largos, como en
la diabetes, produce cetoacidosis, que íonárce a la
muerte. Debido a la dependencia de lagluconeogénesis
deoxidaciónde losácidosoe ra oxlclaclon de los ácidos grasos, cualquier de_
terioro de dicha oxidación causá hipoglr..*iu. Erto
se presenta en varios estados'de deficiencia de
carnitina o de deficiencia de las énzimas fundamen_
táles en l'a oxidación de los ácidos gr".*, p",
"j"*pl",la carnitina palmitoiltransferasá,
o
"óáo
ráuttá¿o
de'Fa'ffii6iffióri'tH1á*dÍidáción
mediante venenos
como la hipoglucina.
LA OXIDACIÓN DE LOS ACIOOS
GRASOS TIENE LUGAR EN LAS
MITOCONDRIAS
Los ácidos grasos se transportan
en la.sangre como ácidos girasos libres
(AGL)
El término "ácido graso libre,, se refiere a los ácidos
grasos no esterificados. La nomenclatura alterna para
:rloj_T 4CNE
(ácidos grasos no esterificaAos¡ o
AGSE-(ácidos grasos sin esterificar). En el plasma,
los AGL de los ácidos grasos de cadena larga se com_
binan con la albúmina, y en la célula se eílazan ala
proteína fijadora de ácidos grasos, de manera que
en realidad nunca existen como
.,libres,,.
Los ácidos
grasos de cadena corta son más hidrosolubles y se pre_
sentan como ácidos no ionizados o como aniones de
ácidos grasos.
Los ácidos grasos se act¡van
antes de su catabolismo
Igual que en el metabolismo de la glucosa, los ácidos
grasos deben convertirse primero en un intermediario
activo mediante una reacción con el ATp, antes de
277

343. 278 ' Bioquímica de HarPer
reaccionar con las enzimas responsables de su meta-
bolismo subsecuente. Esta etapa es la única, en toda la
degradación de un ácido graso' que requiere de la ener-
gla-Oet ef f. En presencia del ATP y la coenzima A, la
énzima acil-CoA sintetasa (tiocinasa) cataliza la con-
versión de un ácido graso (o ácido graso libre) en un
"ácido graso activo" o acil-CoA acompañado del gas-
to de un fosfato de alta energía.
(CaPítulo 24 t
transporte al exterior de una molécula de carnitilla'
A continuación la acilcarnitina reacciona con 1a CoA'
cataliz.ada por la carnitina p almitoiltran sferas a-II'
localizada in el interior de la membrana intema' La
acil-CoA se forma de nuevo en la matriz mitocondrial
y se libera la carnitina (figura 24-l)..-
C)tra ertzima. la carnitina acetiltransferasa, se
encuentra en el interior de las mitocondrias y cataliza
la transferencia de los grupos acilo de cadena corla en-
tre la CoA y la camitina. La función de esta enzima no
es clara, pé.o
"t
posible que facilite e1 transporte de
los grupos acetilo a través de la membrana mitocon-
driaT. Junto con la fiuctosa y el lactato, la acetilcarni-
tina constituye una ftente imporlante de combustible
qLre apoya la movilidad del espematozoide'
IncrLál
lsrnreresr I
_---_>
Ac¡l-CoA +
La presencia de la pirofosfatasa inorgánica asegura
que la activación sia cor,rpleta al facilitar la pérdida
del fosfato de alta energía adicional asociado al
pirofosfato. Por tanto, durante ia activación de cada
molécula de ácido graso en realidad se gastan dos
fosfatos de alta energía.
Acido graso + ATP + CoA
PPi + AMP
PPi + H2O
Las acil-CoA sintetasas se localizan en el retículo
endoplásmico, los peroxisomas así como en el inte-
rior dL la membrana extema de las mitocondrias (figura
24-1). Se han descrito varias acil-CoA sintetasas, ca-
da una específica para ácidos grasos de diferente
longitud de cadena.
ala
atrav¡e
interna a
tcAññrrNA-l
I
ncerrr--
I
I TRANS- I
I
renns¡
I
ErRoFosFArñl
I rr.loncA¡¡tcn I
'-_--+> 2Pt
Acetil-CoA + Carn¡t¡na
ATP AMP * PP¡
+
üoA
Ac¡l-CoA
Acil-CoA
Csrniti¡a
Acetilcarnitina
+ coA
.
i¡tÉM§ñAI{A
§XTɧ§A§§.LA
ri{,T0Ét{0ru4
ttc
La carnitina (p-hidroxi-y-trimetilamonio butirato),
(CH3)3N.-CHr-CH(OH)-CHr-COO-,
.
está am-
ptluá""t" distribuida y, en parlicular, es abundante
en el músculo. Se sintetiza a pafiir de la lisina y la rne-
tionina en hígado y riñón. La activación de los ácidos
grasos inferióres y su oxidación en el interior de las
iritocondrias, pueden presentarse independiente-
mente de la catnitina, pero la acil-CoA (o AGL) de
cadena larga no atravieia la membrana interna de ias
mitocondrias para su oxidación, a [Ienos que forme
acilcarnitir.ra. Una enzima, la carnitina palmitoil-
transferasa-[, presente en 1a membrana externa
mitocondrial. convierle la acil-CoA de cadena larga
en acilcamitina y ésta puede atravesar la membrana
interna mitocondrial y así tener acceso al sistema
enzimático de la B-oxidación.
La carnitina-acilcar-
nitina traslocasa actúa como transporlador de inter-
cambio de carnitina en la membrana interna' La
acilcamitina se transporta al interior acoplada con el
Acilcarnitina
Aciicarnilina
§tɧtB§AltlA
IÍ¡TE§}IA §ELA
MITOCO}I§RIA
Figura24-1. Función de la carnitina en el transporte de los
ác-fos grasos de cadena larga a través de
.la
membrana
interna
"mitocondrial'
La acil-CoA de cadena larga es inca-
pu. J" ,ttuu".ar la membrana interna mitocondrial' pero sí
puede hacerlo su producto metabólico, la acilcarnitina'
AciicarnitinaAeil-CoA -*-+
$-oxidación

344. Oxidación de los ácidos grasos: cetogénesis . 279
LA B-OX|DAC|óN DE LOS ACIOOS
GRASOS IMPLICA UNA ESCIS¡ÓN
SUCESIVA CON LIBERACIÓN DE
ACETIL.CoA
En la
B-oxidación (figura 2 4-2) seescinden al mismo
tiempo dos carbonos de las moléculas de la acil_CoA,
empenzando por el extremo carboxilo. La cadena se
rompe entre los átomos de carbono a(2) y
B(3)
y de esto
deriva el nombre de
B-oxidación. las uni¿aáás de dos
carbonos formadas son acetil-CoA; por tanto, a partir
de la palmitoil-CoA se forman ocLo moléculas de
acetil-CoA.
La secuencia de reacción cíclica
genera FADH2 y NADH
Varias enzimas, conocidas en conjunto como la..oxidasa
de los ácidos grasos", se presentan en la matriz mi_
tocondrial o en la membrana intema adyacentes a la
cadena respiratoria (la cual se localiza en la membra_
na intema). Estas enzimas catalizanla oxidación de Ia
acil-CoA a acetil-CoA, de manera que el sistema de
dichas enzimas se acopla con la fosforilación det ADp
en AIP (frgura 24-3).
.
Después del ingreso de la porción acilo a través
de la membrana mitocondrial por 1a vía del sistema
transportador de camitina y de la reformación de la
acil-CoA, tiene lugar la remoción de dos átomos de
hidrógeno de los átomos de carbono 2(cr)- y 3(B)- en una
reacción catalizada por la acil-CoA desiridiogenasa.
Esto resulta en la formacióndela L2-tran -"rroi*l-CoA.
La coettzima de esta deshidrogenasa es una flavopro_
teína que tiene FAD como grupo prostético y cuya
reoxidación en la cadena respiratoiia requiere la in_
tervención de otra flavoproteína, denominada flavo_
proteína transferidora de electrones (capítulo 13).
Mediante la adición de agua al doble'enjace de la
A2-trans-enoil-CoA, mediante la A2-enoil_CoA
hidratasa se forma la 3-hidroxiacil-CoA. El deriva_
do- 3-hidroxi es objeto de una deshidrogenación
subsecuente en el carbono 3 catalizadapor la r,(+)_3_
hidroxiacil-CoA deshidrogenasa pára formar el
compuesto 3-cetoacil-CoA. En este caso, la coenzima
involucrada en la deshidrogenación es el NAD*.
Finalmente, la 3-ceto- acil-CoA se escinde en la posi_
ción 2,3- mediante la tiolasa (3-cetoacil-CoAdoüsa),
que cataliza una escisión tiolítica, que involucra otra
molécula de CoA. Los productos de esta reacción son
la acetil-CoA y un derivado de la acil-CoA con dos
carbonos menos que la molécula original de la acil_
CoA objeto de la oxidación. La acil-CoA formada en
la reacción de escisión reingresa a la vía oxidativa
en la reacción 2 (figtra 24-3), a través de la cual se
produce la degradación completa, hasta acetil_CoA
(unidades de C2), de un ácido graso de cadenalarga.
Debido a que la acetil-CoA puede oxidarse hasta Cb,
y agua mediante el ciclo del ácido cítrico (el cual tam_
bién se presenta en el interior de las mitocondrias), se
logra la oxidación completa de los ácidos grasos.
En las mitocondrias existe más de una de las
enzimas mencionadas, cada una resulta específica para
las cadenas acilo de longitudes diferentei.
La oxidación de un ác¡do graso con un
número impar de átomos de carbono
produce acetil-CoA y una molécula
de propionil-GoA
Los ácidos grasos con un número impar de átomos de
carbono se oxidan mediante ta
B-oxidación y produ-
cen acetil-CoA hasta dejarun residuo de tres carbonos
(propionil-CoA). Este compuesto se convierte a suc-
cinil-CoA, un constituyente de1 ciclo del ácido cítrico
(figra2l 2). En consecuencia, el residuo propionilo
proveniente de un ácido graso de cadena impar es la
única parte glucogénica de un ácido graso.
!-a oxidación de ios ácidos grasos
produce una gran cantidad de ATF
El transpofte de los electrones provenientes del FADI{2
y del NADH en la cadena respiratoria da \ugar a la
síntesis de cinco fosfatos de alta energía (capítulo l4)
por cada una de las primeras siete moléculas de acetil_
CoA formadas mediante la B-oxidación del palmitato
(7
"
J :
35). En total se forman 8 moles de aóetil-CoA
CoA *
SH
CO¡-r:S*CoA
CO.\JS*COA
+
CH3-CO.vS*CoA
Acetil-CoA
Remoción sucesiva de unidades C2
I
+
I CH.
-
CO rv
$ *CoA
Acetil-CoA
Frgura 24-2. Aspectos generales de la
B-oxidación de los
¿¡croos grasos.
Palmitoil-CoA
t

345. 280 . Bioquímica de Ha.rper (Capítulo 24t
Ácido graso
o
AciFcoA H-!cHr*3cHr*3^-a*"oo
R-3cHr-'cHr-3.-r-"oo
ll
R*3CU'3CU*ó.wS*Co¿
l -H,a
ffir
I
oHo
n-'Jn *'cnr* 3.., * *
"o^
o
n
-scH*-"?sH.-
[ -
a-
coA-sH
\l,z
ort
ffi{,n.
{ o*r*"r,
Flespiraloria
(+)-$HlDROxlAClL-
CoA DESHIDROGENASA
|
-
Nno"
V
I
h :''-@
i *ur* *r'---j**,;
Cadena
3
respiratoria
-Crw
$
-CoA
|
-
coo-t*
V
I
I
t
o
ll
Acetil-CoA
t
/ c,",o \
{ a.¡oo t

cÍtrico /
\/
(
I
ZCA?.
I
ol
lir
n
-'c t'cn,
I
I
trloLAS;l o
R *
C,1-, § -- CoA + CHr* Crr: S
*CoA
Ac¡l-CoA
Figura 24-3. B-oxiclación
de ácidos grasos. La acii-CoA, rle cadena larga circula a través de las reacciones 2 a 5, la acetil-CoA
sdescinde y separa, en cada ciclo, mediante la tiolasa (reacción 5). Cuando el radical acilo tiene sólo cuatro carbonos de
longitud, en la reacción 5, se forman dos moléculas de la acetil-Co,A.
(ácido graso activo)
1§{Br1[A,r ryIqry{ ?t B ryIqq0¡qry
¿»tüLelct*'{i.{é--:
( lfAÚ\

346. Oxidación de los ácidos grasos: cetogénesis . 2gl
y cada una da origen a 12 moles de AIp durante la
oxidación correspondiente en el ciclo del ácido cítrico,
lo cual da 8 x 12 = 96 moles de AIp derivados de la
acetil-CoA formada a partir del palmitato. Dos de es_
tos mol deben restarse para destinarlos a la activación
inicial del ácido graso, lo que deja una ganancia neta
de 129 moles de AIP por mol de palmitato, o 129 x
51.6* = 6 656 kJ. Ya que la energía liberada durante
la combustión del ácido palmítico es de 9 7gl kJ/
mol, el proceso captura como fosfato de alta energía
cerca de 68Vo de la energía total de la combustión del
ácido graso.
Los peroxisomas ox¡dan los ácidos
grasos de cadena muy larga
En los peroxisomas se presenta una variante de la p-oxi-
lación,
que da lugar a la formación de acetil-CoA y
HrO2 (proveniente del paso de la deshidrogenasa vin-
culada con flavoproteína). Por tanto, esta deshidro-
genación en los peroxisomas no se vincula de n_anera
directa con la fosforilación y la generación dei AIp.
Ei sistema tiene a su cargo Ia activación inicial me-
diante una acil-CoA sintetasa de cadena muy larga y
facilita la oxidación de los ácidos grasos de cadena
muy larga (p. ej., Cr, C22). Estas enzimas se inducen
por las dietas abundantes en grasa y, en algunas espe-
cies, por los hipolipidemiantes como el ciofibrato.
Las enzimas de los peroxisomas no atacan los áci-
dos grasos de cadena más corta; la secuencia de la
B-oxidación termina en la octanoil-CoA. Los grupos
octanoilo y acetilo se remueven de los peroxisomas
en forma de octanoilcarnitina y acetilcarnitina, éstas a
continuación se oxidan en las mitocondrias. IJna fun-
ción subsecuente de la B-oxidaciól peroxisomal
consiste en el acortamiento de la cadena lateral del
colesterol durante la formación de los ácidos biliares
(capítulo 28). Los peroxisomas también participan en
las síntesis de los glicerotípidos de éter (capítuio 26),
colesterol y dolicol (figura 28-2).Las peroxisomas
carecen de carnitina palmitoiltransferasa.
LAS OXIDACIONES cr- Y úr-
DE LOS ACIOOS GRASOS
SON VÍAS ESPECIALIZADAS
Desde el punto de vista cuantitativo, la
B-oxidación en
ias mitocondrias constituye la vía de mayor importancia
parala oxidación de los ácidos g.uror. Sin émbargo,
en el tejido enceflílico se ha detectado la o-oxidacién,
es decir, la remoción de un carbono alavez desde el
extremo carboxilo de la molécula. Esta oxidación no
*
lG correspondiente a la reacción del AIp, según se cxpllea en cl
capítulo i9.
requiere intermediarios de la CoA, pero tampoco ge_
nera fosfalos de alta energía.
La ro-oxidación normalmente constituye una vía
de menos importancia y está a cargo de enzimas hidro-
xilasas que involucran al citocromo p450
en el retículo
endoplásmico (capítulo l3). El grupo
-CH3
s0 con:
vierte a un grupo
-CH2OH,
el cual se oxida a
-COOH
y produce un ácido dicarboxílico. Éste por
logeneral es objeto de B-oxidación para generarlos
ácidos adípico (C) y subérico (Cs), que se excretan
en la orina.
LA OXIDACIÓN DE LOS ACIOOS
GMSOS INSATURADOS TIENE LUGAR
POR UNA VIA DE LA B-OX¡DACIóN
MODIFICADA
Los ésteres de CoA de estos ácidos se degradan, me-
diante las enzimas normalmente responsables de la
B-oxidación, hasta formar compuestos A3-c¡s-aci1-CoA
o Aa-c¡s-acil-CoA, según la posición de los dobles enla-
ces (figura 24 4).Elprimero de estos compuestos se
isomeriza (Alcfu + L2-truns-enoil-CoA isomerasa)
ala efapa delaB-oxidación conespondiente ala N-trans-
CoA para la hidratación y oxidación subsecuentes de
ésta. Cualquier Aa-c¿s-acil-CoA remanente, como en
el caso del ácido linoleico (figura 244¡, que ingrese a
la vía en esta etapa se convierte a L2-trans-Aa-cís-
dienoil-CoA por la acción de la acil-CoA deshi-
drogenasa. El compuesto se convierte a N-frans-eno1l-
CoA mediante una enzima dependiente clel NADp, la
L2-trun s-Aa -cis-dienoil-CoA reductas a. La A3 -.cis
(o trans-) s L2-truns-enoil-CoA isomerasa ataca el
doble enlace L3-trans- para producir L2-trans-enoll-
CoA, un intermediario en la p-oxidación.
LA CETOGEruESIS ACONTECE EN
PRESENCIA DE UN fNDICE ELEVADO
DE OXIDACIÓN DE LOS ACIOOS
GRASOS EN EL HÍGADO
Bajo ciertas condiciones metabólicas vinculadas con
un índice elevado de la oxidación de los ácidos grasos,
se producen en el hígado cantidades considerables de
acetoacetato y de o(-)-3-hidroxibutirato (B-hidroxi-
butirato). El acetoacetato continuamente es objeto de
una descarboxilación espontánea para producir ace-
tona. Estas tres sustancias Se conocen en conjunto
como cuerpos cetónicos (también denominados cuerpos
acetona o, incorrectamentei, "ceton as" ; figur a 24-5).
r
El térmrno "cetonas" no debe utilizarse, pues el 3-hidroxibu-
tirato no es una cetona y en la sangre exísten cetonas que no
corresponden a los cuerpos cetónicos, por ejemplo, el piruvato
y la fructosa.

347. (Capínlo 21)
282 ' Bioquímica de HarPer
o
as as //
ffirr.:S-coA
Lintleil-CoA
Éff'ffffi l---*
3 Acctir'coA
T
'o
cis cis .. /t-
^ ^
.--'.-rú F:J - vS-CoA
/VV V V
A3-cis-46-¡¡s-dienoil'CoA
L3 -cis lo 7asl + b2 -1rálr$ENOIL-CoA
ISOMERA§A
o
1t
)H3*C*CH2-coo-
Aceloaeetato
NADH + H+
o
I
cH3* c *
cH3
D(*)-3-Hl DROXIBUTI RATO
DESHIDROGÉNAEA
c/s
^/\ñAA
/YVVVÑ\
.O C^,s-CoA
0
¡.2-,rars-46-c/s' di§noíl'CoA
(Á2 -¿ra,rsenoil-CoA estado de la
P-oxidaciÓn)
1 ciclo de
ll-oxidación
cis
Acetil"CoA
OH
I
cH3* cH *
cH2'- coo-
Dl-'!-3-hidroxibutirato
A^-(^
/ v v v,{?\
{"d' Cr\JS-CoA
"ll
0
H'
'
NADPH -!
NADP- <¡
Y
^¿-lrans-.la-cis-dienoil'CoA
.e :a'cis-onoil-CoA
,1r -¡rán-s'A¡ -.&Dl E NO I L-C0A
REDUCTA§A
:\3- frans- enoil.CoA
0
,
^ i JLr-ruo
VV,¡V
,§
§
| ;; rÁ-t 'tr.,nsrn,,,..*l
I ISO|\.4FRASA I
o
//
/ / A A ,C'\-S-CoA
iVVV2V,
¡2lra¡¡s'enoil"coA
I
¿ r-iclos r1c I
It oxitlacron I
I
s ¿cet¡l-Con
Figura244. Secuencia de las reacciones de la oxidación
di los ácidos grasos insaturados, por ejempio, el ácido
linoleico. Los ácidos grasos Aa-crs- o los ácidos grasos
formadores de Aa-crs-enoil-CoA ingresan a la vía en la posi-
ción señalada. El suministro del NADPH necesario para el
paso de la d¡enoil-CoA reductasa proviene de fuentes
intramitocondriales como la glutamato deshidrogenasa, la
isocitrato deshidrogenasa y la NAD(P)H transhidrogenasa'
co, /
Acetona
/§
Figura 24-5. lnterrelaciones de los cuerpos cetónicos' La
o1l¡-3-fridroxibutirato deshidrogenasa es una enzima mito-
condrial.
El acetoacetato y el 3-hidroxibutirato se interconviefien
mediante la enzima mitocondrial A(-)-3-hidrori-
butirato deshidrogenasa; el equilibrio se controla
mediante el índice mitocondrial de conversión de
[NAD-]
en [NADH],
es decir, el estado redox' La pro-
porción [3-ñidroxibutirato]/[acetoacetato]
en la.sangre
va.ía enire 1:1 y i0:1. La concentración sangr-línea de
los cuetpos ceiónicos totales en los mamíferos hien
alimentádos nornalmente no excede de 0.2 mmol/L'
En los rumiantes es aigo mayor debido a la formación
del 3-hidroxibutirato a paftir del ácido butírico (un pro-
ducto de 1a fermentación en el rumen) en la pared del
nrmen. En los humanos, la pérdida por la orina en ge-
neral resulta menor de I mg/24 horas.
En los no rumiantes in vivct, el hígado parece ser
e1 único órgano que contribuye cantidades considera-
bles de cu-erpos-cetónicos a la sangre. Los tejidos
extrahepáticos utilizan estos cuelpos como sustratos
respiratorios. Las fuentes extrahepáticas de cuerpos
cetbnicos (p. ej., el epitelio del rumen en 1os rumiantes)
no contribuyen de manera significativa a la presencia
de cetosis cn eslas cspc.-.ies.
El flujo neto de cuerpos cetónicos proveniente del
hígado hacia los tejidos extrahepáticos es consecuefl-
ciá de un activo mecanismo enzimático para la pro-
ducción de dichos cuerpos en el hígado, acoplado con
enzimas de muy baja actividad y responsables de su
utiiización. En los teiidos extrahepáticos se presenta
la situación inversa (figura 24 6).
l-as enzimas responsables de la formación de los cuelpos
cetónicos se asocian sobre todo ccln las mitocondrias'
I
Y

348. 284 . Bioquímica de Harper (Capítulo 241
AGL
nre 1l
CoA Ii ACtL-coA
I
I i SINTETASA I
{- _
tstenlrcacton
Ac!!-CoA >
I
----J1
F"ox¡dación
I
f
Tr¡aciiglicerol
Fosf0lípido
(Acet¡l-CoA)n
00
illt
CH3-C-CH2-CrL,§-CoA
AcetoaceiiFC{,A
I
I --r con sH
I TIOLASA
-l
lH
o
"ll
cHr-c.\,s-coA
Aeeill-§oA
t
*cHzjcoo*
coA -- §H
3-hidroxi-g-mst¡t-
ril
CH3-C*CHr*C,r;§-CoA
i
glutarll-CaA
{HMG-C0A}
l\_
,-\
/ cicro \
w
cH¡ co'-s
""o*)Acet¡l-CoA
I
A
I
cH3*c
_l
"cH'-:"oo-
Aceloácstal6
I
T,z-
¡VAOH * H"
I
D(-)-3+tloROxrBuTlBATO I f
1 DESHIDROGENASA I I
| > NAD*
f
OH
I
cH. cH -"cH2--coo-
J-!s-htrimxtbutiraro
2{O2
Figura24-7" Vías hepáticas de la cetogénesis. (AGL, ácidos grasos iibres; HMG,3-hidroxi-3-metilglutaril.)
oxida en cicio del ácido cítrico como se muestra en la
figura 24-8. En los tejidos extrahepáticos ios cuerpos
cetónicos se oxidan de manera proporcional a su con-
centración sanguínea. Con el aumento de esta concen-
tración se incrementa la oxidación de los cuerpos
cetónicos hasta alcanzar a 1a saturación de 1a maqui-
naria oxidativa, io cual acontece a airededor de los 1 2
r¡mol,il'. Una vez que esto ocurre, una gran propor-
ción del oxígeno consumido coresponde a la oxida-
ción de lo: cuerpos cetonicos.
La mavor partc de la evidencia sugiere que 1a
cetonemia se debe al incremento en la producción
de los cuerpos cetónicos por el hígado más que a la
insuficiencia en la utilización de diclros cuerpos por
los tejidos extrahepáticos. Sin en'ibargo, ios resultados
de experimentos en ias ratas pancreatectorr.rizadas apo-
yan la posibilidad de que la cetosis en la diabetes in-
tensa pueda fortalecerse como consecuencia de una
menor capacidad para el catabolismo de los cuelpos
cetónicos. En tanto que el acetoacetato y el l(
.¡-3-
hidroxibutirato se oxidan con facilidad en ios tejidos
extrahepáticcls, la acetona resulta dificii de oxidar i¡¡
vivo, y una gran pafte se voiatiliza en los puimones.
En la cetonemia moderada, la pérdida de los cuer-
pos cetónicos en la orina constituye sólo un bajo
porcentaje de la producción y utiiización totales de
dichos cue{pos cetónicos. Toda vez que existen el-ec-
tos renales tipo umbral (no existe un verdadero
umbral) r,ariables entre ias especics y ios individr.ros,
para la valoración de la intensiclad cle la cetosis, se
prefiere la medición dc ia cetonemia, a la correspon-
clientc cle ia cetonuria.

349. Oxidación de los ácido,s grasos: cetogénesis .
285
.,..i,1.1.
'
'..
Si¿lo del ácido cítrico
TCilrau¡'
\-+
2CO2üpi{
Figura24-8. Transporte de los cuerpos cetónicos a partir del hígado y las vÍas de Ia utilización y la oxidación de éstos en los
tejidos extrahepáticos.
{ESIS SE REGUI.A
rRES PASOS ESENCIALE§
1) El control inicial se ejerce en el tejido adiposo. La
cetosis no se presenta in vivo a menos que aumente
Ia concentración de los ácidos grasos libres circu-
lantes a consecuencia de la lipólisis de1 triacilglicerol
en el tejido adiposo. En el hígado, los ácidos grasos
libres son los precursores de los cuerpos cetóni-
cos. El hígado. durante la alimentación y en ei a).Llno,
extrae cerca de 30% de ios ácidos grasos que pasan
por este órgano, de manera que en presencia de
grandes concentraciones el flujo hepático es sus-
tancial. Por tanto, en el control de la cetogénesis
son importantes los factores reguladores de Ia mo-
vilización de los ácidos grasos libres a partir del
te.iido adiposo (figuras 24-9 y 21 9).
2) Los áciclos grasos libres capturados por el hígado
tienen dos destinos después de la activación a acetil-
CoA: son objeto de B-oxidación
para producir CO.
o cuelpos cetónicos, o bien se esterifican a triacilgli-
ceroles y fbsfolípidos. El control se ejerce sobre el
ingreso de ios ácidos grasos a la vía oridativa y el re-
manente de los ácidos grasos capturados sc estcri-
flca. ,A1 parecer! la capacidad de esterificación no
constituye la limitante c{e la velocidad.
La actividad de la carnitina palmitoiltransfera-
sa-I (CPT:I) regr"rla el ingreso, previo a la
B-oxidación.
de los grrrpos acilo de cadena larga a las mitocon-
drias (figuras 24-1 y 24-10). La enzima tiene poca
actividad cuando la alimentación es adecuada. 1o
cual disminuye la oxidación de los ácidos
-urasos
1,
su actividad aumenta en el ayuno, 1o qr-re incrementa
la oxidación de los ácidos grasos. En un estado
nutricional adecuado, la malonil-CoA" el intenne-
diario inicial en la biosíntesis de 1os ácidos grasos
(figura 23-1), se fbrma mediante la acetitr-CoA
carboxilasa y constiluye un poderoso inhibidor de
la CPT:-I. En estas condiciones. los ácidos grasos
ingresan a la cólula hepática en concentraciones
bajas, y sc cstcrifican casi por compieto a acil-
gliceroles 1)ara su transpofie al exterior del hígado
como lipoproteínas de muy baja densidad ryLDL).
Sin en.rbargo. como la concentración de los ácidos
grasos libres aumeflta con e1 inicio de ia inanición,
ia acil-CoA inhibe directamente a la acetil-CoA
carboxilasa y disminuye fla malonii-CoA], lo cual
libera ia inhibición de la CPT-I y perrnite el ingreso
a la
B-oxidación
de más acil-CoA. En la inanición,
estos eventos se refuerzan por la disminución del
índice [insulina]/[glucagónl. El resultado directo c1e
este decremento consiste en la inhibición hepática
CoA
TRAN§FE§ASA

350. 286 . Bioquímica de Harper (Capítulo 24t
TEJIDO ADIPO§O
Tr¡acilglicerol
It
I Lipótisis
I
moles si el 3-hidroxibutirato es el producto final.
Por tanto, la cetogénesis debe considerarse un meca-
nismo para permitir la oxidación hepática de cantida-
des crecientes de ácidos gtasos dentro de un sistema
rígidamente acoplado de fosforilación oxidativa sin
incremento en el gasto total de energía.
Se han propuesto algunas otras hipótesis para ex-
plicar el desvío de la oxidación de los ácidos grasos
de la formación de CO, hacia la cetogénesis. Desde
un punto de vista teórico, una disminución en la con-
centración del oxaloacetato, en particular en el inte-
rior de las mitocondrias, podría deteriorar lacapa-
cidad del ciclo del ácido cítrico para metabolizar la
acetil-CoA. Tal disminución podría presentarse a
consecuencia de un incremento en el índice tNADHy
INADI como consecuencia de un incremento en la
p-oxidación. Esto afectaría el equilibrio entre el oxalo-
acetato y el malato, disminuyendo la concentración
del primero. Sin embargo, Utter y Keech han demos-
trado que la piruvato carboxilasa, cafalizadoru dela
conversión del piruvato en oxaloacetato, se activa
por la acetil-CoA. Por consiguiente, en presencia
de cantidades significativas de acetil-CoA debería
existir oxaloacetalo suficiente para iniciar la reac-
ción de condensación del ciclo del ácido cítrico.
A§PEETOS CLÍNICOS
EI deterioro de la oxidacién de los ,/
ácidos grasos origina enfermedades
fr rnenudo acompañada§
t
de hipoglucemia
i
La deficiencia de carnitina se puede presentar pobre
todo en el recién nacido, y en especial en los lac{antes
pretérmino, debido a una biosíntesis inadecuafla o a
Ln es.upe renal. Las pérdidas también pueden ocurrir
en la hemodiálisis; los pacientes con aciduria (rgáni-
ca sufren grandes pérdidas de camitina, ya que psta se
excreta conjugada con los ácidos orgánicos. L{ ante-
rior indica que algunas personas tienen un
{eque-
rimiento dietético de la carnitina similar al de la$ vita-
minas. Los signos y síntomas de la deficiencia incluyen
episodios de hipoglucemia debidos a 1a dismin{ción
dé la gluconeogénesis resultante del deterioro
{e
la
oxidación de los ácidos grasos a pesar del aumentb de
1os AGL plasmáticos, 1o cual da lugar a la acumüla-
ción lipídica acompañada de debilidad muscular. \El
tratamiento consiste en la administración de carnitiha
por vía oral. Los síntomas son similares a los del sít¡-
drome de Reye (encefalopatía con degeneración grash
visceral), en el cual las cantidades de camitina son
adecuadas y cuya causa se desconoce.
La deficiencia hereditaria de la carnitina
palmitoiltransferasa-I afecta sólo al hígado y se tra-
duce en una disminución de la oxidación de ios ácidos
SANGRE
AGL
I
I
Acil-CoA
HiGADO
\'*"'
Acilgl¡ceroles
Acetil-CoA
I
^
c¡"to¿"t
l(s)\¿.ioo
cetogenesis
lv \itti"o
|
*"o"
f'
CuerPos cetónicos
Figura 24-9. Regulación de la cetogénesis. O-@ muestran
tres pasos esenciales en la vía del metabolismo de los áci-
dos grasos libres (AGL), las cuales determinan Ia magnitud
de la cetogénesis. (CPT-|, carnitina palmitoiltransferasa-|.)
de la acetil-CoA carboxilasa mediante fosforilación
covalente (flgura 24 l0). Portanto, la p-oxidación
a parlir de los ácidos grasos libres se conffola por la
compuertaCPT:I hacia el interior de las mitocondrias,
y el resto de los ácidos grasos libres captados y no
oxidados se esterifica.
3) A su vez,la acetil-CoA lormada por la B-oxidación
se oxida en el ciclo del ácido cítrico o ingresa en la
vía de la cetogénesis para formar cuetpos cetónicos.
A medida que aumenta la concentración sérica de los
ácidos grasos iibres, una proporción mayor de éstos
se conviefte en cuelpos cetónicos y una menor se
oxida a CO2 en la vía del ciclo del ácido cítrico. La
drstribución de la acetil-CoA entre 1a vía cetogénica
y 1a vía de la oxidación hasta CO: se regula de ma-
nera que pelrnatezcaconstante la energía libre total,
resultante de la oxidación de los ácidos grasos li-
bres, capturada en el AIP. Esto puede apreciarse si
se considera que la oxidación completa en ia vía de
Ia B-oxidación
seguida de ia producción de COz en
el ciclo del ácido cítrico (vóase antes) de 1 mol de
paimitato, implica una producción totai de 129 mo-
les de ATP en tanto que sólo se producen 33 mol de
AIP cuando el acetoacetato es producto finai y 21
Compuerta
de ta CPB-I

351. Oxidac:ión de los ácidos'grasos: cetogénesis . 287
Carbohidratos ----+
Lipogénes¡s
il-CoA
In
t
Acil-CoA
Esterificación
ACETIL-CoA
CARBOXILASA
t-t
.o
Acilgliceroles
/-\l
l-)l
vt
Glucagón
- ililalon¡l-CoA
./
Palmitato
y'
Mitocondria
Figura 24-10. Regulación de la oxidación hepática de los ácidos grasos de cadena larga. (AGL, ácidos grasos libres; VLDL,
lipoproteínas de muy baja densidad.) Los efectos reguladores positivo (@) y negativo (Q) se representan mediante flechas
punteadas, y el flujo del sustrato mediante flechas continuas.
Acil-CoA
I
I n-oxidación
I
Acetil-CoA .+COz
I
. l
Cetogénesls
+
Cuerpos cetónico;
grasos y de la cetogénesis acompañada de hipoglu-
cemia. Por otra parte, la deficiencia de la carnitina pa-
mitoiltransferasa-Il afecta principalmente al músculo
esquelético (debilidad y necrosis con mioglobinuria)
y, en las variedades más intensas, al higado. De mane-
ra similaq las sulfonilureas hipoglucemiantes (glibu-
rida [glibenclamida] y tolbutamida) disminuyen Ia
oxidación de los ácidos grasos, por inhibira lacarritina
palmitoiltransferasa. Se conocen algunos casos de in-
sufi ciencia de la carnitina:acilcarnitina traslocasa.
Los defeetss héreditarios en las enzimas de la
B-oxi-
dacióntambién causan hipoglucemia no cetósica, coma
ehigado graso. La deficiencia de la 3-hidroxiacil-CoA
deshidrogenasa de caclena larga puede ser causa del
hígado graso agudo del embarazo. También se co-
nocen defectos en los genes codihcantes de la 3-hidro-
xiacil-CoA deshidrogenasa de cadena corta y de la 3-ce-
toacil-CoA tiolasa. Asimismo se han identificado
errores innatos de la cetogénesis, como la deficiencia
de la HMG-CoA liasa, la cual también afecta la de-
gradación de la leucina, un aminoácido cetogónico
(capítulo 32).
La enfermedad del vómito ja¡naiquino se debe
a la ingestión del fiuto sin madurar del árbol akee, el
cual contiene una toxina (hipoglucina) que inactiva
1as acil-CoA deshidrogenasas de cadenas mediay corta
para inhibir la B-oxidación y producir hipoglucemia
acompañada de excreción de ácidos monocarboxí1ico
y dicarboxílico de cadenas media y corta.
La aciduria dicarboxílica se caracteriza por la
excreción de ácidos r¡-dicarboxílicos C6 a C,¡ y por
una hipoglucemia no cetósica. Se debe a la falta de 1a
acil-CoA dwhidrogenasa de cadena media n-ritocon-
drie1, Esto deteriora la B-oxidación,
pero incrementa
la ro-oxidación de los ácidos grasos de cadenas media
y larga; a continuación, éstos ingresan a la
B-oxida-
ción y se acortan a ácidos dicarboxílicos de cadena
media. los cuales se excretan. En la actualidad se han
descrito deficiencias de las acil-CoA deshidrogenasas
de cadenas muy larga. larga y cofia. así como de la
2,4-dienoil-CoA reductasa. las cuales causan excreción
urinaria de Ia 2-trans -4-c¿.i-decadienoilcarnitina oomo
resultado de una insuficiencia en la p-oxidación de
1os ácidos grasos poliinsaturados.
La enfermedad de Refsum es un trastomo neural
poco frecuente producido por la acumulación del áci-
do fitánico, formado a partir del f,rtol, un constituyente
de la clorofila presente en los alimentos vegetales. El
ácido fitánico contiene un grupo metilo en el carbono 3
que impide la
B-oxidación. Normalmente, una o,-oxi-
dación inicial remueve este grupo metilo, pero las
personas con enfermedad de Refsum presentan un
defecto hereditario en la cr-oxidación, el cual permite
la acumulación del ácido fltánico.
HIGADO

352. 288 , Bioquímica de Horper (Capítulo 241
El síndrome de Zellweger (encefalohepatorre-
nal) se presenta en personas con ausencia hereditaria
poco frecuente de los peroxisomas en todos los teji-
dos. En estos pacientes los ácidos polienoicos C26 a
C33 se acumulan en el tejido encefálico como conse-
cuencia de la incapacidad para oxidar los ácidos grasos
de cadena larga en los peroxisomas, pero también pre-
sentan una pérdida generalizada de las funciones
peroxisómicas; por ejemplo, deterioro de las síntesis
de ácido biliar y éter lipídico.
La cetoacidosis deriva de la cetosis
prolongada
La presencia de cuerpos cetónicos en cantidades ma-
yores de las normales en sangre u orina constituye la
cetonemia (hipercetonemia) o la cetonuria, respecti-
vamente. El trastorno en su conjunto se designa como
cetosis. Los ácidos acetoacético y 3-hidroxibutírico
son ácidos moderadamente fuertes y deben amortiguar-
se cuando se presentan en la sangre o en otros tejidos.
Sin embargo, la excreción continua de gran cantidad
de ambos conlleva alguna pérdida del amoitiguador
catiónico (a pesar de la producción de amoniaco por
el riñón), la cual de manera progresiva agota la reser-
va alcalina y produce cetoacidosis. Esta puede resultar
mortal en la diabetes mellitus no controlada.
La forma más sencilla de la cetosis se presenta en
la inanición e implica agotamiento de los carbo-
hidratos disponibles acoplado con la movilizaci,ón de
lós ácidos grasos libres. Al parecer no existe ningún
otro trastorno en el que la cetosis difiera cualitati-
vamente de este patrón metabólico general, pero la
exageración cuantitativa de dicha cetosis produce los
estados patológicos que se presentan en la diabetes
mellitus, toxemia gravídica oüna y cetosis de la lac-
tancia vacuna. Los tipos nopatológicos de la cetosis
se presentan en condiciones particulares como una gran
ingestión de grasas, seguida de ejercicio intenso du-
rante el estado de posabsorción.
ffiHSLJtu;i§!q.á
1. La oxidación de los ácidos grasos en las mitocon-
drias genera grandes cantidades de AIP mediante
un proceso denominado
B-oxidación, el cual escinde
de manera secuencial las unidades acetil-CoA apar-
tir de las cadenas acilo de las grasas. La acetil-CoA
se oxida en el ciclo del ácido cítrico para general
ATP adicional.
2. La oxidación de los ácidos grasos con un número
impar de carbonos produce acetil-CoA y una mo-
lécula de propionil-CoA, que es glucogénica.
3. Los peroxisomas pueden oxidar los ácidos grasos de
cadena muy larga, pero sólo hasta 1a octanoil-CoA
y ésta debe transferirse, posteriormente, a las mito-
condrias para su oxidación subsecuente.
4. Los cuerpos cetónicos (acetoacetato, 3-hidroxibuti-
rato y acetona) se forman en las mitocondrias hepá-
ticas, donde la oxidación de los ácidos grasos tiene
lugar a gran velocidad. La vía de la cetogénesis im-
plica la síntesis y degradación de la 3-hidroxi-3-me-
tilglutaril-CoA (HMG-CoA) mediante dos enzimas
cetogénicas esenciales, la HMG-CoA sintasa y la
HMG-CoA liasa.
5. Los cuerpos cetónicos son combustibles importan-
tes en los tejidos extrahepáticos.
6. La cetogénesis se regula a nivel de tres pasos im-
pofiantes: l) el control de la movilización de los
ácidos grasos libres a partir del tejido adiposo; 2) la
actividad de la carnitina palmitoiltransferasa-I en
el hígado, determinante de la proporción del flujo
de los ácidos grasos destinado a oxidación en vez de
esterificación; y 3) la asignación de la acetil-CoA
alavia de la cetogénesis o al ciclo del ácido cítrico.
7. Las enfermedades relacionadas con el deterioro dela
oxidación de los ácidos grasos llevan a hipoglucemia,
infiltración grasa de los órganos e hipoóetonemia.
8. La cetosis es leve en la inaniciónr.péro intensa en 1a
diabetes mellitus y la cetosjs de los rumiantes. I
REFERENdT>-
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I

353. 25
Metabolismo de ácidos grasos
insaturados y de eicosanoides
Peter A. Mayes, PhD, DSc
rNTRonuceréru
En comparación con los tejidos vegetales, los de los
animales poseen una capacidad limitada para desaturar
los ácidos grasos. Por esto la necesidad de la inges-
tión dietética de cierlos ácidos grasos poliinsaturados
provenientes, en última instancia, de fuentes vegeta-
les. Estos ácidos grasos esenciales dan origen a ácidos
grasos eicosanoicos (C26), de los cuales derivan las
familias de compuestos conocidos como eicosanoides.
Estos constituyen a las prostaglandinas, tromboxanos,
leucotrienos y lipoxinas.
I &/t
püRTA,NerA
B lSñrl ÉD tüA
El contenido de ácidos grasos insaturados en una gra-
sa natural constituye el principal determinante de su
punto de fusión y, por tanto, de su fluidez. De igual
manera, los fosfolípidos de la membrana celular con-
tienen ácidos grasos insaturados importantes para
conseryar la fluidez de dicha membrana. Un cociente
alto de ácidos grasos poliinsaturados respecto de los
saturados (índice P:S) en la dieta constituye un factor
importante parala disminución de las concentraciones
plasmáticas del colesterol mediante la alimentación, y
se considera benéfica en Ia prevención de la enferme-
dad coronaria cardiaca. Las prostaglandinas y trom-
dular la actividad de la adenililciclasa, por ejemplo,
1) en el control de la agregación plaquetaria,y 2) en
la inhibición del efecto de la homona antidiurética en el
riñón. Los antiinflamatorios no esteroides; como la as-
pirina, actuan al inhibir la síntesis de prostaglandinas.
Los leucotrienos inducen la contracción del músculo,
y tienen propiedades quimiotácticas, lo cual sugiere
que tienen importancia en las reacciones alérgicas y en
la inflamación. Se ha identificado una mezcla de leu-
cotrienos, como la sustancia de reacción lenta (SRL-A)
en la anafilaxis. Es posible influir en el tipo de eico-
sanoides sintetizados al modificar las proporciones en
la dieta de los diferentes ácidos grasos poliinsatura-
dos, 1o cual indica que sería posible influir sobre la
evolución de la enfermedad mediante modificaciones
dietéticos.
LOS MAMÍFEROS NO PUEDEN
SI NTETIZAR ALGU NOS ACI DOS
GRASOS POLIINSATURADOS,
QUE SON NUTRIMENTALMENTE
ESENCIALES
En la figura 25-1 se presentan algunos ácidos grasos
insaturados de cadena larga con importancia metabó-
lica en los mamíferos. (Para un rei:aso de la nomencla-
tura de los ácidos grasos véase el capítulo 16.)
En los tejidos se pueden identificar otros áci-
dos grasos polienoicos Cro, Czz y C2a. Es posible
que éstos sean derivados de log iácidos oleieo, liuo.
lei co y cr- linolé+ievmeffiáft e.!n al argamiento deg_lllo1es+esmeorañe\.un alargamlento de
na. Conviene hacer notár. que la totalidad
de los dobles enlaces en los ácidos grasos
rados naturales de los mamíferos se i'rqsentan en la
configuración cds.
Los ácidos palmitoleico y oleico no son esencia-
les en la dieta, ya que los tejidos tienen la capacidad
de introducir un doble enlace en la posición Ae del
ácido graso saturado correspondiente. Los experirnen-
tos con palmitato marcado han demostrado que la
289
boxanos son hormonas locales sintetizadas
dez cuando se requieren, y actuan en sitios
los sitios de síntesis. Las actividades

354. 290 . Bioquímica de Harper (Capítulo 25)
marca se incorpora libremente a los ácidos palmitoleico
y oleico, pero está ausente en los ácidos linoleico y oJi-
nolénico. Estos representan los únicos ácidos grasos
reconocidos como esenciales para una nutrición com-
pleta en muchas especies animales, incluso en los
humanos, y por tanto deben ingerirse en la dieta; en
consecuencia, se les denomina como ácidos grasos
nutrimentalmente esenciales. En la mayoría de 1os
mamíferos el ácido araquidónico se puede fonnar a
partir del ácido linoleico (figura 25 4), pero no así en
la familia de los felinos por 1o que en éstos debe
clasiflcarse como un ácido graso esencial. En la mayor
parte de los animales es posible introducir dobles enla-
ces en las posiciones 41. As, A6 y A' (a partir de la
terminal carboxilo; véase capítulo 16) pero nunca más
allá de la posición Ae. Por otra par1e, los vegetales pue-
den introducirse dobles enlaces adicionales en las posi-
ciones Arz y Ar5 y, por tanto, poseen la capacidad de sinte-
tizar los ácidos grasos nutrimentalmente esenciales.
I
Ácido oleico (or9, 18:1, a'g)
r2 I
*Acido
cr-linolénico (o3, 18:3, Aq1'?'15)
LA SINTESIS DE LOS ACIDOS GRASOS
MONOINSATURADOS SE LLEVA
A CABO MEDIANTE UN SISTEMA
DE A9 DESATURASA
Por 1o que se refiere a los ácidos grasos monoinsa-
turados no esenciales, varios tejidos entre los cuales
se incluye el hígado se consideran como los responsa-
bles de su formación a partir de los ácidos grasos
saturados. El primer doble enlace introducido en un
ácido graso saturado casi siempre corresponde a la
posición Ae. Un sistema er:zimíúico,la ÁP desaturasa
(figura 25-2), en el retículo endoplásmico catalizala
conversión de la palmitoil-CoA o de la estearoil-CoA
en palmitoleoil-eoA u oleoil-CoA, respectivamente.
Para estas reacciones se necesita oxígeno y NADH
o NADPH. Las enzimas parecen similares al sistema
de la monooxigenasa que involucra al citocromo á,
(capítulo 13). Este sistema consta de tres compo-
nentes proteínicos: la NADH-citocromo b5 reductasa,
el citocromo b5,y unadesaturasa sensible al cianuro
con hierro no hem. No se conoce por completo el
mecanismo para la remoción del hidrógeno de la ca-
dena acilo.
el grupo carboxilo, pero en los vegetales superiores
tal introducción tiene lugar entre el doble enlace exis-
tente y el carbono to (metilo terminal). Por tanto, dado
que los animales poseen una Ae desaturasa. tienen la
capacidad de sintetizar la familia ro9 (ácido oleico) de
los ácidos grasos insaturados mediante una combi-
nación de alargamiento y desaturación cle la cadena
Estearoil* CoA
I
-
or+ NADH + H*
ffi6*¿
fo
,oo.* r*,o
Oleo¡l *
CoA
Figura 25-2. La Ae desaturasa microsomal
,W"oo,
Ácido palmitoleico (rrr7, 16:1, le)
M
*Acido
linoleico (t')6, 18:2,
^'g
1'?)
LOS ACIDOS
ENAMATrcOS
Excepto en las bacterias)
nales introducidos en los
sí por un grupo
metileno (intemrpción metilénica
superiores la totalidad de los dobles
les se introduce entre los dobles enlaces
Acido araquidónico (to6, 20:4, as'8'11'14)
2a 17 14 i1 I 5 COOH
Ácido eicosapentaenoico (r03, 20:4, As'e
rt't+'tz¡
Figura 25-1 . Estructura de algunos ácidos grasos insaturados.
Si bien los átomos de carbono en las moléculas se numeran
de la manera convencional, es dec¡r, a partir de la terminal
carboxilo, los números r¡ (p.ej , or7 en el ácido palmitoleico)
se calculan a partir de la terminal inversa (la terminal metilo)
de las moléculas. La información entre paréntesis muestra, por
ejemplo, que el ácido c¿-linolénico contiene enlaces dobles a
partir del tercer carbono contado de la terminal metilo, posee
1B carbonos y tres enlaces dobles, y estos enlaces se loca-
lizan en los carbonos 9, 12 y 15 a partir de la terminal
carboxilo. (Con asterisco: clasificados como "ácidos grasos
esenciales".)
,W"oo*
DE
dobles enlaces adicio-
srasos monoinsatu-

355. Metabolismo de ácidos grqsos insaturados y de eicosanoides .
291
(figura 25-3). Sin embargo, ya que son incapaces de
sintetizar los ácidos linoleico (ro6l y o_linolénico (ro3)
debido a la ausencia de las desaiurasas necesarias,
estos ácido.s deben ingerirse en Ia dieta para lograr la
síntesis de los otros miembros de las familias ro6 y ro3
de los ácidos grasos poliinsaturados. El linolenato puede
convcrtirse en araquidonaro (figura 25?). La vía se
inicia con la deshidrogenación del éster de ia CoA para
dar y-linolenato seguido por el alargarniento de la
cadena mediante la adición de una unidad de dos car_
bonos aportada por la maionil-CoA en ei sistema
nricrosomal (figura 23-6) para dar eicosatrienoato
(dihomo-y-linol enato). Éste forma araqui donato me-
diante una deshidrogenación. El sistema de deshi_
drogenación, es similar al descrito antcriormente para
los ácidos grasos saturados. por
tanto. con una inces-
tión dietética adecuada de linoleato cs posible elimirar
el requerimiento nlltrimental del araquidonato. Con ex_
cepción del palmitoleato (16:1. co7) y del ácido graso
correspondiente a i8:1, ot7, existente en el encéfalo
en desarrollo, no se presenta cantidad alguna del resto
de los ácidos grasos de 1a familia c»7.
El sistema de desaturación y alargamiento de la
cadena disminuye notablemente duranté el a1uno, con
la administración de glucagón y adrenahná y en au_
sencia de insulina como en la diabetes mellitus tipo I.
LA AUSENCIA DE LOS ACIDOS
GRASOS ESENCIALES IAGE)
EN LA DIETA PRODUCE SÍTÍOUNS
DE INSUFICIENC¡A
Evans y Burr en 1928 observaron que las ratas alimen_
tadas con una dieta no lipídica puiificada adicionada
con vitaminas Ay Dpresentaban disminución de lave-
locidad de crecimiento y falta de reproducción. Los
trabajos posteriores demostraron qué el síndrome de
insuficiencia se curaba con la adióión de los ácidos
linoleico, cx-linolénico y araquidónico a la dieta. Las
características diagnósticas del síndrome incluyen piel
escamosa, necrosis de las uñas y lesiones en el siite_
ma urinario, pero el trastomo no es mortal. Estos ácidos
grasos se presentan en grandes concentraciones en
A(
,.i
ú'
rañ'
fi
t
:
¿ ll-... I
' il haÍrÍra li
]l*s ll
' iL- -_,- ll
*
i- .*ny* I
T-ELoNGA*__l
L_
-_-l
L
ELONGASA
I
ll- ,I
', Famiiia
ll
ii
o'u
i1
j-*ELoNGA-{-l
:_l
-
¡
* 1 8:2
----+,
20:2
------+ffi-
- - - - - - - _>
ZZ:3 - - -
_
-
_
-
_
->_ Z2:4
Se acumula en la
insuficiencia de
ácidos grasos esenciales
Ácido linoleico
18:2
-l-
.18:3
->
2ü:3 ---------+ 2a:4 ----------+- zz,4
--->-
z?:5
t,
It
Ir
lt
t ,^
' , f
-l2O:? ¡ \,./
t
Acirio r/-linolcn¡co
1B:3 _____->
l8:4 __--__-__-.¡-
20:4 *_-_>
20:5 _-_-+-
ZZ:S __-_*_*-+
22:6
I .o | _- ,
"
i I
i orroir*oro i L
rrorrrc¡sn
i
I
o.roir*oro
I
t_jft §1f l
r.roiJ*oro
il---tt
ligura 25-3' Biosíntesis de las familias rog, t»6 y ro3 de los ácrdos grasos polrinsaturados. cada etapa se catal¡za por los
'
stemas microsomales de alargam¡ento de la cadána o de desaturasr:s;ñ; p;;;to
",
duda la existencia de la aa desaturasa.
3 n embargo, esta etapa puede evitarse mediante un alargamiento de la cadena seguido de una desaturactón a6 y a continua-
Ón
B-oxidación en los peroxisomas para remover una unicjad de dos carboncs. Los ácidos grasos poliínsaturados r¡g tienen-pcrtancia cuantitativa sólo sl se suprimen los ácidos linoieicü y o-iinolénico á" l" o¡"tu. EJto se debe a la competencía de:ada serie porel mismo sistema enzimático y a que la afinidad ái.rinuyá Juroá'la serie co3 hasta la ro9, (e, inhibición).
Ácido
oleaco
1B:1
20:'l
I
22:1
I
24:1

356. (Capíttrlo 251
292 . Bioquítnica de Harper
o
t1
C-S-CoA
II
o
c2
(Malonil-CoA,
NADPH)
SISTEMA MICROSOMAL
ALARGAMIENTO OE
LA CADENA (ELONGASA)
varios aceites vegetales (cuadro 16-2 y en cantida-
des pequeñas en las reses en canal.
-Aunque
todavía no están bien definidas, las fun-
ciones delos áciclos grasos esenciales adicionales a la
formación de prostaglanclinas y leucotrieno (véase
adelante) parecen ser diversas. Los ácidos grasos esen-
ciales se presentan en los lípidos estructurales celulares
y tienen a su cargo la integridad estructurai de la mem-
brana mitocondrial.
El ácido araquidónico se presenta en 1as mem-
branas y apofia 5 a 15oA de los ácidos grasos de los
fosfolÍpidos. Etr ácido docosahexaenoico (ADH; ol3,
2:6) sintetizado a partir de1 ácido ulinolénico u ob-
tenido directamente de los aceites de pescado' se pre-
senta en grandes collcentraciones en la retina, la cor-
teza cerebral, los testículos y el esperma. Este ácido
resulta necesario en pafiicular para e1 desarrollo de1
encéfalo y ia retina, y se suministra a través de la
plaoenta y la leche. Los segmentos extemos de los bas-
tones de la retina contienen concentraclones mtly
elevedas de ADH, y la mayor parte de los fosfoli-
pidos contiene al menos una molécula del ácido' Al
pu."."t la gran fluidez resultante es necesaria para el
funcionamiento «le la rodopsina, consistente en la ac-
tivación me<iiantc un fbtón para proclucir movimien-
tos lateral y de rotación en el interior de la membrana'
Se infbnna que los pacientes con retinitis pigmentaria
tienen bajas concentraciones sanguíneas del ADH'
ffi-s-coA
Linoleoil-coA tAe'1
2-octadecadienoil-coA)
o'7.NADH H
-ri
trul
2H,o r NAD+
4*
1296
^'A,,ñNNA/^'
/\'/VVV
yJ¡nolsnoil-CoA (46'e¡2-octadecatrienoil'CoA)
14 11 8
. .. r--i :f
Z /t z\
/YV V V v v v t,,_r_.oo
2c
Dihomo-y-linolenoil-CoA (48'11'14'eicosatrienoil'CoA)
1i
o
o
14
-*11 7-8 ¡==q, ¡ |-r-aoo
ffiV-ryV
,l)
Arasuidonoil"CoA f '\5'8'1r'14-eicosatelraenoil'coA)
Figura 25-4. Conversión del linoleato en araquiclonato. Los felinos no pueden realizar esta conversión debido a la ausencia
de-la Au desaturasa y deben obtener el araquidonato en la dieta'
--

357. Metabolisnto cle áciclos insaturodos y de eicosanoides .
293
Los lactantes prematuros poseen una baja capacidad
de ia Ae desaturasa y esto diminuye la posibiiidail de
sintetizar ADH a parlir de los precursores n-3 de los
ácidos grasos.
En muchas de las funciones estlxcturales de los
ácidos grasos esenoiales, éstos se presentan en los fos-
folípidos, principaimente en Ia posición 2. En la insufi-
ciencia de ácidos grasos esenciales los ácidos poli_
enoicos no esenciales cle la familia ot9 sustituyen, en
parlicular con el ácido A5.ri,1r-eicosatrienoico. a los áci_
dos grasos esenciales en los fosfolípicios, en otros
(cal
noI
den
su'
lerosis y de la enfermedad cardiaca coronaria
28). Los ácidos grasos poliinsaturad os trans-
actividad de ácidos grasos esenciales y pue_
rnizar el rnetabolismo de éstos v exacerba.
complejos lipídicos y en las membranas (figura 25 3
Para el diagnóstico de la extensión de la insuficienci
de ácidos grasos esenciales se puede utilizar la
porción trieno:tetraeno de los lípidos
Los ácidos grasos trans- pueden
compet¡r con los ácidos grasos g
ficiencia.
EICOSANOIDES SE FORMAN
A pnnnn
DE Los Ac¡oos ennéos
POLITNSATURADOS C2o
El araquidonato y algunos otros ácidos grasos C.¡
con enlaces metileno intemtmpidos dan orisen a 1os
eic.osanoides, compuestos con actividad tisiológica
y farmacológica conocidos como prostaglandinas
(PG), tromboxanos (TX), leucotrienos (LT) y lipo-
xinas (LX) (capítulo 16). Desde el punro de rista
fisiológico se considera que actitan como hon.nonas
locales y funcionan a través de receptores enlazados
a proteínas G para dar origen a los efectos bioqrií¡ticos
correspond ientes.
El araquidonato, derivado por lo general de la po-
sición 2 de los fosfolípidos de Ia membrana plasrnática
como resultado de la actividad de ta fosfolipasa A.
(figura 26 6), constituye el sustrato para la síntesis de
los compuestos PG2, TX2, LT1 y LXr. Las r.ias
metabólicas de estos compuestos son divergentes r,
existe conrpetcncia por el suslrato araquidonito cnrr e
la síntesis de ia serie PG, y TX2 (prostanoides) r, la
síntesis dc LT., y LX,. Esras dos viás.. cono.e,,. ,*.-
pectivamente, como las vÍas de la ciclooxigenasa r-
de la lipooxigenasa (figura 25-5).
Existen tres grupos de eicosanoides (cada ¡.ino in-
cluye PG, TX, LT y quizá LX), los cuales se sinteti-
zan a partir de ácidos eicosanoicos C,u provenienres de
los ácidos grasos esenciales linoleato v o,-linolenato.
En la grasa de los rumiantes se cantidades
trans- (p. ej., la grasa de la
pequeñas de ácidos grasos i rdos en posición
illa tiene 2 aTVo)
derivados de la acción microorganismos en el
rumen, pero la de grandes cantidades de
ácidos grasos /rans- 'ados
en los aceites vegeta-
les parcialmente
plantea i
vos alimen En autopsias se ha encontrado hasta
1.57o deidos grasos tisulares en la configuración
la fecha no se han podido demostrar efec-
; sin embargo, estos ácidos grasos se meta-
izan más como saturados que insaturados cls-, lo
cual puede deberse a la configuración similar de la
cadena lineal (capítulo 16). En este sentido tienden a
elevar el nivel de las LDL y a disminuir el de las HDL
y, por tanto, se contraindican en la prevención de la
/rdrogenados
(p. ej., la margarina)
ntes sobre su seguridad como aditi-
Prostaglandinas
Tromboxanos
Fosfolípido de la membrana
-
Diversos esrlmulos,
I -{
§[bi*"#lrá
I .--------{
v
adre4a¡n¿.
ll'ot'?:''^'o I
r'ombrna
Araquidonato
Leucotr¡enos
Lipoxinas
Figura 25-5. Conversión del ácido,araquidónico en prostaglandinas y tromboxanos a través de la vía de Ia c¡clooxigenasa, y
en iqucotrienos y lipoxinas por la vía de la lipooxigenasa_

358. y-lin(rlenato
1.,"
\:/'\--l\-/\'-l
8,1 1,1 4+icosatrienoato
{dihomo
y-linolenato)
5,8,1 1 ,14-
eicosatetraenoato
l.-_=-_=_l
liaraquioonatoll
*2H
Eicosatetraenoato """'.'
t
I .2c
I
Octadecatetraenoato
I
I -r*
I
@l
t
I
Dieta
Figura 25-6. Los tres grupos de eicosanoides.y.los orígenes biosintéticos correspondientes. (PG, prostaglandina; PGl,
prostacicl¡na; TX, tromboxano; LT, leucotrieno; [X, iipoxiña; @ vía cle la ciclooxigenasa; @ vía de la lipooxigenasa ) El
subíndice denota el número total di enlaces dobles en la moléiula así como Ia serie a la cual pertenece el compuesto'
5,8,11,14,17 -
eicosapentaenoato
+
I
I
Diela
o de manera directa del araquidonato y de1 eicosapen-
taenoato dietéiicos (frgura 25-6).
LA VfA DE LA CICLOOXIGENASA
TIENE A SU CARGO LA SÍNTESIS
DE LOS PROSTANOIDES
La síntesis de 1os prostanoides (figura 25 7) involucra
el consumo de dos mo1écu1as de 02 catalízadapot \a
prostaglandina H sintasa (PGHS), que posee dos
actividades enzimáticas diferentes: de ciclooxigenasa
y de peroxidasa. La PGHS se presenta como dos isoen-
zimas, la PGHS- i y la PGFIS-2, cada ulra con activi-
dades de ciclooxigcnasa y de peroxidasa. El producto
de la vía de la ciclooxigenasa, un endoperóxido (PGH),
se convierte en las prostaglandinas D, E y F" así como
en tromboxano (TXA.) y prostaciclina (PGI:). Cada
tipo celularproduce sólo una clase de prostanoide' La
aspirina, un antiinflamatorio no esteroicie (AINE),
inhibe la ciclooxigenasa en la PGHS- I y la PGHS-2
mcdiante acetilación. La mayor parte de otros AINE, como
1a indometacina y el ibuprof-eno, inhibe 1as ciclooxige-
nasas ai competir con el araquidonato. Los corticoides
antiinflarnatorios inhiben por completo latranscripción
de la PGHS-2, pero r.ro así en el caso de ia PGHS-1'
GR§PO 2
Prostanoides
. Bic¡química de
L€ucotfien05
LTA.1
LTC.
LTD3
GRUPO 3

359. Metabolismo de ácidos grasos insaturados y de eicosanoides .
295
PGF2./ PGD2 TxBz
Figura2S-7' Conversión del ácido araquidónico en las prostaglandinas y tromboxanos de la serie 2. (pG, prostaglandina;
TX, tromboxano; PGl, prostaciclina; HHT, hidroxiheptadecatrieñoato.)
1co'n ástáilsco: ambas actividades sé atribuyen a una
enzima: la prostaglandina H sintasa. En las series i y 3 de las prostáglandinas y tos tromboxanos acontecen conversiones
similares.)
obn *
PGG" r=-
r. IPEROX|DASAI O
l^7 ¡
af
-^-11----
coor
¡
-^-_:,..-.--^..oon
)1..r^..--..z-----.-
noAo-\Z--.,^_,--_--
vez que se forman, las prostaglandinas se inactivan
con rapidez; quizá esto se deba, en gran medida, a la
presencia de la enzima 1S-hidroxiprostaglandina
deshidrogenasa en la mayor parte de los tejidos de
mamíferos. Al impedirse la acción de esta enzima son
sulfasalacina o indometacina se puede prolongar 1a vida
media de las prostaglandinas en el cuerpo.
LOS LEUCOTRIENOS
Y LAS LIPOXINAS SE FORMAN
EN LA VfA DE LA LIPOOXIGENASA
Los leucotrienos son una familia de trienos conjuga_
dos formados, apartir de los ácidos eicosaenoicos, en
los leucocitos, células de los mastocitomas, plaquetas
y macrófagos mediante la vía de la lipooxigenasa en
respuesta a estímulos inmunológicos y no inmuno_
logicos (figura 25-8). Tres lipooxigenasas diferentes
(dioxigenasas) insertan el oxígeno en las posiciones
1tl2y
15 del ácido araquidónico para dar origen a los
hidroperóxidos (HPETE). Só1o la S-lipooxigenasa
forma leucotrienos. El primero en foimarsé es el
OH OH
6-ceto PGF1í
-/,---¿gF^,
\:#*rh¡oo+
HHof
lrsorrrennsnl | TTR."."*ü]-rmid¿rol
-7-
I I
sr*asn I
e
V.,-\coou
| fi
.^..:----.-/--cooH
-r-\,/\-./t- |
\O\Z-.-.^_---.r7-
oH I \oH
rxAz
-PPE,
l,-----.----------.- r
@ I oH ll
rsourLn¡se I \
)?,nnu X ^.-i--^---^.
"^^ X .^-
OH OH
Existe una correlación entre la actividad
de los ácidos grasos esenciales
y la producción de prostaglandinas
Si bien existe una notable correlación entre la activi_
dad de ácido graso esencial de los diversos ácidos
grasos y la capacidad de éstos para convertirse en
prostaglandinas, no parece que los ácidos grasos esen_
ciales ejerzan efectos fisiológicos en la vía áe la síntesis
de las prostaglandinas. Laparticrpación de los ácidos
grasos esenciales en la formación de la membrana no
se relaciona con la formación de prostaglandinas. És_
tas no alivian los síntomas de la insuficiencia de un
ácido graso esencial; y el síndrome de tal insuficien_
cia no se produce con la inhibición crónica de la síntesis
de las prostaglandinas.
La ciclooxigenasa es una',enzima
su¡c¡da"
La "detención" de la formación de prostaglandinas se
logra de manera parcial mediante una p.opiedad nota_
ble de la ciclooxigenasa: Iaautocataliiacién de su des_
trucción, es decir, constituye una
..enzima
suicida',. Una
.oOh
./--v-v
\_,/ ""
\::--.\-_-\_-.\//
lr_---
20.{lctcr oox,crNASA l+
Aspr"ira
tr
I
I v tnoomct¿ctnd
Ibuprofeno
OH

360. 29(t . Bioquíruica de Harper
(CapítLLlo 25)
ooH
ol-l
l*
_-coon
{-
---./\.:---\-^/
OH
Leucotrieno B4
lllllpooxreENAíl
OH OH
/ cooH
/---- \_/--\./
ll
\:-^=---
:
OH
Lipoxinas, p. ej., LXA,
Giutatión
Cisteína
cisteína Ácidoqlutámico
,,
ieucotrieno A1 y éste, a su vez. se metaboliza como leu-
cotrieno B* o leucotrieno Ca. Este último se foma
mediante la adición del péptido glutatión por medio
de un enlace tioéter. La remoción subsecuente del gluta-
mato y la glicina generan, de manera secuencial, leuco-
trieno D+ y leucotrieno E4.
Las lipoxinas son una familia de tetraenos conju-
gados, las cuales se originan también en los leucocitos.
§e forman mediante la acción combinada de varias
lipooxigenasas, las cuales introducen oxígeno adicio-
nal en la molécula. Algunas lipoxinas (LXAI a LXEa)
Glicina
,,
Figura 25-g. Las conversiones del ácido araquidónico en los leucotrienos y las lipoxinas de la serie 4 en la vía de la lipooxi-
gu]-,,áru. En las series 3 y 5 de los leucotrienos tienen lugar conversiones similares. (HPETE, hidroperoxrelcosatetraenoato;
HETE, hidroxie¡cosatetraenoato.) (O, peroxidasa; €), leuco"trieno A. epóxido hidrolasa; b, glutatión Stransferasa; !
'
y-glutamil-
transpeptidasa;
ro, cisteinil-glicina dipeptidasa')
o
.-A¡.*¿699
Leucotrieno Eo
se forman de manera similar a la descrita anteriormente
para los leucotrienos.
ASPECTOS CLIN¡COS
En los humanos también se presentan
síntomas de Ia inguficiencia de ácidos
grasos esenc¡ales
En los humanos que ingieren una dieta carente de áci-
dos grasos esenciales se han observado síntomas
o0H
1 5.HPETE
\
OH
15-HETE
FLil,oo«cENASA]
12.HETE
Ácido
Glicina
Leucotrieno C4 LBucotrieno Dd
E--

361. Metctbolismr¡ de ácido.s grusos insaturados y cie eit:osanoides " 297
cutáneos y deterioro del transporte lipídico. En los
adultos con dietas ordinarias no se ha descrito signos
de insuficiencias de ácidos grasos esenciales. Sin em-
bargo, los lactantes alimentados con fórmulas bajas
en grasas desanollan síntomas cutáneos curables con
la administración de linoleato. Las insuficiencias atri-
buibies a la falta de ácidos grasos esenciales, incluso
de ácido cx-linolénico, también pueden presentarse en-
tre los pacientes alimentados durante periodos largos
de manera exclusiva por vía intravenosa con fórmulas
bajas en ácidos grasos esenciales. Las insuficiencias
pueden evitarse con una ingestión de ácidos grasos
esenciales equivalente a entre I y 2% de las necesida-
des calóricas totales.
En algunas enfermedades se presenta
un rnetabolismo anorrRal de los áeidos
grasos esenciales
Además de la insuficiencia de ácido graso esencial y
de los cambios en los patrones de los ácidos grasos
insaturados con la malnutrición crónica, en la flbrosis
quística, la acrodermatitis enterohepática, el síndrome
hepatorrenal, el síndrome de Sjógren, la degeneración
neuronal multisistémica, la enfermedad de Crohn, la
cirrosis y el alcoholismo, y el síndrome de Reye se ha
descrito un metabolismo anormal de los ácidos grasos
esenciales, quizá vinculado con insuflciencias dietéti-
cas. En el encéfalo de los pacientes con síndrome de
Zellweger se han encontrado aumentos en las concen-
traciones de los ácidos polienoicos de cadena larga
(capítulo 24). Las dietas con un índice P:S (ácidos
grasos poliinsaturados : saturados) alto disminuyen las
concentraciones séricas clel colesterol, en particular en
1as lipoproteínas de baja densidacl. Esto se considera
benéfico si se considera la corelación entre las con-
centraciones séricas del colesterol y la enfermedad
cardiaca coronaria.
Los prostanoides son potentes
sustancias biológicamente act¡vas
Los tromboxanos se sintetizan en las plaquetas y una
vez liberados producen vasoconstricción y agregación
plaquetaria. Las dosis bajas de aspirina inhiben de
modo específico la síntesis de éstos. Las prostaciclinas
(PGI2) se producen en las paredes de los vasos san-
guíneos e inhiben de manera poderosa la agregación
plaquetaria. Por tanto, los tromboxanos y las prostaci-
clinas tienen efectos antagónicos. La menor incidencia
de enfermedad cardiaca, la disminución de la agrega-
ción plaquetaria y la prolongación de los tiempos de
coagulación, entre los esquimales de Groenlandia, se
han atribuido a la gran ingestión de aceites de pescado
con 20:5 ol3 (EPA, o ácido eicosapentaenoico) a par-
tir del cual se origina la serie tres de las prostaglandinas
(PG,) y el tromboxano TX, (figura 25-6').La PG, y el
TX, inhiben la liberación del araquidonato a partir de
los fosfoiípidos y la formación de la PG2 y del TXr.
La PGI3 constituye un potente antiagregante de las
plaquetas similar a la PGI2, sin embargo, el TXA, es
un agregante más débi1 que el TXA'; por tanto, el
equilibrio de la actividad se desvía hacia la no agrega-
ción. Adernás, en los esquimales se presentan bajas
concentraciones plasmátrcas del colesterol, el tria-
cilglicerol y las lipoproteínas de baja y muy baja den-
sidad, en tanto que aumenta la concentración de la
lipoproteína de alta densidad; thctores todos conside-
rados como contrarios a la afierioesclerosis y el infafio
del miocardio.
En ios animales las concentraciones de prostaglan-
dinas tan bajas como 1 ng/ml producen contracción
del músculo liso. Los posibles usos terapéuticos in-
ciuyeu la prevención del embarazo, la lnducción del
pafio a ténnino, Ia terminación del embarazo. 1a pre-
vención o el alivio de las úlceras gástricas. e1 contlol
de la intlamación y el de la presión sanguÍnea. y el
alivio de1 asma y de la congestión nasal.
Las prostaglandinas incrementan el cAMP en ias
plaquetas, la tiroides, el cuerpo amarillo, el hueso f-etal,
la adenohipófisis y los pulmones, pero 1o disminuyen
en las células de los tubulos renales y dei tejido adiposo
(capítulo 27).
L*s le¿.¡cotr;eno§ y las lípexinas
§ür] pstsntee reguladore*
de muches prCIcesos patsléS¡coe
La sustancia de reacción lenta de la anahlaxia (SRL-A)
es una mezcla de los leucotrienos C*, D. y E*. Esta
Ínezcla de leucotrienos resulta 100 a I 000 veces rnás
potente que la histamina o las prostaglandinas como
constrictor de la musculatura bronquial de ia vía res-
piratoria. Estos leucotrienos, junto con el Ba tan,bién
producen permeabilidad vascular y la atracción
1,
1a
activación leucocitarias, y parecen imporlantes regu-
ladores en muchas enfermedades en las cuales par-
ticipan reacciones inflamatoria o de hipersensibilidad
inmediata, como en el asma. Los leucotrienos son
vasoactivos y en las paredes arteriales se ha identifi-
cado la 5-l ipoorigenasa.
La evidencia apoya la pañicipación de 1as lipo-
xinas en las funciones vasoactiva e inmunoregula-
dora; por ej emplo, como compuestos contraregul adores
(calonas) de la respuesta inmune.
RESUfrrÍEld
1. La biosíntesis de los ácidos grasos insaturados de ca-
dena larga se logra a través una combinación de
enzimas desaturasas, las cuales introducen enlaces

362. 298 .
Bioquím.ica de Harper
(Capítulo 25)
dobles, y enzimas elongasas, que alargan las cade-
nas acilo existentes al agregar fragmentos subse-
cuentes de dos carbonos.
2. Los animales superiores están restringidos a las desa-
turasas 41,45, A6 y Ae, las cuales no permiten la in-
serción de nuevos enlaces dobles más allá de la posi-
ción 9 de los ácidos grasos. Como resultado no es
posible la síntesis de los ácidos linoleico (r¡6) y
cr-linolénico (ro3), y éstos deben apofiarse en la die-
ta. Se les denomina ácidos grasos esenciales.
3. Los ácidos grasos esenciales dan origen a los ácidos
grasos C2¡ (eicosanoicos). a partir de los cuales se
sintetizan grupos muy importantes de compuestos
con actividad ñsiológica y farmacológica, los eicosa-
noides. Estos grupos incluyen las prostaglandinas, los
tromboxanos, los leucotrienos y las lipoxinas. Las
prostaglandinas y los tromboxanos se sintetizar.r por
la vía de la ciclooxigenasa (inhibida por la aspirina);
los ieucotrienos y 1as lipoxinas se sintetizan por la
vía de la lipooxigenasa.
4. Toda vez que a partir de los ácidos grasos esencia-
les se sintetizan grupos diferentes de eicosanoides,
es posible manipular el equiiibrio entre los efectos
fisiológicos de los diversos eicosanoides mediante
cambios en la composición de los ácidos grasos en
la dieta. r
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Vancc DE. Vance JE (editors). Elsevier, 1996.
L¡.

363. 26
Metabolismos de los acilgliceroles
y los esfingolípidos
zeter
A. Mayes, PhD, DSc
actuan cññó-lEursores de los
,, ,: , ,t''t i''1.'1. 1:.,
Los acilgliceroles constituyen- lam_ayorparte
4§
los lí,-
ridos en el cuerpo. f os trñcitgtlñoiés ion los iipidól
lrincipales en los depósitos de grasa y en el alimen-
:o. Además, los acilgliceroles (en especial los fos-
-olÍpidos) son los principales cotxponentes del p14s-
tla y de otras membranas. Los fosfolípidos también
:ienen participación en el metabolismo de muchos
¡n'os lípidos. Los glucoesfingolípidos"los cuales c.on-
irenen esfingosina y residuos de azúcar así como
acidos grasos, aportan 5 a l00zo de los lípidos de]a
rnembrana plasmátiea.
:..
-
('
-.i'.:.[ ,i.
La participación de ios tri?cilg,_ljgef_ole_s en el rranspg(e
!
el al¡pcenamiento lipidffi Í en-valiás entbrméáaáés
como la obesidad. lañiá6éies y la hiperlipoproteincrnia,
se describen en detalle en capítulos posteriores. Los
iosfogliceroles, fosfoesfi ngolípidos y glucoesfi n golí-
pidos son anfipáticos y? en consecuencia, idealmente
adecuados como 1os principales constituyentes de las
nrembranas biológicas. Algunos fosfolípidos poseen
iirnciones especializadas; por ejemplo, la dipalmitoilo
ecitina es trn consriruyenrc im¡rs¡1¿¡1q d=ái
-f§ente
tensoactivo pulmonar (süfaclante)-
!g"lalu dc esic
¡n los lactantes prematuros es la resp-ónsable del sir-
drome de sufrir¡iento respiratorio del recién nacido.
Los fosfolípidos de1 inositol de la membrana celnlar
forman parte del glqSqgáhz de 1a superficie celular y
se c¡¡nsidelan itnporlantes: I ).en el contacto r la co-
municación interceluláres; 2) cómo receptores de las
toxinas bacterianas (p ej , la io*ina causante de1 cóle-
ra); y 3) como sustancia del grupo sanguíneo ABO.
Se ha descrito una docena de las denominadas en-
fermedades por almacenamiento de glucolípidos
(p. ej., la enfermcdad de Gaucher o la enlermedad de
Tay-Sachs), debidas a la insuficiencia específica de una
enzima hidrolasa, en la vía lisosomal de la degrada-
ción de los glucolípidos.
EL CATABOLISMO DE LOS
ACILGL¡CEROLES NO ES
EL PROCESO INVERSO
DE SU BIOSÍNTESIS
El catabolismo de los triacilgliceroles
se inicia con la hidrólisis
<é
Los triasilgliaerclesdebán
hid¡oliza6e mediante una
@gadecuada
a los ácidos grasos y el glicerol que los
constituyen, antes de continuar su catabolismo. La
Tuygr.put:
de esta h!flr«¿[§L-ouss (lipólisi;) riene lugar en
el tgj ido adipqs@s qrasoien;T-
prgsry; en eI cual, se presentan combinados con la
albúmina sérica. Posteriormente, se lle,ya a eabo la cao-
turat&la8l{ssla§rJúExsL1o;@' i¿affi
o reesterifi cación sribsecuentes. TZñhos tei idos (lo s
cr.rales incluyen
fkado.
cgrazón, riñón, músculg, pul-
món. testículos, encéfalo y tejido adiposo) poseen la
cidad de oxidar de
:s un alquilfbstblípido. Los glucqesfingolípidos, pre-
ientes en la capa externa de la mernbraná plasmática
,-on lai-cádenas de oligosacáridos hacia el cxteriol-.
sr bren, el encéfálo es incapaz de extraerlos rápida-
mente d-e ia sang§. La urilgg9_ióa
-d,e.'l
g1_r,q9l_o.l-en estos
<
-"=--F
299
tejidos d9ne1d9 de_lq erlsteñéiá de la enzima activadora

364. (CapítuLo 261
300 ' Bíoquímica de HarPer
Glicerol-3-fosfato
l
I
l
Fosfatidato
-> Fosfato de dihidroxiacetona
I
I
,\
./\
/\
Plasmaiógenos PAF
-/
Diacilglicerol
t\
f,6s {o..6\;
t tto\'
Fosfatidilinositol
\
\
\
\
Fosfatidilinositol
4,5-bisfosfato
Cardiolipina
Fosfatid ilcolina
Fosfatidiletanolamina
Triacilglicerol
En la figura 26-1 se inciican las vías principales de la
biosíntesis del triacilglicerol y del fosfoglicerol' A par-
tir del-glice-rol 3--j9{9t9, se forman muchas su-s-talrcias
i,"po,tiñiér, ü<láunáé<il runóiones r:¡1tleq
en el nre-
tabolisrrro celular. Estas sustancias incluyen desde las
reservas principales de1 triacilglicerol hasta ios deri-
vados foifatidilo de colina' ctanolamina, inositol y
cardiolipina, que es un constituyente de las membra-
nas mitocondriales. En la vía se presentan dos puutos
de ramificación importantes en los pasos intermedios
del fosfatidato y del diacilgticerol. A part!¡ del fosfato de
dihidrox i acetona se
-9b1!-9'nen
fo sfo gli cerole s con un
enlace éter ( C-Ó-C- ), de los cuales, los plas-
n1alógenos y el factor activador dq-plaquetas (PAF'
¿el lágteTp¡a telet-áiiiiát¡tg factort)
son los más co-
nocidos. Debe hacerse notar que e-!€Jlqeio-L"3.fes-&tp
y el fosfato de dihidroxiacetona provienen, de, o for-
man parte, de la vía de laglucólb-is; lo cual señala una
conexión muy importanté entre el metabolismo de los
carbohidratos y ei de los líPidos.
El fosfatidato constituye el precursor
común en la biosíntesis de los
triacilgliceroles, de muchos
fosfogliceroles y de la cardiolipina
Si bienen el laboratorio pueden inverlirse las reaccio-
nes que participan en la hidrólisis de los acilgliceroles,
cataitzadaspoi lu liputu; éste no es el mecanismo uti-
lizado paraiu síntesis en los tejidos. El glicerol y los
ácidos grasos deben activarse mediante AIP (trifosfato
de adenosina, del inglés adenosine triphosphate), arr-
tes de incorporarse a los acilgliceroles' La glicerol
cinasa catalíza la activación del gliceroi a sn-glice-
ro1 3-fosfato. En ausencia de esta enzima
-o
con una
baja actividad de la misma como en el músculo o el
tejido adiposo- la mayor parte del glicerol 3-fosfato
débe obtenerse a pafiir de un intermediario del siste-
ma glucolítico: e1 fosfato de dihidroxiacetona; éste
forña glicerol 3-fosfato mediante reducción con
NeOHldinucleótido de niacina y adenina reducido,
del inglés reduced niacine adertine dinucleotide), te-
accióñ ca,m,l\zada por la glicerol 3-fosfato deshi-
drogenasa (fi,gtra 26 2).
A. Biosíntesis de los triacilgliceroles
Los ácidos grasos se activan a acil-CoA mediante la
enzimaacil-CoA sintetasa, con utilización de AIP y
CoA (capítulo 24). Dos moléculas de la acil-CoA se
combinan con el glicerol 3-fosfato para formar fosfa-
tidato (fosfato de 1,2-diacilglicerol). Esta combin ación
tiene lugar en dos etapas a través del lisofosfatidato;
,.,.,.Fiéura 26-l . Esquema de Ia biosíntesis del acilglicerol. (PAF, factor activador cle las ptaquetas
)
neccsaria, Iu gllqryLgryg1. que qr§!e.,e-n cantidades
imporlanreseñIE@gF-oí.int-e's1r¡o.elteji!931fu
o-
so café y la gláldulá mamaria en lactancia'
LOS
SE FORMAN MEDIANTE
Figura26-2.Las biosíntesis del triacilglicerol yde los fosfolípidos. o, vía del monoacilglicerol, @, vía del fosfato de glicerol La
fosfatidiletanolamina puede formarse a partir de la etanoiamina en una vÍa similar a ia que se muestra para la formación de
la fosfatidilcolina, a partir de la colina.
Y LOS

365. Metabolismos de los ctcilgliceroles ,- los esfingolípidos .
301
H3C *
OH
HO-C*H
#i-
IcnmrI I
;J\
-
.'"{i"'""
I ,o.rl'l*,*o | \
I crrorLo L I
I
rnaxsrrnesa I ,/]
-
pp-/
|
lor / drcoH
l-" ' .."::;.
H-,c
-
oH
I
cucrsor crres¡
-l
Glicsrol
H2C *
Olt
I
R,-C'O*C_H
Il
o H2C-OH
z-mon@e¡lglacerol
NADN ÑADH T H+
x"ó-o-@
srcli@rol-
3-fo§talo
[ ,,-
eAC"l t*1re todo mh¡Bda)
.[ ffi
| \-
¡oa
I
rfr
H¿C-O-C- frr
Ito-cH
n,á*o-@
'1"#:ff
(lis§rr§tatldái6)
| .z
ncir-Coe
@or b gseral iretr@d4
Iw
I :-"*
lr
Hzg * 0-c- §'
&-Í*o-c*H
o Hrc*o*@
¡'ast¿to de
1,2-dlacllgl¡aBrol
(fssfatldalo)
:
s-c ñ-1ól
Fosialo de
dlhldroxiaceto¡a
R?-C-O-C- H o
lll¡r
o HlC*O-C-83
Triacilglieerol
&-?*o
c
r-C- H
I
¡,c --o 6
I
tnosiiol
ñ"-c-o-c-H
ill
o H¿c-o-@;*lnosirot-e)
Fa§tatidi I lñosltol¿-f qslatoColina
Fostát¡d¡l¿dliná
Fosratldtlinositol I
ora\l
--\IcrNsAI I
-t
oor 1l
?
HzC * O*C- R1
fr,..c*o*c*r-1
lir
O nrC*O*Q-'nos¡tot*
o
)
[:
")
]ru
1,2-d¡acilglle€rc|
"U,l,n*
I
cDPdlea¡glicarol 4 Oardiolia,ina
l¿:::- Z:::-
t IflAcrLcLrcEFoL' t I rosilrrorL- I
I lrctrnars.eusr [ | rruosrro,srrurasr
I
N- l\-
|

""o l "*"r,,
ADp
19 l9\Leydl
?
H2C-O*C*R1 HrC- O C-q.
->=--<+
HrC-O-C-R1
Etarolamina
ATP AüP
MONOACIIGUCENOL
Aü'LfRAN§FERA§A
(rME§rNO)

366. 302 . Bioquímica de Harper
-
(Capírulo 261
la primera, catalizada por la glicerol 3-fosfato acil-
transferasa y, la segunda, por medio de la l-acilgli-
cerol 3-fosfato aciltransferasa. El fosfatidato se con-
vierte en 1,2-diacilglicerol mediante la fosfatidato
fosforilasa. Unamolécula adicional de la acil-CoA se
esterifica con el diacilglicerol en una reacción cata-
laaÁa por la diacilglicerol aciltransferasa, para formar
un triacilglicerol. Mediante la vía del monoacilglicerol,
que existe en la mucosa intestinal, éste se convierte a
1,2-diacilglicerol como resultado de lapresencia de la
monoacilglicerol aciltransferasa. La mayor parte de
la actiüdad de estas enzimas reside en el retículo endo-
plásmico celular, aunque en algunos casos se presenta
en las mitocondrias; por ejemplo, la glicerol 3-fosfato
aciltransferasa. La fosfatidato fosfohidrolasa se loca-
liza principalmente en el citosol, pero la forma activa
de la enzima está enlazada a la membrana.
B. Biosíntesis de los fosfogliceroles
Estos fosfolÍpidos se sintetizan ya sea a partir del fosfa-
tidato, como el fosfatidilinositol, o a partir del l,2-diacil-
glicerol, por ejemplo, la fosfatidilcolina y la fosfatidi-
letanolamina. En la síntesis del fosfatidilinositol, el
trifosfato de citidina (CTP, del inglés , cytidine triphos-
phate), un fosfato de alta energía formado a partir del
AIP (capítulo 12), reacciona con e1 fosfatidato para
formar el citidina-difosfato-diacilglicerol (CDP-DG).
Finalmente, dicho compuesto reacciona con el inositol;
la catálisis estáacargo de la enzimafosfatidilo inositol
sintasa, y el producto es el fosfatidilinositol (figura
26-2). Mediante fosforilaciones sucesivas, el
fosfatidilinosifol se transforma primero en fosfati-
dilinositol 4-fosfato y, a continuación, en fosfatidili-
nositol 4,5-bisfosfato. Las hormonas que incrementan
el [Ca2*], como la vasopresina, escinden a este último
en diacilglicerol y trifosfato de inositol. Estos dos pro-
ductos funcionan como segundos mensajeros en la
actividad hormonal (capítulo 44).
Para labiosíntesis de la fosfatidilcolinay de la fosfa-
tidiletanolamina (lecitinas y cefalinas), la colina o la eta-
nolamina deben convertirse primero en "colina activa"
o "etanolamina activa", respectivamente. La activación
es un proceso de dos etapas que involucra, primero,
una reacción con el AIP para formar el monofosfaüo
correspondiente y, en una reacción subsecuente, con
el CTP para formar difosfocolina y citidina (CDP-coli-
na) o difosfoetanolamina y citidina (CDP-etanolamina).
Uravez integradas en estos compuestos, la colina o la
etanolamina reaccionan con el 1,2-diacilglicerol, de
manera que se transfiere una base fosforilada (ya sea
la fosfocolina o la fosfoetanolamina) al diacilglicerol
para formar fosfatidilcolina o fosfatidiletanolamina, res-
pectivamente. Al parecer, la citidilo transferasa es la
enzimaregrrladora de la vía de la fosfatidilcolina.
La fosfatidilserina se forma directamente apartir
de la fosfatidiletanolamina por medio de una reacción
con la serina (figura 26-2).La fosfatidilserina puede
generar de nuevo fosfatidiletanolamina mediante des-
carboxilación. Una vía altema en el hígado permite
que la fosfatidiletanolamina genere directamente fos-
fatidilcolina a través de la metilación progresiva del
residuo de etanolamina, utilizando a la ,S-adenosil-
metionina como donador del grupo metilo. A su vez,
el grupo metilo de lametioninapuede obtenerse apartir
del folato Ho de metilo (figura 52*15). A pesar de es-
tas fuentes de colina, se considera que en muchas
especies de mamíferos este aminoácido es un nutri-
mento esencial, pero esto aún no se ha establecido en
los humanos.
La regulación de las síntesis del triacilglicerol, de
la fosfatidilcolina y de la fosfatidiletanolamina está
dirigida por la disponibilidad de los ácidos grasos li-
bres. Los que escapan a la oxidación se convierten
preferentemente en fosfolípidos y, una vez satisfecho
el requerimiento de éstos, el excedente de ácidos grasos
forma triacilgliceroles.
La cardiolipina (difosfatidilglicerol; figura 16-10)
es un fosfolípido presente en las mitocondrias; se forma
a partir del fosfatidilglicerol; éste, a su vez, se sinteti-
zaapartir del CDP-diacilglicerol (figura 26-2)y del
glicerol 3-fosfato de acuerdo con el esquema mostra-
do en la frgxa 26-3. La cardiolipina se presenta en
la membrana intema mitocondrial y se requiere para
el funcionamiento específico del transportador de
fosfato y parala actividad de la citocromo oxidasa.
C. Biosíntesis de los fosfolípidos
de glicerol éter
Al parecer, esta vía se localiza exclusivamente en los
peroxisomas. El fosfato de dihidroxiacetona es el pre-
cursbr de la porción glicerol de los fosfolípidos de
glicerol éter (figura 26 4).Dicho compuesto se com-
CDP-Diacil-
glicerol
sn-glicerol-
3-fosfato
Fosfato de fosfatidil glicerol
F*,
Fosfatidilglicerol
Cardiol¡Pina
(d ifosfatidilglicerol )
Figura 26-3. La biosíntesis de la cardiolipina

367. Metabolismos de lo,s acilgliceroles v los esJingolípidos .
303
bina con la acil-CoA para producir fosfato de 1-acil-
hidroxiacetona. Entre el grupo acilo y un alcohol de la
cadena larga, tiene lugar una reacción de intercambio
para producir fosfato de 1-alquildihidroxiacetona (el
cual contiene el enlace éter); éste se conviefie a I -alquil-
glicerol 3-fosfato en presencia de NADPH. Después
de una acilación adicional en la posición 2, el 1-alquil-
2-acilglicerol-3 -fosfato resultante (análogo al fosfati-
dato, en la figura 26 2) se hidroliza para producir el
derivado de glicerol libre. Los plasmalógenos se for-
man mediante la desaturación del derivado análogo,
ia 3-fosfoetanolamina (figura 264). La mayor parte
de los fosfolípidos en las mitocondrias son plasmaió-
genos. El factor activador de las plaquetas (PAF del
inglés platelet-activating
factor)
se sintetiza a partir
dei derivado correspondiente de la 3-fbsfocolina y se
ha identificado como la 1-alquil-2-acetil-sn-g1icero1-
3-fosfocolina. Este factor se produce en muchas células
sanguíneas y en otros tejidos, y agrega las plaquetas a
concentraciones tan bajas como 10-11 mol/L. También
posee propiedades hipotensoras y ulcerógenas, y par-
ticipa en diversas respuestas biológicas entre las que
se incluyen la inflamación, la quimiotaxia y la fosfo-
rilación proteínica.
§¿-
"Las fosfolipasas permiten Ia
degradación y remodelación
de los fosfogliceroles
La degradación de muchas moléculas complejas en los
tejidos es total, por ejemplo, las proteínas en amino-
f;
n,- 4cN,¡.* oH
Fo$fato de Fosfato de
d¡hidrox¡acetona\s(' l-acildihidroxiacetona
- *c\i!::
*t';**'
COP-
CMP Etanolamina
o H"c -o-(cH.)" R"
'l'
B3-C-0"C-H
H.c
-o-rFt -
r:s^
- cH"- NH-
1 -alguil-2-asilglicerol-
3-losfoetanolam¡na
NADFH
* H+ NA0P+
HzCOH r H2C-O-C-RII HrC*O-(CH2jh-R2 t t r"hC-O-(CHz)z-&
o=á ,o=é
oo=E *_é_,
"J*"-e ffi
rué-o-@ ffi xJ*o-@ ffi ¡*,é*a-&
HO§C *
Ftl
I
NADPH o" I
'-..-.-..----''.._' ''
I I
DESATURASA
I
I
o nrc-o-ct'l:cH-§z
li I
B3-C*O*C-H
nró-o-@-1cnr):- NHe
'l -alquenil-2-acilg licerol
3-tostoetanolamina
plasmahafógeno
'l -alquil-2'acif glisErol
1'alquil-2-acilglicerol-3-losf ato
Alquil y diacilgliceroles
*.
§
Hrl*o*tcH¿)e*ña
il,o R._cooH
%-c-o-c-H
/
H2C-O-(CHJ,-R2
l-lrc-O-€
-
¡HO-Ó-H-
"J*
lffi nJ-o-@
1€lquil.3-ácllsli§srol. coli*
g'fosfocallña
Ac.li¡.6o¿
l-Alquil-z-liscglicerol-
Í H,?-o-{**",@
H"C*C-O*C-H"
ni*o*g
I
Cd¡na
t .alsull-z-áestil gllcerol-$foef ocollr¡a
pAr
Figura 26-4. La biosíntesis de los lípidos de éter, incluso la correspondiente a los plasmalógenos y el factor activador de las
3iaquetas (PAF). En la vÍa de la síntesis de novo del PAF la acetil-CoA se incorpora en Ia etapa marcada con
*,
lo cual evita ios dos
ritimos pasos de la vía que se muestran en ia figura.
lz CDP-Col¡ra
i coPcolrNAr I ll
I ALoUILACTLGLTCERoL I f
I FosFocorrNA I I
I TRANSFERASA I t\
! _ r ¡\
t> cMP

368. 304 . Bioquítnica de HarPer
(Capítulo 26t
ácidos. Por tanto, es posible determinar un tiempo de
recambio para cada una de estas moléculas. Si bien
los fosfolípidos se degradan de manera acfiva, cada
parte de la molécula se recambia a una velocidad dife-
iente; por ejemplo, el tiempo de recambio del grupo
fosfato difiere del correspondiente del grupo l-acilo'
Esto se debe a la presencia de enzimas que permiten
la degradación parcial seguida de una nueva síntesis
(figura 26-5,). La fosfolipasa Az cataliza la hidróli-
sis del enlace éster en la posición 2 de los glicero-
fosfolípidos para formar un ácido graso libre y el
lisofosiolípido;.este último a su vez, puede,acilarse de
nuero meáianté la acil-CoA en presencia de una acil-
transferasa. De manera alterna, la lisofosfolipasa
ataca el lisofosfolípido (p. ej., la lisolecitina) para re-
mover el grupo l-acilo restante y formar la base gli-
cerilfosforilo correspondiente; por su parte ésta puede
escindirse mediante una hidrolasa para liberar el gli-
cerol 3-fosfato y la base. La fosfoüpasa A1 ataca el enlace
éster en la posición 1 en tanto que la fosfolipasa A2 lo
hace en el enlace de la posición 2 de los fosfolípidos
(figura 264). Esta fosfolipasa se encuentra en el 1í-
qrrido pattcreático y en el veneno de serpiente, así
como én muchos tipos de célula. La fosfolipasa B hi-
drolizaambos grupos acilo. La fosfolipasa C ataca el
enlace éster de la posición 3 y se libera el 1,2-diacil-
glicerol y la base fosforilo; la fosfolipasa C es una de
las toxinas importantes secretadas por las bacterias. La
fosfolipasa D es una enzima, descrita sobre todo en los
vegetales, que hidroliza la base niffogenada de los fosfo-
lípidos; pero, actualmente se sabe que en los mamíferos
participa en la transducción de señales.
La lisolecitina Qisofosfatidilcolina)
puede formar-
se por una vía alterna que involucra la lecitina:coles'
teml acilüans{erasa (LCAT, del inglés lecithin: cholesterul
acyltransferase). Esta enzima presente en el plasma se
sintetiza en el hígado donde cataliza la transferencia de
un residuo del ácido graso al colesterol, desde la posi-
ciórt2 dela lecitina, para formar éster del colesterilo;
además se considera fesponsable de la mayor parte
del éster del colesterilo de las lipoproteínas plasmá-
ticas. En el cuadro 28-1 se presentan las consecuencias
de la insuficiencia de la LCAT.
0
lt
o H2c -o-c-Ri
ilt
R2*e*{)*c*H
nrÓ *o-S
-
cotina
Füsfátidilcoliná
Hro
\l
_
rsnl ltrelrqlll:tlil
or--"oo* 1
LECITINA:
COLESTEROL
ACILTRANSFERASA
o
II
H2C*O-C*Rl
I
Ho -c
*H
i^
H2C-O Q)-Colina
Ac¡l-CoA
Lisoloslátid¡lcol ins (1i§o¡ec¡tina)
Hr0
Ft1* co0H
HzC*ot-l
I
HO-C-H
t_
H2C - O- @-Cohna
H2c *
oH
I
HO*C-H +Colina
I
Hró o- @
§rt-Gl¡cerol 3-fo§lato
Figura 26-5. EI metabolisrno de la fosfatidilcolina (lecitina)
FO§FOL|PASA Al
H2C-O
1
o*c -H
l
H2C *O
Lecitina+colesterol
-
Lisolecitina + Éster del colesterilo
Los ácidos grasos saturados de cadena larga se en-
cuentran de manera predominante en la posición I de
los fosfolípidos, en tanto qr-re 1os ácidos poliinsaturados
(p. ej., los precursores de las prostaglandinas) se in-
corporan preferentemente a la posición 2. La incor'
poración de los áciclos grasos a la lecitina se produce
Figura 26-6. Los sitios de la actividad hidrolítica de las fosfo-
lipasas sobre un sustrato fosfolipídico.
-"1

369. j06 .
Biocluímic:ct de f{arper (Capítulct 261
descrita en 1a figura 22-6 para el hígado y la glándu-
1a mamaria. La galactosilceramida se forma por una
reacción entre la ceramida y el UDPGal. La sulfo-
galactosilceramida se forma después de que la galac-
tosilceramida reacciona con el 3'-fosfbadenosina-
5'-fbsfosulfato (FAFS; "sulfato activo"). El FAFS
también parlicipa en la biosíntesis de otros sulfolí-
pidos; es decir, los sulfo(galacto)-glicerolípidos y
ios sulfatos de esteroides.
Los gangliósidos se sintetizan a partil de la cera-
mida mediante una adición escalonada de los azúoares
activados (p. ej., UDPGIc y UDPGaI) y de un ácido
siálico, por 1o general el ácido N-acetilneuramínico
(figura 26-10). Puede formarse gra11 cantidad de gan-
gliósidos de peso molecular creciente. La mayor parle
de la enzimas transferidoras de los azúcares a parlir de
1os nucleótidos que los poseen (glucosiltransferasas)
están en el aparato de Golgi.
Los glucoesfingolípidos fcrrman parle de la capa
erterior de la membrana plasmática y por esto pueden
resultar imporlantes en la comunicación y el contac-
to intercelulares. Aigunos coresponden a antígenos,
por ejemplo, el antígeno de Forssman y las sustancias
del grupo sanguíneo ABO. En las glucoproteínas de
la membrana plasmática se presentan cader, as de oligo-
sacáridos similares. Ciertos gangliósidos funcionan
como receptores de las toxinas bacterianas (p. ej., de
la toxina colérica que activa subsecuentemente a la
adenililciclasa).
ASPECTOS CLINICOS
La insuficiencia del tensoactivo
pulmonar produce el síndrome de
sufr¡ mienta respi ratorio
El tensoactivo pulmonar es una secreción con nota-
bles propiedades tensoactivas compuesto principalmente
UDP
UDPGIc
t-
J I EPIIVEHASA
I
l-
UDPGaI UDP FAFS
Suttoqatactos¡t_
lGalactosilceramida cámiOa
Ceramida (cerebrósido) ----+ (sulfátido)
Figura 26-9. Las biosíntesis de la galactosilceramida y del
derivado sulfo de ésta. (FAFS, "sulfato activo", fosfoadeno-
si na-5'-fosfosu lfato.
)
de lípidos, con algunas proteínas y carbohidratos; di-
cha secreción evita el colapso de 1os alvéolos. La ac-
tividad tensoactiva se atribuye en gran medida a la
presencia de un fosfolípido, ia dipalmitoilfosfatidil-
colina, sintetizada por los lactantes a término poco
antes del parto. La insuficiencia de esta sustancia en
los pulmones de muchos recién naciclos prematuros da
iugar al síndrome de sufrimiento respiratorio. La
administración de tensoactivos naturaies o artificiales
ha resultado de beneficio terapéutico.
En la esclerosis múltiple
y las lipidosis participan
los fosfolípidos y los esfingolípidos
Con frecuencia, cierlas enfermedades se caracterizau
por cantidades tisulares anormales de estos lípidos en
el sistemaner-vioso. Estas ent'ermedades se pueden cla-
silicar en dos grupos: l) enfermedades desmielini-
zantes verdaderas y 2) esfingolipidosis.
En 1a esclerosis múltiple, una enfermedad des-
mielinizante, hay una pérdida de fosfolípidos (par1i-
culatmente del plasmalógeno de etanolamina) y de
esfingolípidos en la sustancia blanca. Con esto, la com-
posición lipídica de la sustancia blanca se asemeja a
la de la sustancia gris. Asimismo, puede encontrarse
ésteres del colesterilo en la sustanciablanca. de 1a cual
Clv4P-NleuAc
ceramida ', g,:?:i;
n,
cer-Grc-Gar ',
cer-Grc-Gai
(Cer-Glc)
UDP-/V-acetil- !
Salactosam;na
\i
l
'T
u70''
4
Gangliósidos superiores +-- Cer-Gic-Gal-GalN Cer-Glc-Ga!-GalNAc
I
NeUAC
(G'rr)
I
NeuAc
(S'")
(disialo- y trisialo-
gangliósidos)
I
NeuAc
(Gr,)
Figura 26-10. La biosíntesis de lcs gangliósidos. (NeuAc, ácido N-acetilneuramínico).

370. normalmente están ausentes. El líquido cefalorra-
quídeo presenta aumento de las concentraciones fos-
folipídicas.
Las esfingolipidosis constituyen un grupo de
enfermedades hereditarias que frecuentemente se
manifiestan durante la infancia. Estas enfermedades
forman parte de un grupo mayor de trastornos liso-
somales.
Las enfermedades por almacenamiento de
lípidos presentan algunas características constantes:
1) en varios tejidos existe acumulación de lípidos
complejos los cuales tienen en común una parte de la
estructura, la ceramida. 2) La velocidad de la síntesis
de los lípidos almacenados es comparable a la de los
humanos normales. 3) El defecto enzimático en cada
una de estas enfermedades consiste en una insufi-
ciencia debida a la mutación del gen de una enzima
hidrolítica lisosómica específica, necesaria para Ia
degradación del lípido o a una proteína activadora
crucial de la enzima. 4) La intensidad de la disminu-
ción en la actividad de la enzima es similar en todos
los tejidos de la persona afectada. Como resultado de
la unificación de estos criterios básicos, se han desa-
Metabolismos de lc¡s acilgliceroles y los esfingolípidos . 307
rrollado procedimientos para el diagnóstico de los
pacientes con estos trastomos. También se ha posibi-
litado la detección de los portadores heterocigotos de
las anormalidades genéticas responsables de tales
enfermedades y el diagnóstico, en los fetos in utero,
de la presencia de una.esfingoiipodistrofia. Durante
muchos años se ha intentado, con poco éxito, la tera-
péutica de reemplazo enzimático. Recientemente se
han logrado tratamientos exitosos con enzimas modi-
ficadas para asegurar su enlace a los receptores de las
células blanco, previo a 1a endocitosis mediada por
receptor; por ejernplo, se ha usado para suministrar a
los macrófagos hepáticos la
B-glucosidasa
(gluco-
cercbrosidasa) en el tratamiento de la enfennedad de
Gaucher. La terapia génica para los trastomos liso-
somales está en la actualidad bajo investigación. En e1
cuadro 26-1 se presenta un resumen de 1as lipidosis
más importantes.
La insuficiencia múltiple de sulfatasa resulta en
1a acumulación de sulfogalactosilceramida, sulfatos de
esteroides y de proteoglucanos debido a la insuficien-
cia combinada de las arilsulfatasas A, B y C 1.de
la
esteroide sulfatasa (cuadro 57-6).
Cuadro 26-1 . Ejemplos de esfingolipidosis
Enfermedad I nsuf i cie ncia enzimática v/ Lípido acumulado* Síntomas clínicos
=ucosidos¡s
o¿-fucos¡dasa Cer-Glc-Gal-GalNAc-GaliFuc
lsoantígeno H
Degeneración cerebral, espastici-
dad muscular, p¡el gruesa.
Gangliosidosis ge neralizadaGM1-p-galactosidasa Cer*Glo-Gal(NeuAc)*GalNAc-Gal
Gangliósido Gv.
Retardo mental, crecimiento hepá-
tico, deformación esquelética.
=nfermedad
de Tay-Sachs Hexosaminidasa A Cer*Glc-Gal(NeuAc):GalNAc
Gangliósido G*,
Retardo mental, ceguera, debili-
dad muscular.
/ariante de Tay-Sachs o en-
fermedad de Sandhoff
Hexosaminidasas A y B Cer-Glc-Gal-cal-+Gal NAc
Globósido más gan§liósido G,,
lgual que en Tay-Sachs, pero de
progreso más rápido.
=nfermedad
de Fabry cr-galactosidasa Cer*Glc*Gal-+Gal
Globotriaosilcéramida
Exantema, insuficienc¡a renal (sin-
tomatología completa sólo en
varones: recesiva ¡igada a X).
-
pidosis de lactósido de ce-
ramida
Ceramida lactosidasa (p-galac-
tosidasa)
Cer-Glcj-Gal
Lactósido de ceramida
Lesión encefálica progresiva, cre-
cimiento hepático y esplénico.
-eucodistrofia metacromáticaArilsulfatasa A Cer-Gal;OS03
3-sulfogálactos¡lceramida
En los adultos retardo mental y
trastornos psicológicos: des-
mielinización.
=nfermedad
de Krabbe
0-galactosidasa Cer-=Gal
Gálactosilceramida
Retardo mental; ausencia casi
total de mielina.
lefermedad de Gaucher p-glucosidasa Cer--GIc
Glücosilceramida
Crecimiento hepático y espléni-
co, erosión de los huesos lar-
gos, en los lactantes retardo
mental.
lrfermedad de Niemann-Pick Esfingomielinasa Cer+P-colina
Esiingomielina
Crecimiento hepático y esplé-
nico, retardo mental; mortal en
la vida temprana.
irfermedad de Farber Ceramidasa Acil--esfingosina
'
Ceramida
Ronquera, dermatitis, deforma-
ción esquelética, retardo men-
tal; mortal en la vida temprana.
' 'reuAc, ácido N-acetilneuramínico; Cer, ceramida; Glc, glucosa; Fuc, fucosa. i, sitio de la reacción enzimática deficiente

371. 308 . Bioqttímica de Harper (Capínlo 261
-r,:-'.:;1.,,, . ,
1. Los triacilgliceroles constituyen 1os lípidos prin-
cipales para el almacenamiento de la energía; en
tanto. que los foslogliceroles, la esfingomielina y
los glucoesfingolípidos anfipáticos satisfacen diver-
sas funciones. Estas van desde las funciones estruc-
turales en las membranas celulares hasta las funcio-
nes especializadas; por ejemplo. como precursores
de los segundos mensajeros hormonales, del ten-
soactivo puhnonar y del factor activador de las pla-
quetas (PAF).
2. Los triacilgliceroles y algunos foslogliceroles se
sintetizan mcdiante la acilación progresiva del gli-
cerol 3-fosfato. La vía se bifurca en el fosfatidato
para formar, por una par1e, fosfolípidos del inositol
y cardiolipina y, por la otra, triacilglicerol y colina,
así como fosfolípidos de la etanolamina.
3. Los plasmalógenos y el PAF son los fosfolípidos de
éter formados mediante la acilación y la alquilación
del fosfato de dihidroxiacetona.
4. Todos los esfingolípidos se forman a partir de la
cerami da (l/-aci Iesfingosina). La esfingomi el ina
es un fosfolípido presente, de manera característi-
ca, en las membranas de los organelos invoiucradcs
en ios procesos secretores (p. ej., el aparato de
Golgi). Los esfingolípidos más simples consisten
en Lrna combinación de ceramida con un residuo
de azúcar (p. ej., GalCer en la mielina). Los gan-
gliósidos glucoesfingolípidos más complejos
contienen más residuos de azúcar y ácido siálico.
Se presentan en la capa extenla de la membrana
plasmática en la cual contribuyen al glucocáliz y
tienen importancia como antígenos y receptores
celulares.
5. Los fosfolípidos y los esfingolípidos participan en
varios procesos patológicos entre los que se inclu-
yen el síndrome de sufrimiento respiratorio (falta
del tensoactivo pulmonar), la esclerosis múltiple
(desmielinización) y las esfi ngolipidosis (incapaci -
dad para la degradación lisosomal de los esfingo-
lípidos debida a defectos hereditarios en las enzimas
hidrolasas. r
i,.. :
.'::!:!--:ii.'
:"'
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372. 27
Transporte
y almacenamiento de los Iípidos
Peter A. Mayes, PhD, DSc
: a." :.:::': a,,.a
La grasa absorbida a paftir de los alimentos y los lípi-
dos sintetizados por el hígado y el tejido adiposo, deben
transpofiarse hacia diversos tejidos y órganos para su
utilización y almacenamiento. Debido a que los lípidos
son insolubles en agua, se presenta el problema de trans-
porlarlos en un medio acuoso, el plasma sanguíneo.
Este problema se resuelve al asociar a los lípidos no
polares (triacilglicerol y ésteres del colesterilo) con
lípidos anf,rpáticos (fosfolípidos y colesterol) y pro-
teínas, para formar lipoproteínas miscibles en agua.
En un omnívoro consumidor de carne, como el huma-
no, se ingieren calorías en exceso durante la fase anabó-
lica del ciclo alimentario; a esta fase sigue un periodo de
balance calórico negativo en el que el organismo utili-
za las reservas de carbohidratos y grasa. Dicho ciclo se
n'redia por las lipoproteínas que transportan los lípidos
desde el intestino como quilomicrones, y desde el híga-
do como lipoproteínas de muy baja densidad (VLDL,
del inglés ver¡,- low density lipoproteins) hacia la ma-
yor pafie de los tejidos para su oxidación y hacia el
tejido adiposo para su almacenamiento. Los lípidos se
movilizan apafiir del tejido adiposo como ácidos grasos
libres (AGL) unidos a la albúmina sérica. Las anorna-
iidades en el metabolismo de las lipoproteínas se pre-
sentan en los sitios de producción o de utilización de
las misñás, y producen hipo o hipertipoproteinemias.
La más frecuente de éstas es la diabetes mellitus, en la
que la deficiencia de insulina produce movilización ex-
cesiva de AGL,_y la subutilización de quilomicrones y
de VLDL, dando lugar a una hipertriacilglicerolemia.
'La
mayor parte de las patologías que afectan el trans-
porte lipídico se deben, principalmente, a defectos
hereditarios en la síntesis de la porción apoproteínica
de la lipoproteína, de enzimas esenciales o de los re-
ceptores de lipoproteínas. Algunos de estos defectos
oroducen hipercolesterolemia y a rterioesclerosis pre-
matura. La grasa en exceso provoca obesidad; 1a abdo-
minal, en particular, constituye un factor de riesgo para
LOS LIPIDOS SE TRANSPORTAN EN
EL PLASMA COMO LIPOPROTEINAS
En las lipoprotefnas se presentan
cuatro grupos principales,$-glfpj gs
La extracción de los lípidos plasmáticos con un solven-
te adecuado y la separación subsecuente del extracto
en diversas clases de lípidos, demuestra ia presencia
de triacilgliceroles, fosfolípidos, colesterol y ésteres
del colesterilo; también indica la existencia de una
fracción pequeña de ácidos grasos de cadena larga no
esterificados (ácidos grasos libres), que representa me-
nos de 5oA del total de ácidos grasos presente en e1
plasma (cuadro 27-1). En la actualidad se sabe que
esta última fracción, los ácidos
constituye la pafie r
n, los ácidos grasos libres (AGL),
metabólicamente más activa de loslcamente más actrva de l
lípidos plasmáticos.
309

373. 310 . Bioquímica de Harper
Cuadro 27-1. Los Ifpidos del plasma
sangulneo de los humanos
Del total de los ácidos grasos, 45% corresponde a triacilglicerol, 35%
a fosfolípidos, 15% a ésteres del colesterilo y menos de 5% a los ácidos
grasos libres. Los intervalos pueden excederse bajo condiciones anor-
males o estados patológ¡cos.
*
Analizado como fósforo Iipídico.
i Varía de acuerdo al estado de Ia nutrición.
, .nÑ
,\
La grasa pura resulta menos densa que el agua; de esto \
se deduce que en una Iipoproteína la dcnsidad dismi-
nuye conforme aumenta la proporción de lípidos
(Capítulo 271
respecto a las proteínas (cuadro 27-2).Tal propiedad
se utiliza para separar las diversas lipoproteínas me-
diante ultracentrifugación. En el cuadro 2l-2 se
muestra la composición de las diversas fracciones
lipoproteínicas obtenidas por centrifugación' Se pue-
de observar que las diversas clases de lípidos se
presentan en cantidades variables en cada una de las
fracciones lipoproteínicas. Debido a que la densidad
de las fracciones es la que describe las entidades fisio-
lógicas presentes en el plasma, el simple análisis quÍmico
de los lípidos plasmáticos (sin incluir los AGL) aporta
poca información respecto a la fisiología de éstos.
Además de los AGL se han identificado cuatro
grupos principales de lipoproteínas con importancia fisio-
lógica y para el diagnóstico clínico: 1) quilomicrones,
provenientes de 1a absorción intestinál del triacilglice-
rol; 2) Iipoproteínas de muy baja densidad (\{LDL, o
'lipoproteínas
pre-p) provenientes del hígado para la
exportación del triacilglicerol; 3) las lipoproteínas de
baja densidad (LDL, del inglés low density proteins
o p-lipoproteínas),;¡uqreqresentan la etapa final del
catabolismo de lalYLDL* 4) lipoproteínas de alta
ibnsi&att-(HDLGf[Iés h i g h d e n s i ry
I i p o p ro r e i n o
cr-lipoproteínas), involucradas en el metabolismo de
Ácidos grasos libres (no esterif¡cados)
Cuadro 27-2.La composición de las lipoproteínas en el plasma de los humanos
Fracción Fuente
Diámetro
(nm)
Densidad
Composición
Proteína
Yo
Total
de
lípidos
Yo
Porcentaje del total de lípidos
Triacil-
glicerol
Fosfolí-
pidos
Ester del
colester¡lo
Colesterol
(lib¡e)
Acidos
grasos
libres
QuilomicronesIntestino 90-1 000 < 0"95 98-99 88 I 3 1
Quilom¡crones
remanentes
Quilomicrones 45-1 00 <0.019 6-8 92-94 80 11 4 1
L¡poproteínas
de muy baja
densidad
(VLDL)
Hígado (intes-
tino)
30-90 0.95-
1.006
7-10 90-93 56 20
1É
I 1
Lipoproteínas
de densidad
intermedia
(rDL)
VLDL 25-30 1.006-
'1 .019
11 89 29 26 34 I 1
ipoproteÍnas
de baja den-
sidad (LDL)
VLDL 20-25 1 .019-
1.063
21 79 13 ¿ó 48 10 1
ipoproteínas
HDLl
HDL,
HDL3
HDL pre-p+
Ce alta densidad
I Hígado e intes-
1
tino, VLDL,
I
qurlomrcrones
HDL)
20-25 1.019-
1.063
ó¿ 68 2
E?
34 11
10-20 1.063-
1.125
JJ 67 to 31 10
5-1 0 1.125-
1.210
57 43 13 46 IY 6 6
<5 >1.21 70 30 17
Albúmina-áci-
dos grasos
libres
Tejido adiposo >1.281 99 1 0 0 0 0 100
*
Parte de una fracc¡ón menor conoc¡da como VHDL (lipoproteÍnas de muy alta densidad)

374. Transporte y almacenamiento de los lípidos .
31 I
las VLDL y de los quilomicrones, así como en el
transporte del colesterol. El triacilglicerol es el lípido
predominante en los quilomicrones y en las VLDL;
el colesterol y los fosfolípidos son los lípidos predo-
minantes en las LDL y las HDL, respectivamente
tcuadro 27-2).
Para la separación de las lipoproteínas, puede uti-
lizarse, además de las técnicas que se basan en su densi-
dad, otras técnicas que las separan, de acuerdo con las
propiedades electroforéticas en lipoproteínas ct-, p-,
y pre-p (figura 27-1), y es posible también una iden-
tificación más precisa mediante inmunoelectroforesis.
Los lípidos anfipáticos
son componentes fundamentales
de las lipoproteínas
Una lipoproteíf\a.típíc.a, como un,quilomicrón o una
VLDL, consta de un núcleo lipídico, constituido prin-
cipálmente por triacilglicerol no polar y ésteres del
qolesterilo, todeado por una sola capa superficial
de moléculas de fosfolípido anfipático y colesterol.
Estas molécula§ le orientan de manera que los grupos
polares se orientan hacia el medio acuoso del exterior,
como en la membrana celular (capítulo 16).
I-+
po-tg-ió.!_ ptoteínica de u-na lipoproteína se co-
noce como apolipoproteína o apoproteína, y re-
presenta cas\loEo en algunas HDL o tan sólo 17o en
los quilomicrones. Algunas apolipoproteínas son in-
tegrales y no pueden extraerse, en tanto que otras
pueden transferirse libremente a otras lipoproteínas
(figura27-2).
La lipoproteína se caracteriza por la
distribución de las apolipoproteínas
Cada lipoproteína tiene una o más apolipoproteínas
(proteínas o polipéptidos). De acuerdo con la nomen-
clatura ABC, la apolipoproteína principal de la HDL
DENSIDAO
< 0.96
'1.006
a 1.063
(LDL)
< 1.006
(vLDL)
Quílomicrones
p-Lipoproleínas
L¡poproteínas pre-9
'tr.063
a 1.21
(HDL)
.{-Lipoproleínas
Figura 27-1. Separación de las lipoproteínas plasmáticas
mediante electroforesis sobre gel de agarosa.
Apoprotéína periférica
(p. ej., apo C)
Fosfolípido
Éster del
c0lesterilo
Tr¡acilglicerol
de lipidos
no polares
Apoproteína
integral
{p. ej., apo B) Monocapa principalme
de lípidos anf¡páticos
Figura2T-2. Estructura general de una lipoproteína plasmá-
tica. Se observan las similitudes con la estructura de la
membrana plasmática. En la capa superficial se presentan
cantidades pequeñas de ésteres del colesterilo y de triacil-
glicerol; en el núcleo, poco colesterol libre.
(cr-lipoproteína) se designa como A. La apolipopro-
teína principal de la LDL (p-lipoproteína) es la
apolipoproteína B; ésta también se encuentra en las
VLDL y los quilomicrones. Sin embargo, la apo B de
los quilomicrones (B-48) es más pequeña que la apo
B-100 de la LDL o la VLDL. La B-48 se sintetiza en
el intestino, y la B-100 en el hígado. (En el hígado de
la rata se foma B-48 además de la B-100.)
I
a apo B-100, con 4 536 aminoácidos, constitu-
ye uria de las cadenas polipeptídicas más largas que se
conocen. La apo B-48 (con una longitud de 48% res-
pecto de la B- 1 00) se forma a partir del mismo mRNA
que la apo B-100. Aparentemente, mediante un meca-
nismo de edición del RNA en el intestino. se introduce
un codón de paro ausente en el DNA genómico, el
cual detiene la traducción en e1 residuo 2 153 de los
aminoácidos para iiberar la apo 8-218. Las apoiipopro-
teínas C-1, C-ll y C-III son polipéptrdos menores que
se transfieren libremente entre algunas lipoproteínas
(cuadro 27 3). Los carbohidratos aportan aproxima-
damente 5% de la apo B e incluyen manosa, galactosa,
fucosa, glucosa, glucosamina y ácido siálico. Por tanto,
algunas lipoproteínas también son glucoproteínas. En
las lipoproteínas plasmáticas se han encontrado tam-
bién algunas otras apolipoproteínas. Una de éstas es
la apolipoproteína E, abundante en arginina, aislada
de la VLDL y 1as HDL. El contenido de arginina al-
canza hasta 10% del total de aminoácidos; en las
personas sanas constituye 5 a 10% del total de las apoli-
poprotcínas en las VLDL. pero se presenta en exceso
en la B-VLDL de los pacientes con hiperlipoprotei-
neniia tipo III.
Oriqen
+
Colesterol
libre
Núcleo

375. 312 . Bioquímica de Ho.rper
(Capítulo 27)
cuadro 27-3. Las apolipoproteínas de las lipoproteínas plasmáticas humanas
Apolipoproteína Lipoproteína Masa molecular (Da) Comentarios y funciones
Apo A-l HDL, qu¡lomicrones 28 000 Transporte inverso del colesterol. Activadora de la
lecitina:colesterol aciltransferasa (LCAT). Ligando
para el receptor de HDL.
Apo A-ll HDL, quilomicrones 17 000 La estructura consiste en dos monÓmeros idénticos
unidos mediante un puente disulfuro. lnhibidora de
la apo A-1 y la LCAT.
Apo A-lV Secretada con los quilomicrones
pero se transfiere a las HDL
46 000 Se vincula con la formación de lipoproteínas abundan-
tes en triac;lglicerol. Función desconocida. Se
sintet¡za en el intestino.
Apo B-100 LDL, VLDL, IDL 550 000 Secreción de las VLDL a partir del hígado. Ligando
para el receptor de LDL.
Apo B-48 Quilomicrones. quilomicrones re-
manentes
260 000 Secreción del quilomicrón a partir del intestino.
Apo C-l VLDL, HDL, quilomicrones 7 600 Posible activadora de la LCAT
Apo C-ll VLDL,HDL, qu¡lomicrones 8 916 Activadora de la Iipoproteína lipasa.
Apo C-lll VLDL, HDL, quilomicrones 8 750 Diversas formas polimórficas según el contenido de
ácidos siálicos. Inhibe la apo C-ll.
Apo D Subfracción de las HDL
'19 300 Capaz de actuar como proteína transferidora de lÍpidos
Apo E VLDL, lDL, HDL, quilomicrones,
quilomicrones remanentes
34 000 Se presenta en exceso en las VLDL
B de los pacientes
con hiperlipoproteinemia t¡po lll. La única apoproteína
presente en las HDL6 de los an¡males con hiperco-
lesterolem¡a inducida por la dieta Ligando para el
receptor de quilomicrón remanente en el hígado y
para el receptor de LDL.
Las qpolipoproteínas tienen a su cargo diversas
funciones: 1) pueden formar parte de la estructura de
1a lipoproteína, como 1a apo B; 2) constituyen
cofactores enzimáticos, por ejemplo, la C-II para ia
lipoproteína lipasa, la A-I para la lecitina:coiesterol
aciltransferasa; y 3) actúan como ligandós para la
interacción con receptores lipoproteínicos tisulares, por
ejemplo, la apo B-100 y la apo E para el receptor de
LDL, la apo E para el receptor de rer.nanentes, y la apo
A-l para el receptor de HDL.
§H ÍVIHTAM$LIZAI§ RAPIDAMEI§ Ih
Los ácidos grasos libres (AGT
, ácidos grasos no esteri-
Tróádos, ácidos grasos §in esterificar) se originan en el
plasma a parlir de lipólisis del triacilgliceiol en el teji-,
(o adiposo, o como resultado de la acción de laproteína
lipasa durante la captación de los triacilgliceroles plas-
máticos a1 interior de los tejidos. Se presentan com-
binados con la albúmina, un solvente muy eficaz, en
Cónientracior¡es \¡ariables entre 0.1 y 2.0 mEq/ml de
plasma. Los ácidos grasos libres incluyen los ácidos
grasos de cadena larga presentes eñ el tejido adiposo;
es decir, los ácidos poliinsaturados palmítico, esteárico,
oleico, palmitoleico, linolénico y otros, así como pe-
queñas cantidades de otros ácidos grasos de cadena
larga. Se iran dcscrito sitios de enlace en la albúllina
con afinidades variables para los ácidos grasos. Las
concentraciones menores de ácidos grasos libres se
obticnen con alimentación completa, y sc elevan a apro-
ximadamente 0-5.mEq/nl- durante ia posabso¡ción y clc
entre 0.7 y 0.8 mEq/ml en c1 ayuno completo' En la
diabetes mellitus no conffolada, la concelltración puede
aumentar hasta 2 rnEq/ml. La concentr¿rción disminu-
ye inmediatamente despttés de comer y aumenta de
nue\¡o antes de la siguiente comida; sin ernbargo, en
animales que comen constantemente, como los rumian-
tes cn ios que sc presenta utl ingreso inintemrmpido de
nutrimentos a partir del intestino, los ácidos grasos li-
bres se conscrvan a concentración muy baja.
La vclocidad de remoción de los ácidos grasos
libres «le la sangre es extremadamente rápida. Una
parte de 1a captura sc orida y suministra aproxirna-
damente de 25 a 50% de 1os requerimientos energé-
ticos durante el ayr-rno. El resto de la captura sc este-
riflca. Durante la inanición se oxida una cantidad
considerablemente mayor de grasa de la qr-re puede
atribuirse a la oxidación de los ácidos grasos libres.
La diferencia resulta de la oxidación de los iípidos
esterificados que provienen de la circulación, o de
aquéllos presentes en los tejidos. Se considera que esto
últil¡o acontece, cn pafiicular, en el corazón y el mirsctilo
esquelético, elr cuyas céiulas se enctlentran canticla-
des considerables de lípidos.

376. E1 recambio de los ácidos grasos libres se rela-
ciona directamente con la concentración de éstos. Por
ianto, ia velocidad de la producción de ácidos grasos
ilbres por parle del tejido adiposo controla la concen-
tración de dichos ácidos en el plasma, y ésta, a su vez,
deterrlina la captura de ácidos grasos libres por otros
tejrdos. Al parecer, el estado de nutrición no tiene un
gran efecto sobrc la fracción de captura tisular de ios
ácidos grasos libres; sin embargo, sí modil'ica la pro-
porción que se destina a oxidación respecto a la frac-
ción esterificada, de tal manera que durante el ayuno
la oxidación es lnayor que en el estado de alimenta-
ción. D_qspués- de la disociación del cornplejo ácido
-glaso-albúmina
en la membrana plasmática, los áci-
do§ grásos en1á2an una proteína membranal de trans-
porte de ácido graso, la cual actua como colranspor
tador transmembranal jnnto con el Na'. Uru vez que
ingrésan al citosol, los ácidos grasos se enlazan e pro-
teínas fijadoras de ácido graso intracelulares. Se
considera que la participación de estas proteína ; en el
transporte intracelular es similar a la que tiene I r aibú-
ru.rina sérica en el transporte extracelular dc los ácidos
glasos de cadena larga.
Por definición, los,quilomicrones se encuent;'an en el
quilo formado sólo en el sistema linfiLtico qlie drena
el intestino. Los quilomicrones tiener- ia responsabi-
Lidad de transportar en la circulación to los los lípidos
dictéticos. En e1 quilo, se presentan t¿ mbién partícu-
Las más pcqueñas y más densas con las característices
ñsicas de las VI-DL. La fbrmación de dichas partícu-
Las tiene lugar incluso durante el ayuno; 1os lípidos
que contienen provienen sobre todo de ia bilis y las
secreciones intestinales. Por otra partc, con ei aumen-
to de la carga absorbida de triacilglicerol se incrcmenta
ia tbmración de qr-rilornicrones. La ntayor parte de 1as
LDI- plasrnáticas tienen origen heit-ático. y constitu-
ven el vehículo para el transporte del triacilglicerol
del hígado hacia los tejidos ertrahepáticos.
Existen muchas simiiitudes entre los mecanismos
Je fonnación de quilomicrones en las céiulas intesti-
:rales y de VLDL en las células parenquimatosas
.repáticas (figura 27-3).La apolipoproteína B se sin-
.rtiza pol' los ribosomas en el ¡'etículo eridoplástnico
:'Llgoso y sc incorpora a las lipoprote inas en *l rctículo
:ndoplásmico liso, sitio principal de 1a sín¡esis del
:r'racilelicerol. Las lipoproteínaspasan a través dei apa-
r'irto de Golgi, donde los residuos de carbohiclr¡ltos se
h;onspnrte.
)t.al.rua9.enamiento de los lípidos .
3 I 3
adhieren a la lipoproteína. Los quilomicrones y las
VLDL se iiberan, rcspectivamente, de las células intes-
tinal o hepática mediante ia fusión de la vacuola secre-
tora con la membrana celular (pinocitosis inversa). Los
quilomicrones ingresan a los espacios entre las oélu-
las intestinales y, finaluente, transitan al interior dcl
sistema linfático (vasos quilíferos) que drena el intes-
tino. Las células parenquimatosas hepáticas sccretan
las VLDL al espacio de Disse, y de éste transitan al
interior de los sinusoides hepáticos a través de 1as
fenestraciones en el recubrirniento endotelial. Resul-
tan sorprendentes 1as similitudes entre 1os dos procesos
y los mccanismos anatómicos ilorque. sin considerar
la glándula rnamaria, el intestino y el hígado son 1os
únicos tejidos secretores de partículas lipídicas. Pro-
bablemente, la razón de que las grasas dietétic¡s
ingresen a la circulación por medio de los linfáticos
(conducto torácico) y no por el sisternapofia hepático.
sea ia incapacidad de las partícr"rlas lipídicas del ta-
maño de los quilomicrones y las VLDL de atravesar
las células endoteliales de los capilares sin una hidró-
lisis previa.
Si bien los quilomicrones y las VLDL aisladas de
la sangle contienen apolipoproteínas C y E, la canti-
dad cs baja en las lipoproteínas de reciente secreción
o "nacientes"; al parecer, una vez que los qtrilomicro-
nes y las VLDL ingresan a la circulacióri, el llcnado
con.rpleto de los polipéptidos apo C y Apo E, se lleva a
cabo mediantc captura por transferencia a partir de las
HDL (figuras 27 4 y 27 5). A continuación se pro-
porciona una descripción más detallada de los f¿rctores
controlaclorcs de la secreción hepática de las VLDL.
La apo B es básica para fbnnar quilomicroncs
-l'
Vi-DL. En Ia atretalipoproteinemia (una enf'ermedad
poco frccuente), la apo B no flurciona debido a un
def'ecto en rina proteína transltridora de triacilglice-
ro1, el cual cvita la carga de 1a apo B cor.r iípidos: por
tanto, las lipoprotcínas que contienen esta apolipopro-
teína no se lorman y las gotas lipídicas se acumulan
en e1 intestino y el higado.
La depuración de 1a sangre de los quilomicrones mar-
cados cs r'ápida: su tiempo pron,eciio de desaparición
es de minuir¡s en ios animales pequeiios (p. ej., ratas),
pero más prolongado en los aninales más grandes
(p. ej., los humanos), en los que es menor de una hora.
Las particulas más grandes se catabolizan más rápido
que las más pequeñas. Con la administración por vía
intravenosa de quilomicrones marcados en los ácidos
grasos unidos al triacilglicerol, cerca de 80% de la

377. Lumen intesünal
314 . Bioquímica de Harper
A ¡ ,rmÁn ;ñlgelin.l
(Capítulo 27)
Vaso linfático que
desemboca en el conducto torácico
Figura 27-3. Formación y secreción de A) los quilomicrones por una célula intestinal y B) las lipoproteínas de muy baja
densidad a cargo de una célula hepática. (RER, retículo endoplásmico rugoso; REL, retículo endoplásmico liso; G, aparato de
Golgi; N, núcleo; Q, quilomicrones; VLDL, lipoproteínas de muy baja densidad; E, endotelio; ED, espacio de Disse con plas-
ma sanguÍneo.) La figura es un diagrama de los eventos que pueden observarse con el microscopio electrónico.
Quilomicrón
Recepior
del LDL
{apo B-100, E)
Ácifugraeco
á'rc)
/
Capilar
sanguíneo
Receptor del quilomicrén
remanente {apo E}
§uilomicrdn
remane*le
Figura 274. Destino metabólico de los quilomicrones. (A, apolipoproteína A; B-48, apolipoproteína B-48; @, apolipoproteína C;
E, apolipoproteína E; HDL, lipoproteÍna de alta densidad; TG, triacilglicerol; C, colesterol y ésteres del colesterilo, F, fosfolípido;
LH, lipasa hepática.) Sólo se muestran los lípidos predominantes.
Lumen del sinusoide sanguíneo
TG dietéticos
Quilomicrón
Canalículo
bil¡ar

378. Transporte y alntacenamiento de los lípidos .
315
Receplor de
LDL
(apo B-100, E)
marca aparece en el tejido adiposo, el corazón y el
rrúrsculo y aproximadamente 20oA en el hígado. Los
:rperimentos con órgano perfundido han demostrado
que el metabolismo hepático de los quilomicrones o
las VLDL nativos es insignificante; en consecuen-
;ra, la presencia hepática de la marca debe comespon-
der a un resultado secundario al metabolismo de ambas
:artículas en los tejidos extrahepáticos.
La hidrélisis de los triacílgliceroles
de los quilomicrones y las VLDL
está a cargo de la lipoproteína lipasa
Eriste una correlación significativa entre la capacidad
je
un tejido para incorporar los ácidos grasos prove-
:lentes de los triacilgliceroles a las lipoproteínas y
.: actividad de la enzima lipoproteína lipasa. Esta
:nzima sq
]gcqfiz_a el las parédes de los capilares
).inguífieos, anclada al endotelio mediante cadenas
:e proteoglucanos de sulfato de heparán cargadas
r.'gativamente. La enzima se ha encontrado en el cora-
'rr. rcjido adiposo. bazo. pülmón. médula renal. aona,
,lrafiagma, glándula marnaria en lactancia y en el híga-
io del neonato; la enzima no es activa en el hígado del
.Julto. La sangre nonnal no contiene cantidades impor-
Ácidos grasos
§XTRAHEPAT'CO§
tantes de la enzima; sin embargo, con la inyección de
heparina, la lipoproteína lipas,a se libera del enlace
con el sulfato de heparano en la circulación; esto se
acompaña de la depuración de la lipemia. La heparina
en grandes cantidades también libera del hígado una
lipasa, la tipasa hepática, pero éstá posee propieda-
des diferentes a las de Ia lipoproteína lipasa y no re-
acciona fácilmente con los quilomicrones. La lipasa
hepática se presenta en las células endoteliales hepá-
ticas y tiene a su cargo los metabolismos de los quilo-
micrones remanentes y las HDL.
La li-poproteína lipasa requiere fosfolípidos y
apolipofioteína C-II como cofactores. La apo C-iI
contiene un sitio específico de enlace fosfolipídico
mediante el cual se une a la lipoproteína. Por tanto,
los quilomicrones y ias VLDL proporcionan el sus-
trato y los cofactores enzimáticos necesarios para su
propio metabolismo. La hidrólisis se desarrolla cuan-
do las lipoproteínas están unidas a la enzima en el
endotelio. p! triacilglicerol se hiCroliza progresiva-
mente a diacilglicerol y, de éste, a monoacilglicerol,
el cual se hidroliza finalmente a ácido graso libre y
glicerol. Una vez liberados, una parte de los ácidos
grasos libres reingresa a la circulación, enlazado a la
albúmina, pero la mayor parte se transporta hacia el
Receptor de
LDL
(apo B-100,§
Destrucc¡ón ftnal vía
endocitosis en el hígado y
I o s tej id as extra h epática s
(p. ej., l¡nfoc¡tos,
fibrobla$tos)
Figura2T-5. Destino metabólico de las lipoproteínas de muy baja densidad (VLDL) y producción de las lipoproteínas de
:4a densidad (LDL). (A, apol¡poproteÍna A; B-'1 00, apolipoIrotéína B-100; é, apotiIoproteína C; E, apoiipoproteína E;
'lDL,
lipoproteína de alta d_ensidad; TG, triacilglicerol; lDL, lipoproteína de densidad intermedia; C, colesierol y ésteres dei
:olestenlo; F, fosfolípido.) Sólo se muestran los lípidos predominantes. Es posible que algunas IDL también se metabolicen
:or la vía del receptor del quilomicrón remanente (apo E).
IDL
(VLDL remanente)

379. 316 . Bioquín.ica de Harper
(Capítulo 271
1gijqo
(figuras 274 y 27-5). La lipoproteína lipasa
T&diacaposee una K* baja para el triacilglicerol, en
tanto que Ia K- de la enzima en el tejido adiposo re-
sulta 10 veces mayor. Conforme disminuye la con-
centración plasmática del triacilglicerol, durante la
transieión del estado de nutrición al de inanición, la en-
zimacardiacapermanece saturada con el sustrato, pero
disminuye la saturación de la enzima en el tejido adi-
poso; esto redirige la captura del tejido adiposo al
óorazón. Durante la lactancia tiene lugar una redirec-
ción similar que disminuye la actividad en el tejido
adiposo y la aumenta en la glándula mamaria, permi-
tiendo la captura de los ácidos grasos de cadena larga
del triacilglicerol de las lipoproteínas, destinados a la
síntesis de la grasa de la leche.
En el tejido adiposo, la insulina aumenta la sínte-
sis de la lipoproteína lipasa en los adipocitos y su
traslado a la superficie luminal del endotelio capilar'
Se conoce la presencia de un receptor diferente de las
VLDL en los tejidos extrahepáticos' pero su impor-
tancia no se ha definido.
Las lipoproteínas remanentes
se foTñrán por la acción
de la
LrBgp-!:qleína liPq-s.-a
La reacción con la lipoproteína lipasa resulta en la
pérdida de aproximadamente 90oA del triacilglicerol
de los quilomicrones y en la pérdida dd la apo C (la cual
regresa a las HDL), aunque se conserva la apo E. La
lipoproteína resultante o quilomicrón remanente tiene
aproximadamente la mitad del diámetro del quilomi-
crón progenitor y, desde el punto de vista de la compo-
sición porcentual, es relativamente abundante en
colesterol y ésteres del colesterilo como consecuencia
de la pérdida del triacilglicerol (figtxa274). Cambios
similares ocruren en las VLDL, que originan VLDL
remanentes o IDL (lipoproteínas de densidad inter-
media, del inglés intermediate density lipoprotein;
{tgura27-5).
L*$,p-tU'Jg
de las liPoProteínas
remáñeñtés está q
-cqrgo
del f ígalo
Los quilomicrones remanentes se capturan en el híga-
do por endocitosis mediada por receptor, y los ésteres
del colesterilo y los triacilgliceroles se hidrolizan y
metabolizan. A1 parecer, 1a captura es a través de un
receptor específico para la apo E (figura 27 4). La
evidencia actual sugiere que en la captura de los rema-
nentes participan el receptor de la LDL (apo 8-100, E)
y un receptor parala apo E específico para remanen-
tes. Un candidato para este receptor de remanentes 1o
constituye et LRP (proteína relacionada con el recep-
tor de LDL, delrnglés LDL receptor-related protein),
el cual es idéntico a1 receptor de 1a ti2-macroglobulina.
La lipasa hepáIica tiene una función doble: 1) actuar
como un ligando para la lipoproteínay 2) hidrolizar el
triacilglicerol y el fosfolípido de ésta.
Los estudios de las VLDL con apo B-100 mar-
cada, demuestran que las VLDL son precursoras de
las IDL, y que éstas a su vez son precursoras de las
LDL. En cada una de dichaspartículas lipoproteínicas
se presenta sólo una molécula de la apo B- 100, y ésta se
conserva durante las transformaciones. Por tanto,
cada pafiícula de LDL proviene de sólo una partícu-
la de VLDL (figura 27-5). Asimismo, la IDL tiene
dos posibles destinos; la captura directa por el hígado
mediante el receptor de la LDL (apo 8'100, E), o la con-
versión a LDL. En la rata, el hígado captura la mayor
parte de las IDL, y en los humanos una proporción
mucho mayor se destina a Ia formación de las LDL;
esto rssulta en una mayor concentración de las LDL en
los humanos, en comparación con la tata y muchos
otros mamíferos.
LAS LDL SE METABOLIZAN MEDIANTE
EL RECEPTOR PARA LDL
Al parecer, la mayor parte de las LDL se forma a partir
de las VLDL de la manera antes descrita. La v1-{-a.99{!g
paraladesaparición en la circulación de 1a apo B-100
en las LDL es de aproximadamente dós días' Los es-
tudios en cultivos de flbroblastos, liiifécitos, células
del músculo liso arterial y hepáticas, demuestran la
existencia de sitios de enlace específicos, o receptoreg,-
páiá Iás LDL, el ieiéptor de LDL (B-100, E). Se desig-
na así debido a que es específico para la apo 8-100, sin
efecto sobre la B-48, y en ciertas circunstancias cap-
tura a las lipoproteínas abundantes en apo E. La apo
B-48 carece del dominio del extremo carboxilo pre-
sente en la apo B-100, que contiene al ligando para el
receptor de LDL. Estos receptores resultart d'efe-c uo-
sos en la hipercolesterolemia famifiar. En los tejidos
diliáñóij6tieó§ §é'dégrada aproximadámente 300/o de
las LDL, y 70% en el hígado. Existe una correlación
positiva entre la incidencia de arterioesclerosis co-
ronaria y la concentración plasmática del colesterol
LDL. Para un comentario adicional respecto a la regu-
lación del receptor de LDL véase el capítulo 28'
LAS HDL PARTICIPAN
EN EL METABOLISMO
DEL TRIACILGLICEROL Y DEL
COLESTEROL LI POPROTEIN ICOS
Las HDL se sintetizan y secretaa err e-l hígado.y-,e;r§
iirié§iiiiñ@güra 27-6), sin embargo, las HDL nacien-
tes (recién secretadas) provenientes del intestino

380. Destrucción
en el riñón
Transporte y almacenamiento de los lípidos . 3I7
Excedento de canstituyentes de la superficie
que provienen de la acción de la LPL sobre
los quilomicrones y las VLDL
A
rL
C ECFL
XDL
d¡scoide
TEJlD§§
Bicapa
fosfolipidica
ligura 27-6. Metabolismo de las lipoproteínas de alta densidacl (HDL) en el transporte inverso del colesterol. (LCAT.
ecitina:colesterol aciltransferasa; LPL, Iipoproteína lipasa; C, colesterol; EC, ésteres del colesterilot FL. fosfolÍpido: A-1,
apolipoproteína A-1.) La figura ilustra la función de las tres enzirnas lipasa hepáticas, LCAT, y de la lipoproteína ipasa en el
:rclo de las HDL para el transporte hacia el hígado del colesterol tisular (transporte inverso tjel colesieroi). Respecto de
as HDL pre
B, las HDL, y las HDL., véase el cuadro 27-2. Además del triacilglicerol, la Iipasa hepáica hidroliza los fosfolí-
3 dos en la superficie de las HDL2, con lo cual Iibera colesterol y ésteres del colesterilo para la captura hepática de éstos
¡ermite la formación de las HDL. más pequeñas y más densas, y libera apo A-1. La activdad de la lipasa hepática se
ncrementa con ¡os andrógenos y disminuye con los estrógenos, lo cual explicarÍa la mayor concentración piasmática de
as HDL, en las mujeres.
\.
C biliar y
ácidos biliares
§¡ntesis
Jarecen de apo C y apo E, y sólo contienen apo A. Por
..rr.rio, la apo C y la apo E se sintetizan en el hígado y
.: transfieren de las HDL hepáticas a las HDL intesti-
-lles,
una vez que estas itltimas ingresan al piasma.
---ra
función imporlante de las HDL cor.lsiste en ac-
-...1r como reserworio de la apo C y la apo E necesarias
'.:ra
el rnetabolismo de los quilomicrones y ias VLDL
'
iLrras 21_/ y 21 5).
La HDL naciente consta de bicapas fbsfolipídi-
-,,. discoides que contienen apo A
1, colesterol libre.
I
+
Ar.
/A-i"c
,/ \-
Pre0-HDL
TEJIDO§
INTESTINO
DELGADO
SÍntesis
Estas lipoproteínas soir similares a las partícuias
presentes en el plasma de ios pacientes con insufli-
ciencia de 1a enzima plasmática lecitina:coles-
terol aciltrairsferasa (LCAT), y cie 1os pacientes
con ictericia obstructiva. La LCAI y la apo A-I,
activadora de 1a LCAT se enlazan al disco. La
catálisis a cargo de la LCAT convierte el fosfolípido
y el coiesterol superficiales en ésteres del coleste-
rilo y lisolecitina (capítulo 26). Los ésteres del
colesterilo no polares se movilizan hacia el interior

381. 3lB . Bioquímica de Harper
(Capímlo 2Z)
hidrófobo de la bicapa, mientras la lisolecitina se
transfiere a la albúmina plasmática. Lareacción conti-
núa para generar un núcleo no polar que empuja y
separa la bicapa hasta que se forma una HDL esférica
y seudomicelar, cubierta por una película superficial
de lípidos no polares y apolipoproteínas. Por tanto, el
sistema de la LCAf participa en la eliminación del ex-
ceso de colesterol no esterificado, presente en las lipo-
proteínas y en los tejidos. No se ha demostrado la exis-
tencia de un verdadero receptor de las HDL o de la
apo A-1. Al parecer, la captura hepática de las HDL
con apo A- 1 es poco significativa. Sin embargo, el híga-
do constituye el sitio final de la degradación de los
ésteres del colesterilo de las HDL.
Para explicar el transporte del colesterol desde
los tejidos hasta el hígado, un proceso conocido como
transporte inverso del colesterol, se ha propuesto
un ciclo de las HDL (figura 27-6).Este ciclo conside-
ra la Captura y esterificación del colesterol mediante
ia HDL3, la cual crece y se hace menos densa, para
formar las HDL2. La lipasa hepática hidroliza el fos-
folípido y el triacilglicerol de las HDL; esto permite
que la partícula libere su carga de ésteres del coleste-
rilo en el hígado, con lo cual la partícula se densifica
y forma de nuevo HDL,, y ésta reingresa al ciclo. Ade-
más, se libera apo A-I que puede reingresar a la
circulación y formar preB-HDL, luego de incorpo-
rar cantidades mínimas de fosfolípido y colesterol. La
preB-HDL es ia forma más potente de las HDL para
inducir la salida del colesterol tisular destinado a la
formación de HDL discoides, que, a su vez, capturan
más colesterol para formar HDL¡. Cualquier exceden-
tc de la apo A-l se destruye en ei riñón.
La concentración de las HDL varía de manera
recíproca a las concentraciones plasmáticas del tria-
cilgliccrql, y directamente con la actividad de la lipo-
proteína lipasa. Esto puede deberse al excedente de
constituyentes superficiales, por ejemplo, los fosfo-
lípidos y la apo A-I, liberados durante 1a hidrólisis
de los quilomicrones y las VLDL, que contribuyen a
la formación de las preB-HDL y las HDL discoides'
Las concentraciones de las HDL (HDLr) se relacio-
nan de manera inversa con la incidencia de la arte-
rioesclerosis coronaria, posiblemente porque refl ej an
la eficiencia de la depuración del colesterol tisular. La
HDL que contiene sólo apo A-I protege contra la ar-
terioesclerosis. en tanto que las HDL con apo A-ll y
apo A-l son ineficaces. La HDL. (HDL1) se presenta
en la sangre de 1os animales con hipercolesterolemia
inducida por 1a dieta; es rica en colesterol y sólo con-
tiene apo E: se captura por el higado a través del
receptor para apo E remanente, pero también por me-
dio oe los receptores LDL. Por esta razón, algunas
veces a dichos receptores se les designa receptores apo
B-t00. E.
Al parecer, todas las lipoproteínas plasmáticas son
componentes interelacionados de uno o más ciclos
metabólicos responsables, en conjunto, del complejo
proceso del transporte lipídico plasmático.
EL HíGANO TIENE UNA FUNC¡éN
CENTRAL EN EL TRAN§PORTE
Y METABOLISIVIO LiPIDICOS
Se consideró por mucho tiempo que gran parte del me-
tabolismo lipídico del cuerpo era una función exclusiva
del hígado. El descubrimiento de que casi todos los
tqidos pueden oxidar completamente los ácidos grasos
yil conocimiento de la enorme actividad metabólica
del tejido adiposo, tienden a modificar el énfasis pre-
vio en la función del hígado. Sin embargo, aún resulta
importante el concepto de una función hepática cen-
tral y única en el metabolismo lipídico. En este mete-
bolismo el .hígado lleva a cabo las siguientes tareas
importantes:"i)'facilita la digestión y absorción de
lípidos mediante la producción de bilis,la cuai contie-
né colesterol y sales biliares sintetizadas en el hígado
ya"sea de novo o a partir de la captura del colesterol
de las lipoproteínas (capítulo 28). 2) El hígado posee
sistemai enzimáticos activos para la síntesis y oxida-
ción de ácidos grasos (capítulos 23 y 24) y pata la
síntesis de triacilgliceroles y fosfolípidos (capítuio 26)'
3) Convierte los ácidos grasos en cuerpos cetónicos
(cetogenia; capítulo 24).'4) Participa de manera inte-
gral en la síntesis y el metabolismo de las lipoproteínas
plasmáticas (este capítulo).
La secreción de VLDL hePáticas
se relaciona con los estados
de nutrición y hormonal
Anteriormente. se describio los eventos celulares in-
volucrados en la formación y secreción de las VLDL.
Los triacilgliceroles hepáticos son 1os precursores in-
mediatos de los triacilgliceroles contenidos en las
VLDL plasmáticas (figura 21 7). La síntesis del
triacilglicerol proporciona el estímulo inmediato para
la formación y secreción cie las VLDL. Los ácidos
grasos utilizados en la síntesis de los triacilgliceroles
hepáticos provicnen de dos posibles fuentes: 1) sínte-
sis en el hígado a parlir de la acetii-CoA proveniente-
sobre todo, cle los carbohidratos (quizá no tan impur-
tante en los humanos), 2) captura de los ácidos grasos
libres cle la circulación. La pritirera fuente predomina
con una nutrición adecuada, con la cual aumenta la
síntesis de ácidos grasos y disminuye la concentración
de éstos en la circulación. Ya que en dicho estado los
triacilgliceroles normalmente no se acumulan en ei
hígado, debe inferirse que éstos se transportan en 1as

382. VLDL
SANGRE
Transporte y almacenamiento de los lípidos .
3 19
Destrucción de los
Tetracloruro de carbono
HEPATOCITO
VLDL
nacienle
\!
Comp,ejo de Golgi
Retículo
endoplásmico
Iiso
Ac¡do orólico
1,2-diac¡lgl¡cerol CDP-colina
excedentes de apo B-1 00
Apo 8-100.
Apo C +--
Apo E
Pol,rribosomas
Puromicina
Etionina
Amino-
/'/
ácidos
Sintes¡s
proteínica
Triacilglicerol*
E
C"O"n""
polipeptídicas
nacientes de
apo B-100
\LDL desde el hígado con la misma rapidezde su sín-
:3sis, y que la síntesis de la apo B-100 no es limitante
:e la velocidad. Por otra parte, durante el ayuno, la ali-
:ientación a base de dietas abundantes en grasas o en
.. diabetes mellitus, aumenta la concentración de áci-
Fosfocoliná
Oxidación
dos grasos circulantes, y más de éstos convergen en el
hígado. Bajo estas condiciones se inhibe 1a lipogénesis,
y los ácidos grasos libres son la fuente principal de
ácidos grasos para el triacilglicerol en el hígado y las
VLDL. Lds mecanismos enzimáticos responsables de
6t
lnsulina
-+
|
Acil-CaA
'_
Glucagón
lnsulina
Etanol
/u
Lipogénesis a partir
de carbohidralos
Figura2T-7. La síntesis de las lipoproteínas de muy baja densidad (VLDL) en el hígado y el posible sitio de acción de
factores causantes de la acumulación del triacilglicerol y de un hígado graso. (AGE, ácidos grasos esenciales; AGL, ácidos
grasos libres; HDL, lipoproteínas de alta densidad; Apo, apolipoproteína; M, proteína m¡crosomal de transferencia del triacil-
glicerol.) Las vías indicadas forman una base para los eventos señalados enlafigura2T-3. La reserva principal del triacilglicerol
en el hÍgado se encuentra fuera de la vía directa de la síntesis de las VLDL a partir de la acil-CoA. Poi tanto, los ÁGL, la
insulina y el glucagón tienen efectos inmediatos sobre la secreción de las VLDL en la medida que sus efectos afectan
directamente a la pequeña reserva del triacilglicerol* precursor. En el estado de completa alimentación la apo B-100 se
sintet¡za en exceso respecto de los requerimientos para la secreción de las VLDL, y el excedente se destruye en el hígado. Es
cosible que, en presencia de la proteína transferidora de triacilglicerol, durante la traducción de la apo B-iO0 algunoi lípidos
3asen a través de la membrana del retículo endoplásmico rugoso y se vinculen con la cadena polipeptídicanacienie. Al
3arecer la mayor parte de los lípidos se agregan durante el paso a través del retículo endoplásmico liso.
Residuos
glucos¡lo
Telracloruro
de carbono
Colesteral
Ésteres del
colesterilo
Sintesis de
Lípidos

383. 320 . Bíoqttímica de Harper (Copítulo 271
la síntesis de los triacilgliceroles y fbsfolipidos se han
descrito en el capítulo 26. Los fáctores promotores de Ia
síntesis del triacilglicerol y clc ia secreción de las VLDL
a cargo del hígado incluyen: I ) nutrición adecuada,
más que a),uno; 2) alimentación con dietas abundantes
en carbohidratos (en particular si contienen sucrosa o
f-mctosa), lo que da lugar a altas tasas cle lipogénesis y
de esteriflcación de 1os ácidos grasos; 3) concentracio-
nes grandes de ácidos grasos libres circulantes; 4) in-
gestión de etanol; y 5) concentraciones altas de insulina
y bajas dc gh.rcagón: incrementa la sintesis y esterifl-
cación de áciCos grasos y se inhibe su oxidación.
| ...|.i.t,.:1,i..
:r-,,
. ,
Los lípidos, principalmente en forma de triacilglicerol
se pueden acumular en el hígado por diversas razones
(figura 27J).La acumulación excesiva se considera un
estado patológico, y cuando es crónica se presentan cam-
bios fibrósicos en las células, los cuales progresan a
cirrosis y deterioran la función hepática. Los hígados
grasos se agrupan en dos categorías principales: el pri-
mer tipo se acompaña de un aumento de las concen-
traciones plasmáticas de ácidos grasos libres, pro-
dl,cto de la movilización de la grasa a partir del tejido
adiposo o de la hidrólisis del triacilgliceroi de las lipo-
proteínas a cargo de la lipoproteína lipasa en los tqidos
extrahepáticos. El hígado captura y esterifica cantida-
des cada vez mayores de ácidos grasos libres. La velo-
cidad de producción de las VLDL es menor que la
velocidad de ingreso de los ácidos grasos libres 1o que
da lugar a la acumulación del triacilglicerol y que ori-
gina el hígado graso. Con la inanición y la alimentación
abase de rlietas abuntlantes en grasas se incrementa
de manera significativa la cantidad de ttiaci\g\icerol
presente en el hígado. En muchos casos (p. ej., inani-
ción) también se deteriora la capacidad para secretar
\1-DL. Esto puede deberse a concentraciones bajas de
insulinay al deterioro de la síntesis proteínica. En la diabe-
tes mellitus, la toxemia del embarazo ovina y la cetosis
vacuna, la infiltración grasa es lo suficientemente inten-
sa para producir palidez visible (apariencia grasa) y
crecimiento hepático con posible disfunción del órgano.
El segundo tipo de hígado graso casi siempre se
debe a un bloqueo metabólico de la producción de las
lipoproteínas plasmáticas, lo que permite la acumula-
ción del triacilglicerol. Teóricamente, la lesión puede
deberse a: I ) bloqueo de la síntesis de apolipoproteínas;
2) un bloqum de Ia síntesis de las lipoproteínas a partir de
lípidos y apolipoproteínas; 3) una insuficiencia en lapro-
visión de los fosfolípidos que formanparle de las lipopro-
teínas; o 4) insuficiencia en el propio mecanismo secretor.
Un tipo de hígado graso extensamente estudiado'
en las ratas se debe a la deficiencia de colina, por tan-
to, a ésta se le denomina factor lipotrópico. Como la
colir.ra puede sintetizarse usando los grupos metilo
lábiles clonados por la metionina durante ei proceso
de la transmetilación (capítulos 32y 33),la def,rcien-
cia se debe, básicamente, a una escasez del tipo de
gl.r-rpos metilo donados por la metionina. Se han suge-
rido varios mecanismos para explicar la función de la
colina como agente lipotrópico, incluso su ausencia,
como causa del deterioro de la síntesis de los fosfo-
1ípidos lipoproteínicos.
En las ratas, el antibiótico puromicina inhibe la
síntesis proteínica y produce hígado graso. y una no-
table disminución de la concentración de las VLDL.
Otras sustancias con acción sir¡iiar incluyen etionina
(ácido cr-amino-y-mercaptobutírico), tetracloruro de
carbono, cloroformo, fósforo, plomo y arsénico. La
colina no protege al organismo contra estos agentes,
pero al parecer ayuda en la recuperación. Muy proba-
blemente el tetracloruro de carbono también afecta el
propio mecanismo secretor o 1a conjugación del lípido
con la apolipoproteína; el efecto no es directo, pero de-
pende de las transformaciones subsecuentes de la mo-
lécula. Esto quizá involucra la formación de radicales
libres que desorganizan las membranas lipídicas en el
retículo endoplásmico mediante la formación de peró-
xidos lipídicos. La acción antioxidante de un com-
plemento dietético a base de vitamina E proporciona
alguna protección contra la peroxidación lipídica a car-
go del tetracloruro de carbono. Se estima que la acción
de la etionina se debe a la disminución de la disponi-
bilidad del ATP. Esto sucede cuando la etionina, que
sustituye la metionina en la S-adenosilmetionina, atrapa
la adenina disponible y evita la síntesis del ATP. E1
ácido orótico también produce hígado graso, y se con-
sidera que interf,tere con la glucosilación de las VLDL
a dedida que se acumulan en el aparato de Golgi; de
esta manera el ácido orótrco inhibe \a liberación de di-
chas lipoproteinas, 1o que explicaria la notable dismi-
nución de las lipoproteínas plasmáticas con apo B.
La deficiencia de vitamina E aumenta la necrosis
hepática en el hígado graso por deficiencia de colina.
La adición de vitamina E o de una fuente de selepjo
tiene efecto protector al combatir 1a peroxidación lipí-
dica. Además de la deficiencia proteínica, ia deficien-
cia de ácidos grasos esenciales y áe vitaminas (p. ej., áci-
do linoleico, piridoxina y ácido pantoténico) pueden
producir infiltración de grasa al hígado. Se supone que
la deficiencia de ácidos grasos esenciales deprime la
síntesis de los fosfolípidos; en consecuencia, otras sus-
tancias que compiten por los ácidos grasos esenciales
disponibles para esterificación, como el colesterol, tam-
bién pueden producir hígados grasos.

384. I
I .., :rl . ...
::i::l\,i.-r .,!.
_liil.;:
l
El alcoholismo causa acumulación de grasa en el hí-
gado, hiperlipidemia y, finalmente, ciriosis. Todavía
no se tiene la certeza del mecanismo de la acción a largo
plazo del etanol. Tampoco está aclarado si, en la acumu-
lación de la grasa, tier"re aiguna pafiicipación Ia movili-
zación aclicional de ácidos grasos libres, sin embargo,
r arios estudios en las ratas demuestran aumento de la
Joncentración de los ácidos grasos libres, posterior a
la administración de una sola dosis intoxicante de etanol.
Sin embargo, el consumo de etanol durante periodos
largos da lugar a la acumulación hepática de ácidos gra-
sos provenientes de la síntesis endógena más que del
tqiído adiposo. Después de la ingestión de etanol no
se presenta deterioro de la síntesis proteínica hepática.
Hay evidencias del aumento de la síntesis hepática de
triacilgiicerol, disminución de la oxidación de los áci-
dos grasos y drsminución de la actividad del ciclo del
acido cítrico a causa de la oxidación del etanc¡l en el ci-
tosol hepático por alcohol deshidrogenasa, lo cual
causa prodncción excesiva de NADH (dinuclétido de
niacinay adenida, del inglés reducecl niacine adeiline
dínucleotide).
ALCOHOL
DESHIDROGENASA
cH¡-cHz-oH
rz--\>
cH3-cHo
NAD* NADH+H-
Transportey almacenamiento de los lípidos . 32t
drogenasa, una parte del metabolismo tiene lugar a
través de un sistema oxidante del etanol dependiente
del citocron,o P450 (MEOS, del inglés nticrosomal
ethanoloxidizina s.1,stem) que involucra cl NADPH y
el O.. Este sistema incremerria su actividad en el alco-
holismo crónico y puede explicar el aumento en su
eliminación metabólica en este trastorno. tal como lo
indica e1 aumento de 1a concentración sanguínea de
acetaldehído y acetato..El etanol tarnbién inhibe el
metabolismo de algunos lármacos (p. ei., los bar-
bituratos) al competir por 1as enzimas dependientes
del citocromo P450 (capítu1o 61).
cHs-cH2-oH + NADPH + H* + oz
@-
Etanol CH3-CHO+NADP.+2HzO
Acetaldehído
La alcohol deshidrogenasa también se presenta en 1a
lnucosa gástrica, pero resulta aproximadamente 60%
menos activa en la mujer que en el varón. El aumento
en la disponibilidad del etanol resultante de la menor
utilización gástrica podría explicar la mayor suscepti-
bilidad femenina a los efectos del consumo de alcohoi.
Algunas poblaciones asiáticas y de estadounidenses
autóctonos están propensos a un incremento de reac-
ciones adversas al acetaldehído a consecuencia de un
defecto genético de la aldehído deshidrogenasa mito-
condrial.
EL TEJIDO ADIPOSO E§
LA RESERVA PRINCIPAL DE
IR'ACNLGITC'HROL
Ei{ El- CUERFC}
Las reseryas de triacilglicerol en el tejido adiposo son
objeto de lipólisis (hidrólisis) y reesterificación con-
tinuas (figura 27 8). Estos dos procesos no constituyen
las fases anterógrada y retrógrada de la misma reac-
ción: constituyen vías completamente diferentes que
incluyen reactantes y enzimas distintas. Lo anterior,
permite que muchos de los factores nutrimentales,
metabólicos y hormonales actúen sobre los procesos
de esterificación o sobre los correspondientes a la
lipólisis. La resuitante de ambos procesos detennina
la magnitud de la resen,a de ácidos grasos libres en el
tejido adiposo, y ésta, a su vez, constituye el origen y
el determinante de la concentración de los ácidos
grasos libres circulantes en el plasma. Debido a que
la concentración piasmática de los ácidos grasos li-
bres da lugar a efectos más proflmdos sobre el me-
tabolismo de otros tejidos, parlicularmente en el híga-
do y el músculo, los factores que operan en el tejido
adiposo para regular la salida de los ácidos grasos
libres e.jercen una influencia en sitios distantes del
propio tejido.
Etanol Acetaldehfdo
E1 NADH generado compite con los equivalentes
reductores provenientes de otras sustancias por la ca-
dena respiratoria e hhibe la oxidación de éstas. El
incremento del índice [NADH]/[NAD*I desvía hacia
la izquierda el equilibrio malato=oxaloacetato, 1o
que puede disminuir la actividad del ciclo del ácido
citrico. El efecto neto de la rnhibición de la oxidación
de ácidos grasos consiste en un aumento de la esteri-
f-rcación de los ácidos grasos en triacilglicerol, lo que
parece causar la acumulación de grasa en el hígado.
La oxidación del etanol forma acetaldehído, que se
orida mediante la aldehído deshidrogenasa predo-
minantemente en la mitocondria, con el acetato como
producto final. Otros efectos del etanol pueden incluir
aumento de la lipogénesis y de la síntesis del colesterol
a partir de la acetil-CoA. El incremento del índice
INADHI/INAD*] también incrementa el índice [lac-
tato]/fpiruvato], que resulta en hiperlactiacidemia; ésta,
a su vez, disminuye la capacidad del riñón para excre-
tar el ácido úrico. Probablemente esto último sea la
causa del agravamiento de la gota en los bebedores de
aicohol. Si bien la vía principal para el metabolismo
de1 etanol se halla en la vía de la alcohol deshi-

385. 322.Bioquímica de Harper
(Capítulo 27)
Glucosa oJosfato
Glucólis¡s
t
I
2CO2
Figura Z7-8. Metabolismo del tejido adiposo. La lipasa sensible a hormonas se activa mediante ACTH, TSH, glucagón
ad-renalina, noradrenalina y vasopresina; se inhibe por insulina, prostaglandina E1 y ácido nicotínico. En la figura 26-2 se
rnuestran los detalies de la formación del glicerol 3{osfato a partir de intermediarios de la gtucólisis. (VPF, vía de los fosfatos
de pentosa; TG, triacilglicerol; AGL, ácidoi grasos libres; VLDL, lipoproteínas de muy baja densidad.)
Para la fonnación de ácidos gmsos libres y glicerol.
el triacilglicerol cs objeto de hidrólisis mediante una
lipasa susceptible a hormonas. Esta lipasadifiere de
ii lipoproteína lipasa que cataliza la hidrólisis de1
triacilglicerol lipoproteínico que precede a su captura
por 1os tejidos extrahepáticos (véase antes). Como {
glicerol no puede utilizarse en dicho tejido, difunde h¡-
-óia
el plasma y una vez en éste 1o utilizan tejidos como
el hepático y el renal, 1os cuales poseen una gligero.
cinasa activa. En los tejidos, los ácidos grasos libles
formádos por lipólisis pueden reconvertirse en acil-
CoA mediante la acil-CoA sintetasa y reesterificars.'
óon glicerol 3-fosfato para formar triacilglicerol. Pot tan-
to, en el tejido existe un ciclo continuo de lipólisis t
reesterificación. Sin embargo, cuando 1a velocidad d¡
Acetil-CoA
TEJIDO ADIPOSO
VPF'+ CO2
{
NADPH + H+
Lipogénesis
§-axidac¡ón
Acil-CoA Glicerol 3-fosfato
AGL AGL
(reserva
.1)
(reserva 2)
Glicerol
I
I
I
I
I
t
Glicerol
AGL
I
I
I
I
Y
AGL
PLASMA
G1úcos¿
En el tejido adiposo el triacilglicerol se sintetiza a pafiir
de la acil-CoA y del glicerol 3-fosfato, de acuerdo con
el mecanisn-ro presentado en la figura 26-2. Debido a
que la enzima glicerol cinasa no se expresa en el teji-
do adiposo, el glicerol no puede utilizarse para la
esterificación de la acil-CoA. Para la provisión de gli-
cerol3.fosfqto el tejido depende de la glucólisis y de
un suministro de glucosa a cargo de 1os transpofiado-
res GLUT I y GLUT 4.
LIPASA SEI']SIBLE
TG
{qu¡lomicrones, VLDL)
La provisión del glicerol 3-fosfato
regula la esterificación; la lipólisis
se controla med¡ante una liPasa
sensible a hormonas
Esterificac¡ón

386. Tronsporte,v almacenctmientt¡ de los lípidos .
323
lqJggplgll*f i".g"acióg_qoqqrivalgq!_a-y9lo-cidaddela_Lipó--
Jffi lés. áüilrsffi q"-o-!-t¡u1qs"s"a",¡1r-,rturry-<itniñ¿en
hacia el plasma; en éste, se enlazan á la ábúmiñ[il-
"ñetFñiñTá-óoncenrracióf
3;-áói¿iñ-§-Éiá-!,ó§,[b."s
plef"ÉÉ,,gpr. Para muchos tejidos éstos constituyen uña
de las fuentes más importantes de combustible.
El aumento del metabolismo
de la glucosa d¡sm¡nuye
el aporte de ácidos grasos libres
El aporte de ácidos grasos libres disminuye con el au-
mento de la utilización de la glucosa por el tejido adi-
poso. Sin embargo, continúa la liberación del glicerol,
lo cual demuestra que el efecto de la glucosino está
mediado por la disminución de la velocidad de la lipó-
lisis. Se considera que este efecto se debe a la provisión
de glicerol 3-fosfato, la cual promueve la esterificación
de los ácidos grasos libres para formar acil-CoA.
En el tejido adiposo, la glucosa puede seguir va-
rias vías, entre las que se incluyen la oxidacíón a CO2
por medio del ciclo del ácido cítrico, la oxidación me-
diante el fosfato de pentosa, la conversión en ácidos
grasos de cadena larga y la formación de acilglicerol
mediante el glicerol 3-fosfato. Con una gran utlliza-
ción de glucosa, una proporción mayor de la captura
se oxida a CO2 y se convierte en ácidos grasos. Sin
embargo, en la medida que disminuye la utilización
total de la glucosa una proporción mayor de la gluco-
sa se dirige a la formación de glicerol 3-fosfato para la
esterificación de la acil-CoA, lo cual ayuda a mlnimi-
zar la salida de ácidos grasos libres.
Los ácidos grasos libres se capturan
como resultado de la actividad
de la lipoproteína lipasa
En el tejido adiposo existe más de una poza de áci-
dos grasos libres. Se ha demostrado que la poza de
ácidos grasos libres (figura 27 8,poza 1) formada me-
diante lipólisis del triacilglicerol, es 1a que suminis-
tra ácidos grasos para reesterificación, y libera dichos
ácidos al medio externo (plasma). Los ácidos grasos
capturados del medio extemo como resultado de la
acción de tra lipoproteína lipasa sobre el triacilglice-
roi de los quiiomicrones y las VLDL, no marcan la
poza I sino hasta incorporarse al triacilglicerol; sin
embargo, transitan a través de una pequeña poza2 de
recambio rápido.
LAS HORMONAS REGULAN
LA MOVILIZAC¡ÓN DE LAS GRASAS
La insulina disminuye el aporte
de ácidos grasos libres
La veiocidad de liberación de los ácidos grasos a par-
tir del tejido adiposo se afecta por muchas hormonas,
las cuales inflr-ryen sobre la velocidad de la esterifi-
cación o sobre ia veiocidad de la lipólisis.:La insulina
inhibe la libei'ación de 1os ácidos grasos a partir del
tejido adiposo con la subsecuente disminución de los
ácidos grasos libres que cilculan en el plasma. Dicha
hormona promueve la lipogénesis y la síntesis del
acilgliceroi e incrementa 1a oridación de la glucosa a
CO. por la vía del fosfato de pentttsa. Todos estos eflec-
tos dependen de la presencia de glucosa y pueden
explicarse, en gran medida, con base en la capacidad
de la insulina para promover la capfura de 1a giucosa
en las células adiposas, niediante el transportador
GLUT 4. También se ha demr:strado que la insulina in-
crementa ia actividad de la pirur..ato desñidrogenasa,
dé la acetil-CoA carboxilasa y de 1a glicerol fosfáto acil-
transferasa; ello puede refovar ios efectos derir.ados del
incremento de ia captura de glucosa sobre el incremen-
to de la síntesis de ácidos graso\s y glicerol. En la acfua-
lidad se sabe riile estas tres enzimas se regulan de manera
coordinacla por rnodificación cor,niente, es decir. nte-
diante mecanismos de fosforilacion-desfosforilación.
Una acción importante de la insulina en el tejrdo
poso como ru¡ sitio irnportante de Ia acqión de la
Varias hormonas promueen
la lipélisis
Otras hormo::las aceleran la liberación de ios ácidos
grasos ii6?i:ií a partir del tejido adiposo e incrementan
la concentración plasrlática de éstos al aumentar la
velceidad de 1a 1ipólisis de las resen as de triacilglicerol
lfigr-rra 27-9). F.ntre estas hormonas se inclu.ven la
aclt'enalina, noradrenalina, glucagón, hormona adreno-
r:orticotrópica (ACTH), hor¡¡onas estimulantes de 1os
rnclanocitos u y
B
(MSH), la hg¡mona estimulante de
1¿ tir"oides iTlSHi,
1a hormona del crecimiento (GH)
'. il a'oprcsiiln.
'üuchcs
de ástrs activan a la lipasa
seftsiirie a hcmonas. l-a iaal,or parle de estos procesos
iip,olíticos req-.rie;'e. para Lin electo óptimo, la presen-
*ia de giue*ct¡rficoides v hormonas tiroideas. Por sí
misrira"q. estas hormonas no incrementan la iipólisis
ile manera nctabie. aunque actúan de manera faci-
litadr¡¡'a o permisiva respecto a otros iactores lipo-
líticos endociinos.
I-as hormonas con acción rápida para promover
la lipó1isis" como las.catecolaminas, actúan por esti-
rnutración de la actividad de la adenililciclasa. ia en-
:iina qu* c,¡trr ieñe ei ATP en cAMP. El mecanislno
e,q anált¡go.al responsable de la estimulación hormo-
nal de ia glucogenólisis (capítulo 20). A1 parecer, el
adiposo consiste en
sensible a hormona
la activiclad de la lipasa
isminuir la liberación de
ácidos grasos libres y también ia de glicerol, El tejido
adiligso es mucho más susceptible a ia lnsulina que
muchos otros tejirlos, lo cual establece al tejido adi-

387. :l
324 . Bioqttímica de Harper
Bioqueadores
g-adrenérgicos
Hormona tiroidea
GTP
Hormona ..'
del crecimienro
-
l^
tQ
lnhibidores de la -
síntesis proteinic? ,'
,
,
,
Melilxantinas'
(P. ei., cafeina) a
'l ,
Hormona tiroidea '
v
cAMP activa a la triacilglicerol lipasa sensible a hor-
monas mediante la estimulación de la proteincinasa
dependiente det cAMP. La 1ipólisis está controlada
en gran pafie por la cantidad de cAMP presente en el
tejido. De esto se cleduce que los procesos que destru-
yen o conservan el cAMP tienen un efecto sobre la 1i-
pólisis. El oAMP se degrada a 5'-AMP mediante la
enzima 3',5
"-nucleótido
cíclico fosfodiesterasa. Esta
enzima se inhibe por metilxantinas como la cafeína y
la teofilina. En los humanos, resulta significativo que
el ingerir café, el cual contiene cafeína, produzca un
aLlmento de los AGL plasmáticos.
La insulina antagoniza el efecto de las hormo-
nas lipolIticas. En la actualidad, se considera que la
lipólisis pnede ser más susceptible a los cambios en
la concentración de ia insulina que la utilización y la
esterificación de la glucosa. Los efectos antilipolí-
ticos de 1a insulina, dei ácido nicotínico y de la pros-
taglandina E,r pue den explicarse como consecuencia
de la inhibición de la síntesis del cAMP por la
(Capítulo 271
TñnelL-
GL§ENOL
.Q
Y
AGL +
diacilglicerol
adenililciclasa a través de la activación de una pro-
teína G inhibidora (G¡). La insulina también estimula-
a la fosfodiesterasa y a la lipasa fosfatasa inacti-
r adora de la lipasa sensible a hormonas. Los posi-
bles rnecanismos para la acción de las hormonas
tiroideas incluyen el aumento de la concentración
de cAMP mediante la facilitación del paso de1 es-
tímulo, desde un receptor en el exterior de la mem-
brana celular hasta la adenililciciasa en el interior
de la membrana; así como una inhibición de ia ac-
tividad de la fosfodiesterasa. El efecto de la hormo-
na del crecimiento para promover la lipólisis es
lento, ya que depende de la síntesis de las proteínas
involucradas en la formación del cAMP. Los glu-
cocorticoides promueven la lipólisis a través de la
síntesis de nueva. proteírra lipasa por un proceso iI]-
dependiente del cAMP misma que puede inhil¡irse
por la insulina y tar:rbión mediante la promoción de
la transcripción de los genes involucrados en la cas-
cada de señalamiento del cAMP. Estos descubri-
ATP
AGL-<. -
@,
AI
Figura2T-g. Control de la lipólisis en el tejido adiposo. (TSH, hormona estimulante de la tiroides; AGL, ácidos grasos libres.)
O[sérvese la secuencia en cascada de las reacciones que permite la amplificación en cada etapa. El estímulo lipolítico se
"apaga" por la remoción de la hormona estimulante; por la acción de la lipasa fosfatasa; por las inhibiciones de la lipasa y de
la adénililciclasa por concentraciones elevadas de AGL; por la inhibición de la adenililciclasa a cargo de la adenosina; y por la
remoción del cAMP mediante la acción de la fosfodiesterasa. Es posible que la ACTH, TSH y el glucagón no activen la ade-
nililciclasa ín vivo, ya que la concentración necesaria in vitro, de cada hormona, es mucho mayor de la que se presenta en la
circulación. Los efáctos reguladores positivo (@) y negativo (O) se representan mediante líneas punteadas, y el flujo del
sustrato por líneas continuas.
FOSFODI.
E§TERASA
'?'-'
|
-;hñ;";;-
kS'AMP
*"o;*1.O
-
AGL+
.a".""
'lnsulina
. ,r
2-monoacilqlicerol
Adrenalina, I ACTH. \
noradrenalina '. I rsu. I
'. g¡'cagon f
,
lnsulina, prostaglandina 81,
, ácidó nicotínico
Glucocorticoides

388. mientos ayudan a explicar el papel de la hipófisis y
de la corfeza suprarrenal en la estimulación de la
movilización de las grasas.
El sistema nervioso simpático, mediante la li-
beración de noradrenalina en el tejido adiposo,
también tiene una participación centril en la movi-
lización de los ácidos grasos libres al eiercer una
rnfluencia tónica incluso en ausencia de un aumen-
to de la actividad nerviosa. Por tanto, el incremento
de
Ja llpólisis producido por muchos de los factores
descritos anteriormente puede disminuir o supri-
mirse mediante la desnervación del tejido adiposo,
n.rediante el bloqueo ganglionar con hexametonio,
o por la depleción de la reserva de noradrenalina
con reserpina.
Es posible que el tejido adiposo humano no consti-
tuya un sitio importante de lipogénesis. Esto se deriva
de observar la insignificante incorporación, en los
ácidos grasos de cadena larga, de una marca prove-
niente de glucosa o piruvato marcados. A1 parecer,
no está presente la AlP-citrato liasa, una enzima
crucial en la lipogénesis, la cual posee una actividad
extremadamente baja en el hígado. Otras enzimas,
por ejemplo, la glucosa 6-fosfato deshidrogenasa y
1a enzima málica, las cuales en la rata son objeto de
cambios adaptativos coincidentes con el incremento
de la lipogénesis, no presentan cambios similares en
el tejido adiposo humano. De hecho se ha sugerido
que en los humanos se presenta un "síndrome de ex-
;eso de carbohidratos", debido a una incapacidad
.ingular para eliminar el exceso de carbohidratos
lediante la lipogénesis. A su vez, en las aves la
.:pogénesis se halla confinada al hígado y en éste re-
.ulta de particular imporlancia para proporcionar los
..pidos destinados a 1a formación del huevo, bajo el
- -timulo dc los cstrógenos.
Con excepción de las catecolaminas, el tejido adi-
:..so humano no responde a la mayor parte de las hor-
:.rrnas lipolíticas. De mayor interés resuita tanto la falta
:: respuesta lipolítica a la adrenalina en el conejo, el
- :,bayo, e1 cerdo y el pollo, como el notable efecto li-
-
-.1ítico del glucagón en las aves, acompañado de la au-
-:rcia de cualquier efecto antilipolítico de la insulina.
A1 considerar el profundo desaneglo del metabo-
:tro en la diabetes mellitus (el cual se debe sobre
'
:o al incremento de la liberación de los ácidos grasos
::es a partir de tros depósitos), así como el hecho cle
, ,.: la insulina corrige en gran medida tal estado. clebe
- : u-luirse que Ia irrsulina tiene una participación muy
,,..b1e en la regulación del metabolismo del tejiclo
:
-
lOSO.
Transporte y almacenamiento de los lípidos .
325
El tejido adiposo pardo participa en el metabolisrno,
en particular cuando se hace necesaria la generación
de calor. Por tanto, resulta extremadamente activo en
algunas especies durante el despertar de la hiberna-
ción, en los animales expuestos al frío (termogenia sin
calofrío) y también en la producción de calor en un
animal recién nacido. Si bien en 1os humanos no cons-
tituye untejido abundante. se presenta en las personas
sanas en las que parece respor.rsable de la
,,ter-
mogénesis inducida por la dieta',. que puede explicar
que algunas personas "coman y no engorden". Es cie
notar que, en las personas obesas el tejido adiposo
pardo disminuye o está ausente. El tejido adiposo par-
do se caracteriza por un suministro san-suíneo bien
desarrollado así como por un alto contenido de ntito-
condrias y citocromos, pero baja actividad de 1a Afp
sintasa. El énfasis metabólico se enfoca a 1a oxidación
de la glucosa y de los ácidos grasos.
La noradrenalina liberada de las terminales ner-
viosas simpáticas es importante para incrementa¡ la
lipólisis en el tejido y para promover la utilización
de las lipoproteínas circulantes abundantes en tria-
cilglicerol. En las mitocondrias de este tejido no se
acoplan la oxidación y la fosforilación, toda vez que
el dinitrofenol carece de efecto y no existe control res-
piratorio a cargo del ADP. La fosforilación que se
presenta tiene lugar a nivel del sustrato. por ejemplo,
en la etapa de la succinato tiocinasa y en la glucólisis.
Por tanto, la oxidación produce mucho calor y en el
ATP se atrapa poca energía libre. En términos de la
teoría quimiosmótica (capítulo l4) parecería que en
el tejido adiposo pardo el gradiente protónico pre-
sente de manera nomal a través de la membrana
intema mitocondrial de las mitocondrias acopladas--
se disipara mediante una proteína termogénica desa-
copladora, la termogenina, la cual actúa como conduc-
tora de protones a través de la membrana. Esto poclria
explicar la aparente falta de efecto de los desacopla-
dores (figura 21-10).
1. Puesto que los lípidos son insolubles en agria. los
lípidos no polares deben combinarsq, con 1ípidos
anfipáticos y proteínas para construir lipoproteínas
miscibles en agua para su transpofte entre los tejidos
en el piasma sanguíneo acuoso.
2. Se han establecido cuatro grupos principales cie
lipoproteínas: ios quilorniclones que trausporlan ios
lípidos resultantes de la digestión y la absorción.
I-as lipoproteínas de muy baja densidad (VLDL)

389. 326 . Bioquímica de Harper
(CapítlLlo 27)
EXTERIOR
Noradrenalina
¡
^l
t9r
I
Y
cAMP
I
^t(9'
I
t
Lipasa
sensible a
hormona§
-¡(!) r
*
Triac¡F
gl¡cerol
{
AGL
H'
IViEMBHANA
MITOCÓNDRICA
INTEBNA
INTERIOR
Termogenina
Figura 27-10. La termogénesis en el tejido adiposo pardo. La
actividad de la cadena resp¡ratoria produce calor adicional
además de translocar protones (capítulo
'14).
Estos protones
disipan más calor al retornar al comparlimiento interno de las
mitocondrias a través de Ia ter!"nogenina en lugar de generar
ATP si efectuaran tal regreso por medio de la F; ATP sintasa.
Cuando el tejido adlposo pardo no se estimula, los nucleÓtidos
de purina inhiben el paso del H. mediante la termogenina.
Bajo la influencia de la noradrenalina la inhibición se suprime
como conseclrencia de la producción de ácidos grasos li-
bres (AGL) y acii-Co.A. Obsérvese la participación dobie de
la acil-CoA conro facilitadora de la accién de la termogenina
y como suministradora de ios equivalentes reductores para
la cadena resoiratoria. (e)
V (e) significan los efectos regu-
Iadores positivo y negativo.
que transportan el triacilglicerol proveniente del
hígado. Las lipoproteínas de baja densidad (LDL)
que son lipoproteínas abundantes en colesterLrl re-
sultantes del metabolisnlo de las VLDL. Y las
lipoproteínas de alta densidad (HDL) que son tam-
bién abundantes en colesterol. pero involucradas
en la remoción del colesterol tisular y en el metabo-
lismo de otras lipoproteínas.
3. Los quilomicrones y 1as VLDL se metabolizan ini-
cialmente mediante hidrólisis por la lipoproteína
lipasa en los tejidos extrahepáticos; se remueve la
mayor pafie del triacilglicerol y se deia en la circu-
lación una lipoproteína remanente. Estas remanentes
se capturan en el hígado por endocitosis mediada
por receptor; sin embargo algunas de las remanen-
tes (IDL) resultantes de 1as VLDL fon¡an LDL y,
hnalmente, éstas se capturan por el hígado y otros
tejidos a través del receptor de LDL.
4. Las apolipoproteínas constituyen ia porción proteíni-
ca de las lipoproteínas. Actúan como activadores
enzimáticos (p. ej., la apo C-II y la apo A-I) o como
Iigandos para los receptores celulares (p. ej., la apo
A-I, apo-E y apo B-100).
5. El desequilibrio entre la velocidad de la formación
hepática del triacilglicerol y la secreción de las VLDL
lleva a la formación de hígado graso. Este trastol'11o
tiene imporlancia clínica en el alcohoiismo, en el
cual evoluciona a cir-rosis y disfunción hepáticas.
6. El triacilglicerol es el principal almacén lipídico en
el tejido adiposo. Se libera después de la hidrólisis
mediante la lipasa sensible a homonas en lonna de
ácidos grasos libres y glicerol. Los ácidos grasos
libres se enlazan a la albúmina sérica para su trans-
porte a los tejidos. en los cuales se utilizan con-ro
una fuente imporlante de cornbustible" La adrenalina
y 1a noraclrenalina estimulan a la lipasa sensible a
hormon¿is, y 1a insLrlina la inhibe.
7. E1 tejido aciiposo pardo oonstituye el sitio de la
"termogénesis sin escalofrio". Este tejido se pre-
scnta elr lcs animales hibernadores y en los reción
i-lacidosl y, en pequeñas cantidades, en los hima-
nos! en quier.res es responsable de la "teruogéne'sis
indr¡cida por 1a dieta". I-a ten.rlogénesis restiite de
1a prcsencia de ¡.rna proteina, 1a tenaogenina, que
actua como una via ccmdtictot'a de protones a través
de la menbrana intema mitocondrial que de-raco-
pla 1a oxidación de la loslorilación. §
+H'
.e
o
§
¡
Ci
e
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391. 28
Síntesis, transporte
y excreción del colesterol
Peter A. Mayes, PhD, DSc
El colesterol se encuentra en los tejidos y en las lipopro-
teínas plasmáticas como colesterol libre o, combinado
con ácidos grasos de cadena larga, como éster del co-
lesterilo. Se sirrtetiza en muclros tejidos a partir cle la
acetil-CoA y fina-lmente se elimina del cuerpo en la bilis
como colesterol o sales biliares. El colesterol es el pre-
cursor dc todos los demás estcroides corporales, como
1os cofiicoesteroides, hormonas sexuales, ácidos biliares
y vitar¡iira D. Es un producto típico del metabolismo
animal y, por tanto, se presenta en alimentos de origen
animai como la yema de huevo, can,e. higado y sesos.
El colesterol es un lípido anfipático y como tal es'un
componente estructural fundamental de las meln-
branas y de la capa exterior de las iipoproteínas plas-
máticas. Las lipoproteínas transportan colesterol libre
en la circuiación, donde éste se equilibra fácilmente
con el colesterol de otras lipoproteínas y membranas.
El éster del colesterilo es una variante de almacena-
miento del colesterol presente en la mayor parte de
los tejidos; se transpofta como carga en el núcleo hi-
drófobo de las lipoproteínas. En muchos tejidos, las
LDL son las mediadoras de Ia captura del colesterol
¡'del éster del colesterilo. El colesterol libre se elimi-
na de los tejidos mediante las HDL y se transporta
a1 higado para su conversión en ácidos biliares me-
diante el proceso conocido como transporte inverso
del colesterol. El colesterol es el principal consti-
tuyente de los cálculos biliares. Sin embargo, su fun-
ción principal en los procesos patológicos es collto
un factor en la génesis de la arterioesclerosis de las
arterias vitales, causando enf-ermedades cerebro-
r asculares, coronarias y vasculares periféricas. La arte-
rioesclerosis coronaria se correlaciona con un índice
LDL:HDL elevado.
EL COLESTEROL PROVIENE DE LA
DIETA Y LA BIOSÍTTESIS EN PARTES
CASI IGUALES
Un poco más de la mitad del colesteroi corporal se
origina por síntesis (cerca de 700 mgld), y el resto
proviene de la dieta promedio. En los humanos, el hí-
gado aporta alrededor de l\Yo de la síntesis total; los
intestinos otro 1006.
Prácticamente todos los tejidos que contienen
células nucleadas pueden sintetizar colesterol. La frac-
ción microsomal (retículo endoplásmico) y citosólica
de la célula es la principal responsable de esta síntesis.
La acetil-CoA es la fuente de todos
los átomos de carbono del colesterol
,
La biosíntesis del colesterol puede dividirse en cinco
etapas. 1) El mevalonato, un compuesto de seis carbo-
nos, se sintetiza apartir de la acetil-CoA (figura 28-1).
2) Las unidades isoprenoides'se forman de mevalonato
mediante la pérdida de CO2 (fi.gura28-2). 3) Seis uni-
dades isoprenoidés se condensan para formar un in-
termediaro, el escualeno. 4) E1 escualeno forma un
anillo para dar origen al progenitor esteroide, el
lanosterol. 5) El colesterol se forma de lanosterol me-
diante varios pasos subsecuentes, entre los que se
incl$.e la pérdida de tres gmpos metilo (figura 28-3).
Paso 1.: La acetil-CoA forma HMG-CoA y
mevalonato: Lavia a través de la HMG-CoA (3-hi-
droxi-3-metilglutaril-CoA) sigue la misma secuencia
de reacciones descrita en el capítulo 24 para la sínte-
sis mitocondrial de los cuerpos cetónicos. Sin embargo,
debido a que la síntesis del colesterol es extramito-
condrial, las dos vías son diferentes. Inicialmente se
condensan dos moléculas de acetil-CoA para fufr"u.
acetoacetil-CoA en una reacción catalizáda p.pl-*;
enzima tiolasa citosólica. Como alternativa, en el hí-
gado el acetoacetato formado en el interior de la
329

392. (Capítulo 281
330 ' Bioquímica de HarPet
o
I]
cH"--cr-es*coA
; Acet¡FcoA
_t
.ittc»rsrll
-Ñ
t
:
CoA-SH
ór..
?
C-CH2-"C'-\'S-CoA
rt
b
Ac€toacetll-CoA O
r"ll
-:5r"*';"""il1;""^
f
H'iGc"A sh¡rASAl
i.*
""^
_ r;*"
ó*, o
.r . .11
-ooc- óH,- c -cH2 --c'-\- s-coA
li
OH
3-hidroxi'$-metilgtutar¡FCoA {HMG-CoA}
Cülesterol del ácido brliar I
^
lO lrz-2NADPH"2H'
-Y
-
y
Estatinas. oor eiemplo
i HMG-CoA BEDUC-IAS-:-a I
mevastal¡na. lovastatina
t,e Fr*oot-+coA
-sH
Mevalonato
óo.
-ooc -'ón"- c' ór.--óu,- otl
vvv v, ,2
ón
Meválonalo
Fioura 28-1 . Biosíntesis de mevalonato La síntesis de la
Lüe¿;Á reductasa se inhibe por los metabolitos. fÚngicos
mevastatina (compactina), lovastatina (mevinolina )'
provas-
irtiÁá l"*rritutina. Los circulos en blanco y en negro indican
J'o".iiñá oá áda uno de los carbonos en la porción acetilo
de la acetil-CoA
mitocondria por la vía de la cetogénesis (capítu1o 24)
áimrr¿" al citosoi y puede activarse a acetoacetil-CoA
mediante 1a acetoácetil-CoA sintetasa, 1o cual requie-
," ¿. .tfp y CoA. La acetoacetil-CoA se condensa
"nr-r.t
ru *oiécula adicional de acetil-CoA en una reac-
lén catalizada por la HMG-CoA sintasa para fonnar
HMG-CoA.
La HMG-CoA se convierte en mevalonato por
una reducción en dos etapas mediante el NADPH
iitutiru¿upor la HMG-CoA reductasa, una enzima
,ri"to.orrál que cataliza el paso limitante de la velo-
cidad en la víá de la síntesis del colesterol y que cons-
titry" el sitio de acción de la clase más eficaz de los
iiÁu.o. hipocolesterolemiantes, los inhibidores de
la HMG-CoA reductasa (estatinas; hgura 28-1)'
Paso 2: El mevalonato forma unidades isopre-
noides activas: El mevalonato se fosforila mediante
el ATP para formar varios intemrediarios fosforilados
activos (figura28 2'). La unidad isoprenoide activa'
el difosl'aio de isopentenilo, se forma medjante
descarboxilación.
Paso 3: Seis unidades isoprenoides forman el
escualeno: Este paso incluye la condensación de tres
moléculas de diiosfato de isclpentenitro para founar
difbsfato de f'arnesilo. Esto acontece mediante una
isomerización del difosfato de isopentenilo que irn-
plica un desplazamiento de doble enlace para fotmar
áifosfato de dimetilalilo, seguido de la condensación
con otra rnolécula de difosthto de isopentenilo para
formar el intermediario de 10 carbonos, el difoslato
de geranilo (figura 28 2). La condensación
^subse-
".,.ñt.
con el difosfato de isopentenilo fonna difosfato
¿e furnesito. Dos moléculas cle difosfato de t-ar¡resilo
se condensan por el extremo difosfato mediante una
reacción que comprende primero la eliminación del
pirofosfató inorgánico para formar djfosfato de pre-
ir"rrul.ru, ,"gr1do poi rr,,u reduución por NADPH
con elimiriacién del iadical de pirofosfato inorgánico
restante. El compuesto resultante es el escualeno' Es
posible la presqicia de una vía alterna conocida como
i'derivactón
del /rails-metilglutaconato"'
Esta vía re-
*rr.r" una proporción irnportante (5% e-n. los híga-
dos alimentádoi, qr" alcanza 33% en los hígados sin
aiimento) del difosfato de dimetilalilo y 1o regresa'
iiu rrnrí-3-^etilglutaconato-CoA'
a la HMG-CoA'
Esta vía puede tener potencial regulador respecto a la
velocidad total de la síntesis del colesterol'
Paso 4: El escualeno se convierte en lanosterol:
El escualeno posee una estructura muy sin{lar a1
,rrr"t"o esteroiáe (figura 28-3)' Antes de que tenga lu-
gu..i .t."" det anilto, el escualeno se convierle' en e1
ietículo endoplásmico, a escualeno 2,3-epóxido me-
áiante una oridutu de función mixta' la escualeno
"pá*i¿utu.
En el transcurso de la fbrmación del anillo
y mediante una reacoión cataltzada por la oxido-
áscualeno:lanosterol cióhsa, e1 gmpo metilo en C1a
se t.unsf,ere a C i¡. Y
el grupo metilo localizado en C¡ se
transfiere a C,a.
Paso 5: El lanosterol se convierte en colesterol:
En esta última etapa (figura 28-3), la formación del
col"sterot a partiidel lánosterol tiene lugar en las
-"mbrunu,
del retíoulo endoplásmico e involucra
cambios en el núcleo esteroide y en la cadena latetal'
Et g*po metilo en C1a se oxida a COz para formar
l4-áesmetilo lanosterol. De igual manera se elimi-
nun do. grupos rnetilo adicionales en Ca para produ-
cir cimoiteiol. El Alja-colestaclienol se forma a par-
tir del cimosterol mediante el desplazamiento del
doble enlace entre Csy Ce a las posiciones Ct Y
C-
En este punto se forma e1 desmosterol' por un des-
pi"rrÁt"t" subsecuente del doble enlace en ei
inillo B, para adquirir una posición entre Cs y Ci''
ig*f quá en el colesterol' Por último' la producción

393. Síntesis, trctnsporte y excreción del colestirol .
331
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Mevalonato
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C CH"
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Mevalonato 5-fosfalo
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\,,\./\'cir, 'cÉ, 'o-@-@
illéváf onalo Sditosrato
AOP ATP
,n'",/
' -^^^ .,"'
HMG-CoA
Denvacion det t cH,
fransmet¡l- I f
"
glutaconalo .--
rraX r"t
"Q,
"cÁ 'o*@-e
I
,C CH"
,//\,/\
cÁr'cirr'o*O-@
Oifoefato de
isopentanilo
x
Difosfato de geranilo
h-
¿.
- lz- ITADPH + H'
I escunleruo srrrerls¡ I l.
%'-;lXl.
M?"
M*
§scualen§
Figura 28-2. Biosíntesis del escualeno, la ubicuinona, el dolicol u otros derivados del poliisopreno. (HMG, 3-hidroxi-3-metil-
; utarilo;
'N', citocinina.) En un hem de la citocromo oxidasa se presenta un residuo de farnesilo. El carbono marcado con
asterisco se convierte en el C1, o C,, del escualeno. La escuaieno sintasa es una enzima microsomal; todas las demás
:¡zimas que se mencionan son proteínas solubles citosólicas, y algunas se encuentran en los peroxisomas.
>="o;"'
I orrosro. I ---\<
I uevar-or.rÁto l. \--*
I
oecnnsoxrusn I CH,
Mevalonato 3-f osfo-fu ifosfato
3,$dimet¡lal¡l
difosfato
lsopentenilo tRNA
Proleínas prenilada§
CH"
t'
C CH.
,/\/r\
ch, ''cir 'o
@-@
t"
U UH.
,/\//\
cÉ,, 'cil
FOSTOMEVAIONATO
CINA§A

394. (Capítulo 28)
nil
vr r3 á*.
-tl. I . , ¡
I cH.-"c:cn
-cHz
I
L ,-l
cHs-*"I.-,
-
coA-'- -ooé
-
ánr*"l- ón,* é*,o*
Acet¡l-§oA
-¡
OH
Mevslonato
del colesterol tiene lugar con la reducción del doble
enlace de la cadena lateral, si bien esto puede aconte-
cer en cualquier etapa de su conversión. No se conoce
con certeza el orden exacto en que proceden las etapas
descritas.
Quizá los intermediarios entre el escualeno y el
colesterol se enlacen a una proteína acarreadora de
lípidos especial, conocida como proteína acarreadora
¿q -é*,
áI,
-án,
-
c." -"*, -c- -gr,
':
ll
,"i - ón, '' 'l
I
cH^ ,. 'cH Ác- c1 . , jd*, ,, 'ln ''il:"í"n'
E.óx¡do de.., _/-
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/
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_nr.,o-
.J,.-e*. / ['efl}i?$i#"]
/
\
'Con
\
HrO
Unidad lsoprenolde
I ISOMERASA 1
Desmoste.ol
(24-deshidrocolssterol)
¿7,z-colestadienol
Figura 2g-3. La biosíntesis del colesterol. Las posiciones numeradas corresponden a las del núcleo esteroide y los círculos
en-blan"o y en negro indican el destino de los carbonos en la porción acetilo de la acetil-CoA. Asteriscos: véase el señala-
miento del escualeno en la figura 28-2.
de escualeno y esterol. Esta proteína enlaza esteroles
y otros lípidos insolubles para permitir que reaccionen
en la fase acuosa de la célula. Además, parece proba-
ble que la conversión del colesterol en hormonas
esteroides y ácidos biliares, así como su participa-
ción en la formación de las membranas y de las
lipoproteínas se lleva a cabo en forma de proteína
acarreadora de colesterol-esterol.
zco2
HO
Ciñosterol
Colssterol
H*cooH

395. T
El difosfato de farnesilo
", "t
pito de ramificación
parala síntesis de otros poliisoprenoides, el dolicol y
la ubicuinona. El dolicol, alcohol poliisoprenilo (fi-
gxa16-26y capítulo 56), se formamediante la adición
subsecuente de hasta 16 residuos de difosfato de iso-
pentenilo, en tanto que la cadena lateral de la ubicui-
nona (figura l4-5) se forma por Ia adición subsecuen-
te de 3 a 7 unidades isoprenoides. Algunas proteínas
fijadoras de GTP en la membrana celular pueden ser
objéto de poliprenilación mediante su combinación con
residuos derivados del farnesilo. Esto puede facilitar
el anclaje de las proteínas preniladas a la membrana
lipídica. En la prenilación proteínica también están
involucradas cadenas geranilgeranilo (de 20 carbonos),
además de los residuos farnesilo (de 15 carbonos).
Síntesis, transporte y- excreción del colesterol .
333
En las ratas se ha estudiado el efecto de las varia-
ciones en la cantidad de colesterol en Ia dieta sobre la
producción endógena de colesterol. Con 0.05% de
colesterol en la dieta, e1 organismo sintetizó 70 aB0oA
del colesterol en hígado, intestino delgado y glándula
suprarenal; cuando la dieta contenia2oá de colesterol
disminuyó la producción endógena. Al parecer, el
colesterol dietético sólo inhibe la síntesis hepática del
colesterol. Los experimentos con hígado pérfundido
han demostrado que los quilorlicrones abundantes en
colesterol que se capturan en el hígado (capítulo 27),
inhiben la síntesis del esterol.
Los intentos por disminuir e1 colesterol plasmático
mediante la disminución de la cantidad del colesterol
en la dieta producen resuitados variables. Por lo eene-
ral, la disminución de 100 mg en el colesrerol dieiético
produce una reducción de alrededor de 0. 13 mmoli'L
de suero.
La regulación de la síntesis del colesterol se ejerce
cerca del inicio de la vía, en el paso de la HMG-CoA
reductasa. En los animales en ayuno se presenta una
disminución notable de la actividad de la HMG-CoA
:eductasa, 1o cual explica la disminución de la sínte-
sis del colesterol durante el ayuno. Existe un meca-
rismo de retroalimentación por el cual la HMG-CoA
:eductasa hepática se irihibe con mevalonato, el pro-
}-rcto inmediato, y colesterol, el producto principal
le la vía. No es posible demostrar la inhibición direc-
:a de la erzima por el colesterol, pero se considera
"-ue
éste (o un metabolito, p. ej., el esterol oxigenado)
-:crua mediante la represión de la transcripción del gen
:e la HMG-CoA reductasa. La síntesis del colesterol
.¿n.rbién se inhibe por la captura del colesterol de las
-DL
a través del receptor de las LDL. En la síntesis
:cl colesterol y en la actividad de la reductasa se pre-
i3nta
una variación diurna; sin embargo, hay efectos
::as rápidos sobre la actividad de la reductasa que
:ueden explicarse sólo por cambios en la velocidad
:: 1a síntesis de la proteína. La administración de
..sulina o de hormona tiroidea incrementa la acti-
,:dad de la HMG-CoA reductasa, en tanto que el
=,ucagón
y los glucocorlicoides la disminuyen. La
-izima existe tanto en la forma activa como en la in-
.:ti\,a, y ambas pueden interconvertirse de manera
::r ersible mediante mecanismos de fosforilación-
::stbsforilación, algunos de los cuales pueden depen-
::r del cAMP y, por tanto, responder de inmediato al
: -rcagón (figura 28-4).
Se considera que el equilibrio del colesterol en 1as cé-
lulas se regula a nivel tisular por los procesos siguientes
(figura 28-5).
El incremento se debe a: 1) caprura por los recep-
tores de las lipoproteínas con colesterol. por ejemplo.
el receptor de LDL o el receptor "de desperdicios";
2) captura en ia membrana celular del colesterol llbre
proveniente de las lipoproteínas abundantes en coles-
terol; 3) síntesis del colesterol; y 4) hidrólisis de los
ésteres del colesterilo mediante la enzima coles-
teriléster hidrolasa.
La disminución se debe a: 1) la salida de1 coles-
terol de la membrana hacia las lipoproteínas con bajcr
potencial de colesterol, en pafiicular hacia las HDL..
las HDL discoides o las HDL-preB, promovida por 1a
LCAT (lecitina:colesterol acilffansferasa); 2) esterifi ca-
ción del colesterol a cargo de la ACAT (aci1-CoA:co-
lesterol aciltransferasa); y 3) utilización del colester:'61 |
para la síntesis de otros esteroides, como las horno-
nas, o de ácidos biliares en el hígado.
Los receptores de LDL (apo B- 100, E) se localizan en
la superlicie celulaq sobre la cara citosólica de la mem-
brana celular en invaginaciones recubiertas por una
proteína denominada clatrina. El receptor es una g1u-
coproteína que atraviesa la membrana, con la región
para el enlace de la apo B- 100 en el ertremo terminal
amino expuesto. La LDL se captura intacta mediante
endocitosis después de su enlace con el receptor; se
degrada en los lisosomas, Io cual incluye la hidrólisis
I

396. 331 . Bioquímica de Harper
(Capítulo 281
REDUCTA§A
CINASA
{inactiva}
'IATP
REDUCIA§A
CINA§A
CINASA
PHOTEíNA
FO§FATASA
H¿o
REDUCTASA
CINASA
{a€tiva)
ADP
ATP
ADP
HMG-CoA
REDUCTASA
{activa}
HMG-Co.d
IEDUCTASA
{inactiva)
P;
2
' H¡o
,lnsulina
el
--------1
Sínles¡s enzimiática
PROTEíNA
FO§FATASA A
-i - lnsulina
?
Glucagén
I
I
a
vr
t
Y
<- - CAMP
o
HMG-CoA
Colestarol de las LDL
de la apoproteína y del éster del colesterilo*seguido
del traslado del colesterol al interior de la célula. Los
receptores no se destruyen sino que regresan a la su-
perficie celular. Este ingreso de colesterol inhibe de
manera coordinada a la HMG-CoA sintasa, a la HMG-
CoAreductasa y, por tanlo, a la síntesis de colesterol, y
estimula la actividad de la ACAI para regular negati-
v'ámente la síntesis del receptoí de LDL. Por tanto, la
regulación de 1a cantidad de receptores de LDL en la su-
perficie celular queda a cargo de las necesidades de
colesterol para las síntesis de membranas, hormonas
esteroides y ácidos biliares (figura 28-5).
El receptor de apo 8-100, E, es un receptor de
LDL de "alta afinidad" que puede saturarse en mu-
chas circunstancias. A1 parecer, existen otros recep-
tores de LDL de "baja afinidad" además de una vía de
desperdicios que no está regulada
EL COLESTEROL SE TRANSPORTA
ENTRE LOS TEJIDOS EN LAS
LIPOPROTEÍ NAS PLASMATICAS
(Figura 28-G)
En los humanos alimentados con dietas occidentales,
el colesterol plqsmát-i^c-p--1ota1 es alrededor de 5,21ry9*V!
lnhibidor-1-
foslato
y aumenta con la edad, aunque existe gran variación
entre ias personas; la mayor pafie se presenta en for-
ma esterificada. Se transporta en las lipoproteínas
plasmáticas y la más alta proporción se encuentra en
las LDL. Sin embargo, en condiciones en las que pre-
dominan cuantitativamente las VLDL una mayor pro-
porción del colesterol reside en esta fracción.
El colesterol dietético requiere varios días para
alcanzar el equilibrio con el colesterol plasmático y
varias semanas para hacerlo con e1 colesterol tisular.
El recambio del colesterol en el hígado es relativa-
mente rápido cuando se compara con la vida media
del colesterol corporal total. El colesterol sin esterihcar
en plasma e hígado se equilibra en horas, ya que se
intercambia y transpofia con rapidez entre las mem-
branas celulares, lipoproteínas plasmáticas y membra-
nas eritrocitarias.
Los ésteres del colesterilo dietéticos se hidrolizan
a colesterol, el cual se mezcla con el colesterol dieté-
tico sin esterihcar antes de su absorción intestinal,
acompañado de otros lípidos. Este colesterol se mez-
cla con el sintetizado en e[ intestino y se incorpora a
los quilomicrones. Del colesterol absorbido, 80 a 90%
se esterifica cn la mucosa intestinal con ácidos grasos
de cadena larga. Los esteroles vegetales (sitosteroles)
I
Cólésterol
I
I
Ox¡esteroles-
Figura 28-4. Posibles mecanismos para la regulación de la síntesis del colesterol mediante la HMG-CoA reductasa. En
comparación con el glucagón, la insulina tiene una función dominante.s Véase figura 20-6.
-yl
o
F

397. Síntesis, transporte
.v excreción del colesterol .
335
MEMBRANA CELULAR
tleceptores de LDL
(apo B-100, E) \
t"
"
ll*r-*""0'-";"*-.i-'--'
\
-.-"4¡
I
ie
,
ie
:0t
EI
EI
Sr
á:
I
§t
ñ¡l
ryl
e.¡
t»r,-§
BeceDtor carroñero o
túL@
LDL
VLDL.',.',..,......',*
fieceptor del HDL (apo A-l)
Figura 28-5' Factores que afectan el equ¡librio del colesterol a nivel celular. Es posible que el transporte ¡nverso del colesterol
se inicie por el enlace de Ia HDL a un receptor de ésta (apo A-l), lo cual por medio de Ia protelncinása C (capítulo 44) estimula
el traslado del coiesterol a la membrana plasmática. (C, colesterol; EC, éster dei colesterilo; ACAi, acil-CoA:colesterol
aciltransferasa; LCAT, lecitina:colesterol aciltransferasa; A-!, apolipoproteína A-l; LDL, lipoproteÍna de baja densidad; VLDL,
ipoproteína de muy baja densidad.) Las LDL y HDL no se muestran a escala.
)
una actividad imporlante de la ACAI hepática, per-
mitiendo una exportación significativa de ésteres del
colesterilo en 1as VLDL nacientes.) La actividad de ia
LCAI se vincula con las HDL con apo A-I. Puesto
que el colesterol de las HDL se esterifica, genera un
gradiente de concentración y extrae así el colesterol
de los tejidos y de otras lipoproteínas (figuras 28 5 y
28 6). Las HDL se,uuelven menos densas originando
las HDL2, las cuales llevat el colesterol al hígado. Por
tanto, 1as HDL juegan un papel importante en el trans-
porte inverso del colesterol, proceso mediante ei cual
el colesterol tisular se transporta al hígado. t
La proteína de transferencia de ésteres
q
de colesterilo facilita la transferencia de
éstos desde las HDL hacia otras
lipoproteínas
Esta proteína, presente en el plasma de los humanos
pero no en el de laruta,tambrén se asocia con
las
HDL.
Facilita la transferencia de los ésteres del colesterilo
desde las HDLhacia las VLDL, IDL y LDL, y permite
Membrana C-
l^
=t@^\r:ffi*Wil--
HDLs
se absorben poco. Al reaccionaq los quilomicrones con
la lipoproteína lipasa para formar los quilomicrones
remanentes, sólo se pierde cerca de 5Yo de los ésteres
del colesterilo; el resto se capturapor el hígado al re-
accionar los quilomicrones remanentes con los recep-
tores de LDL o de remanentes y se hidroliza a coles-
terol. Las VLDL formadas en el hígado transportan el
colesterol en el plasma. En las VLDL remanentes (IDL)
se retiene la mayor parte del colesterol de las YLDL,
v ias primeras se capturan por el hígado o se convier-
ten en LDL; estas ú1timas, a su vez, se caphrran a través
del receptor de LDL en el..hígadg y en ios tejidos
extrahepáticos.
La LCAT sintetiza la mayor parte
de los ésteres del colesterilo
plasmáticos
En los humanos, la actividad de la LCAI plasmática
es 1a responsabie de prácticamente la totalidad de 1os
ésteres del colesterilo plasmáticos. (Esto no acontece en
otras especies como la tafa, efi las cuales se presenta
¡
I
I
Vesícula de
¿X' Y*'-u'::"i;:
J"'
*
-e-
,--\7[
Lisosoma
Síntes¡s del
Síntes¡s de
e§leroide§

398. 336 . Bioquímica de Harper
Rsceptor de'
quilom¡crón
temanente
{apo E)
el traslado de los triacilgliceroles en la dirección opues-
ta. Por tanto, 1a proteína suprime la inhibición por
producto de ia actividad de la LCAI en las HDL y,
como consecuencia, en los humanos gran parte de
los ésteres de1 colesterilo formados por la LCAT en
las HDL se transpofian hacia el hígado mediante las
VLDL remanentes (IDL) o 1as LDL (figura 28 6).
Simultáneamente, la HDL2 abundante en triacilglice-
rol descarga éste en e1 hígado después de reaccionar
con la lipasa hepática
1,
se reutiliza como HDL3. Tam-
bién se ha identificado una proteína transferidora de
fosfolípidos.
(Capítulo 28)
VENA PORTA H§PAICA Ditta (0.4
§/d)
EC
COLÉOOCO
C Ácidos biliares
(0.6 gld)
{0.4 sld)
'
HéC¿s
E, EL COLESTEROL
..
. HÍGADO Y SE EXCRETA '
COMO TAL
,Iñ¡AQ EIII IAETEQ IQAI EQ\
Diarian,ente se eiimina del cuerpo cerca de i g lie
colesterol. Aproximadan'iente la mitad se cxcretii ell
las heces cicspués de su conversión en ácidos t¡iliares:
el resto se excreta como tal. Mucho del colestcroJsecre-
tado en la bilis se re absorbe, y se e stima qne al menos
una pafie del colesterol que suve cotito precursor dc
los esteroles fbcales proviene de la mucosa intestinal.
I nsc6ptsr
' d§L§t
b'
TEJIDOS
ExrRAHEPAricos I
I
t
I
\
§,
Figura 28-6. Transporte del colesterol entre tejidos en tos humanos. (C, colesterol sin esterificar; EC, éster del colesterilo;
TG, triacilglicerol; VLDL, lipoproteína de muy baja densidad; lDL, lipoproteína de densidad intermedia; LDL, lipoproteína de
baja densidad; HDL, lipoproteína de alta densidad; ACAT, acil-CoA:colesterol aciltransferasa; LCAT, lecitina:colesterol
aciltransferasa; A-l apolipoproteína A-l; CEPT, proteína transferidora del éster del colesterilo; LPL, lipoproteína lipasa;
LH, lipasa hepática.)
\
CI RCULACIéN ENTEROHTPÁTICA
(ro§ervatotal3a§g)
IDL
(VLDL remanente)
remansnte

399. Síntesis, transporte y excreción del colesterot .
337
El coprostanol es el principal esterol en las heces; se
forma a parlir del colesterol por acción de las bacte-
rias en el intestino grueso. Una gran proporción de las
sales biliares excretadas en la bilis se reabsorbe hacia
la circulación portal, se captura en el hígado y se ex-
creta de nuevo en la bilis; esto se conoce como circula-
ción enterohepática. En las heces se excretan las sa_
1es biliáres no reabsorbidas. o sus derivados.
Los ácidos biliares primarios se sintetizan en el
hígado a partir del colesterol. Tales ácidos son el áci-
do cólico (el más abundante) y el ácido quenodeso-
ricólico. Ambos se fon:nan a partir de un precursor
comiut que deriva del colesterol (figura 28 7).
La 7cr-hidroxilación del colesterol es el primer
paso "de compromiso" de la biosíntesis de los ácidos
biliares, y es la reacción limitante de la velocidad en
la vía. La reacción se cataliza por la 7u-hidroxilasa,
una enzima microsomal; requiere oxígeno, NADpH y
c-l citocrorro P450 y, actúa como una monooxigenasa
típica. Las etapas de hidroxilación subsecuentes tam-
bién se cafalizan por monooxigenasas. La deficiencia
de vitamina C interhere con la fomación de ácido bi-
Iiar en el paso de la 7o-hidroxilación y, en los cobayos
escorbúticos, lleva a la acumulación del colesterol v a
arterioesclerosi s.
La vía de la biosíntesis de los ácidos biliares se
divide tempranamente en una subvía que da lugar a la
colil-CoA, caracterizada por un grupo u-OH adicio-
nal en la posición 12, y otra subvía que procluce la
quenodesoxicolil-CoA. Excepto por esta diferencia,
:mbas vías incluyen reacciones similares de hidroxi-
.ación y acortamiento de la cadena lateral (figura 28-7)
:ara producir las estructuras tipo del ácido biliar con-
.istentes en grupos o-OH en las posiciones 3 y 7 y el
:uc1eo esteroide cornpletamente saturado. Estos ácidos
riliares primarios ingresan a la bllis como conjugados
:e glicina y taurina; su conjugación tiene lugar en los pe-
:rrxisomas. En 1os humanos, la proporción entre los
- onjugados de glicina y los de taurina es normalmente
:r' 3:1. Ya que Ia bilis contiene cantidades imporlan-
:s de sodio y potasio, y un pH alcalino, se supone que
,s ácidos biliares y los conjugados corespondientes
;:. realidad son sales, de aquí el término
..sales
biliares,,.
Una parte de los ácidos biliares primarios es ob-
.:o de cambios adicionales en el intestino como resul-
.io de la acción de las bacterias intestinales. Éstos
cluyen tra desconjugación y Ia 7cr-deshidroxila-
. -rn. para producir los ácidos biliares secundarios,
.. ..io desoxicólico proveniente ciei áciclo cólico y áci-
, litocólico rlerivaclo del ácido quenodesoxicólico
.Lrra 28 7).
La mayor parte de los ácidos biliares
regresa al hígado por la circulación
enterohepática
Si bien los productos de la digestión de las grasas,
incluso el colesterol, se absorben en los primeros
100 cm del intestino delgado, los ácidos biliares
primarios y secundarios se absorben casi exclusi-
vámente en el íleon, y entre 98 y 99Vo de los ácidos
biliares secretados hacia el intestino regresa al híga-
do por medio de la circulación portal; esto se conece
como circulación enterohepática. Sin embargo,, a
causa de su insolubilidad el ácido litocólico se reab-
sorbe poco.
Una frffiión pequeña de las sales biliares, quizá
tan poco como 400 mg/día, escapa a la absorción y,
por tanto, se elimina en las heces. Incluso conside-
rando que la cantidad es muy pequeña, representa
una vía importante para la eliminación del colesterol.
La circulación enterohepática de las sales biliares es
tan ef,ciente, que la reserva relativamente baja de áci-
dos biliares (cerca de 3 a 5 g) se puede reciclar a
través del intestino de 6 a 10 veces por día con p érdidal
en las heces de sólo una cantidad pequeña; es decir,
de 1 a 2Vo por cada paso a través de la circulación
enterohepática. Sin embargo, a partir del colesterol, :
diariamente se sintetiza en el hígado una cantidad
equivalente a la pérdida en las heces, por lo que se
conserva constante la reserva de ácidos biliares. Esto
se logra mediante un sistema de controles por retroa-
limentación.
La síntesis de los ácidos biliares
se regula en el paso
de la 7g-hidroxilasa
El principal paso limitante de la veiocidad de la bio-
síntesis dé los ácidos biliares es la reacción de la
7cr-hidroxilasa, y de la biosíntesis del colesterol el
paso de la HMG-CoA reductasa (figura 28-1). La ac- ,
tividad de estas dos enzimas con frecuencia cambia
en paralelo y, como consecuencia, ha resultado di-
fícil establecer con certeza si la inhibición de la sín-
tesis de los ácidos biliares tiene lugar principalmen-
te en el paso de la HMG-CoA reductasa o en la
t
reacción de la 7cr-hidroxilasa. La actividad de am-
J
bas enzimas tiene una variación diuma similar. Se ha
demostrado la inducción del gen para la 7a-hidroxi-
lasa por el colesterol dietético y su supresión por
los ácidos biliares a través de la activación de lapro-
teincinasa C. Al respecto, el regreso de las sales bilia-
res al hígado a través de la circulación enterohe-
pática constituye un control importante, el cual, al ,+'
intemrmpirse, activa la 7o-hidroxilasa. Esta enzi-
ma (igual que la HMG-CoA reductasa) puede con-
tro lars e mediante fo sforilación- desfos fori laci ón
x
\
L

400. (Copínlo 28)
j38
' Bioquíntica de HarPer
Vitamina C
NAüPH + H+ NADP"
o, {,
Colesterol
H
Ácido laurocólico
(ácido biliar primario)
. r
FBffiñrl
l:19: i r¡sr
I
ffi Ho
<t
lt -r::r
bil¡ares
lnsuficiencta O.
de vitamina C
NADPH * H*
2CoA-SH
Propionil-CoA
{Varias
etapas)
NADPH + H*
2CoA*SH
Propion¡l-CoA
C-S-CoA
H
I
c*N*(CH2)2*so3H
0 co¡-sH
'oH
H
I
c-N-CH2COOH
U
H
Ácido litocólico
iácido biliaí secu¡ldarioi
*
| Decon¡ugación
l+
Trdeshúoxitación
Ouenodesoxicolil'CoA
I
t
I
I
f
Ácidos tauro' Y
gluco-
qr¡enodesoxicólicos
{ácjdo
biliar secundario)
*¡
CÓA
-
SH
COOH
Descaniugac¡Ón
+ Vu-deshidroxilación
H
Ácido desoxícólico
{ácicio biliar secundarioi
Figura 28-7. Biosíntesis y degradación de ácidos biliares.* catalizado por enzimas microbianas'
covalente. A diferencia de la HMG-CoA reductasa, la
actividad de la 7cr-hidroxilasa aumenta en 1a forma
fosforilada.
ASPECTOS CLINICOS
El colesterol sérico se correlac¡ona
con Ia incidencia de arterioescleros¡s
y de la enfermedad cardiaca coronar¡a
De los lípidos séricos, q.l colesterol es el compuesto
señalado con más frectñircia como el principal res-
ponsabie cie esta cortelación. Sin embargo, otros pará-
metros, como ia concentración sérica elei triacilglicerol^
tienen menor coreiación.
I-a arterioesclerosis se catacterizapor el depósi4o I
de colesterol ;v de ésteres del colesterllo de las li- I
poprateinas con apo ts-100 en ei tejido conjuntivo de
ias par..les arteriales. Las enfermedades ep 1as cuales -
se presentan aumentos prolongados de la concentra-
ción sanguínea de 1as VLDL, las lDL -y
1os quilo-
microneJremanenies, o de ias LDL (p. ej', diabetes*
rneliitus, nefrosis iipídica, hipotiroidismo y otros
trastomos con hiperlipidemia) con frecuqncia se acom-
pañan rje arterioesclerosis prematura d más intensa'
7.t-Hidroxico¡esterol
Colil-CoA
HO
-CoA

401. t)
También existe una correlación inversa entre la con-
centración de las HDL (HDL,) y la enfermedad cardiaca
coronaria, y algunos consideran que la relación más
liedecible es el índice LDL:HDL. Esta relación se
erplica si se toman en cuenta las funciones propuestas
para las LDL en el transporle del colesterol hacia los
tcjidos y para las HDL como transportadoras del ex-
ceso del colesterol en eltransporte inverso del mismo.
Los experimentos sobre la inducción de arlerioes-
clerosis en animales indican que existe una gran
variación de la susceptibilidad entre las especies. La
afierioesclerosis puede inducirse mediante el colesterol
dietético en el conejo, cerdo, mono y en humanosi y
son resistentes las ratas, perros y gatos. La tiroidec-
tomía o el tratamiento con fármacos del tiouracilo
permiten la inducción de arterioesclerosis en perros y
ratas. La disminución del colesterol sanguíneo es una
característica del hipertiroidismo.
Los factores hereditarios son los principales deter-
minantes de la concentración sanguínea individual
de colesterol, pero, de los factores dietéticos y ambien-
tales que disminuyen el colesterol sanguíneo, el de
mayor beneficio es la sustitución en la dieta de algu-
nos ácidos grasos saturados por ácidos grasos poli-
insaturados y monoinsaturados. Los aceites naturales
con una alta proporción de ácidos grasos poliinsa-
turados incluyen el de girasol, semilla de algodón, maíz
¡' el de soya; el aceite de oliva contiene una alta pro-
porción de ácidos grasos monoinsaturados. Por otra
parte, la mantequilla, la grasa de res y el aceite de coco
contienen una alta proporción de ácidos grasos satu-
rados. La sacarosa y la fructosa son más eficientes que
otros carbohidratos para aulnentar los lípidos sanguí-
neos, en particular los triacilgliceroles.
Todavía no se esclarece ia razón del efecto de los
ácidos grasos poliinsaturados en la disminución del
colesterol. Sin embargo, se han propuesto algunas hi-
oótesis, entre las cuales se incluyen la estimulación
tanto de la excreción del colesterol hacia el intestino
coino de la oxidación del colesterol para formar áci-
dos biliares. Las dietas abundantes en palmitato
inhiben la conversión del colesterol en ácidos biliares.
Hay evidencia de que el efecto se debe a un corri-
miento en la distribución del colesterol del plasma a
ros tejidos debido a un allmento en ia velocidad
del catabolismo de las LDL debido a una regulación
:ositiva del receptor de LDL por ácidos grasos
:oliinsaturados y monoinsaturados, así como a una
:eeulación negativa por ios ácidos grasos saturados.
. os ácidos grasos saturados forman VLDL menores
Síntesis, trailsporte y ercreción del col.esterr¡l .
339
con un contenido relativamente mayor de colesterol,
las cuales se utilizan por los tejidos extrahepáticos a
menor velocidad que 1as partículas mayores; tenden-
cias que pueden considerarse como aterogénicas.
Los factores adicionales considerados como partici-
p¿ntes en la enfemedad cardiaca coronaria incluyen
aumento de la presión san-puínea. tabaquisrr,o, género
masculino, obesidad (en particular abdominal), falta
de ejercicio e ingestión de agua blanda en lugar de
agua dura. El incremento de los ácidos grasos libres
plasmáticos tan-rbién produce un arlmento de la se-
creción de 1as VLDL por el hígado. generando el
ingreso a la circulación de triacilglicerol ¡' colesteroi
adicionales. Los factores que dan 1r-rgar a concen-
traciones mayores o fluctuantes de los ácidos grasos
libres incluyen estrés emocional, tabaquismo, inges-
tión de café y distribución de la alimentación en pocas
comidas abundantes en lugar de una ingestión más
continua del alimento. Al parecer, las mujeres pre-
menopáusicas están protegidas contra muchos de estos
factores nocivos, quizá debido a que presentan con-
centraciones mayores de las HDL que los varones y
las mujeres posmenopáusicas. E,s interesante la de-
mostración de la correlación entre un consumo mo-
derado de alcohol y la menor incidencia de la enfer-
medad cardiaca coronaria. Esto puede deberse al
aumento en la concentración de las HDL como resulta-
do del incremento cn la síntesis de la apo A-i, y a
cambios en la actividad de la proteína transferidora
de éster de colesterilo. Se cree que el vino tinto es
particularmente benéfico, quizá debido a su conteni-
do de antioxidantes.
El ejercicio regular favorece el perfil de 1os 1ípi-
dos plasmáticos. La concentración total del colesterol
disminuye como resultado del descenso de Ias LDL.
al tiempo que aumentan las HDL. También disrninu-
ye la concentración de triacilglicerol debido. mu¡,
probablemente, al incremento de la susceptibilidad a
la insulina, lo que promueve la expresión de 1a lipo-
proteína lipasa.
La hipercolesteroiemia puede tratarse mediante la
intenupción de los ácidos biliares de la circulación
enterohepática. Con la utilización de.la resina de
colestiramina, o mediante operaciones de,,exclusión
ileal, es posible lograr disminuciones iáportantes
en el colesterol plasmático; ambos procedimientos
rilr
{l
¡\,

402. (Capítulo 281
340 . Bioquímica de HarPer
bioquean ia reabsorción de los ácidos biliares' Pos-
teriormente. como consecuencia de la liberación de
la regulación por retroalimentación ejercida normal-
mente por los ácidos biliares y en un esfuerzo por
corr.etua. 1a reserva de éstos, se prolnueve de manera
notable la conversión del colesterol en ácidos biliares'
Por consiguiente los receptores hepáticos de LDL se
regr"rlan pósitivamente, lo que aumenta la captura de
taJl»lion ta consecuente disminución del colesterol
plasmático. El sitosterol es un hipocolesterolérnico
que impide la absorción c1el colesterol en ias vías gas-
trointestinales.
Se sabe que varios fármacos bloquean la fonna-
ción dei colelterol en diversas etapas de la vía de la
biosíntesis. Los inhibidores micóticos de 1a HMG-CoA
reductasa, ia mevastatina y la lovastatina, disrninu-
yen la concentración de colesteroi de las LDL al re-
gular positivamente los receptores.de LDL' El clofi-
brato y el genfibrocilo ejercen al tnenos.una parte
del efetto hipolipidémico (en particular sobre el tria-
cilglicerol) a.l desviar el ingreso de ios ácidos grasos
libies hepáticos de las vías de esterificación hacia ias
de oxidaiión, disminuyendo así la secreción hepática
del triacilglicerol y del colesterol contenidos en las
VLDL. Además, estos fármacos estimulan lahidrólisis
de los triacilgliceroles de las VLDL catalizada por 1a
lipoproteína lipasa. A1 parecer, el probucol. incre-
menia el catabolismo de las LDL a través de vías inde-
pendientes del receptor, pero sus propiedades antioxi-
dantes pudieran seimás imporlantes en la prevención
de la acumulación de las LDL oxidadas en las paredes
arteriales, probable causa primaria de la arterioes-
clerosis, ya que al ser capturadas por los receptores
de desperdicio de los macrófagos los convierten en
células espumosas que forman estrías grasas precur-
soras de lós ateromas. El ácido nicotínico disminuye
el flujo de AGL al inhibir la lipólisis del tejido adipo-
to 1',
po. tanto, la producción hepática de las VLDL'
Algunas persollas presentan def-ectos heredados en ei
metaboliimo lipoproteínico, que dan lugar al trastomo
primario cle hipolipoproteinemia o hiperlipopro-
ieinemia (cuaáro 28-1). Muchas otras con enfer-
medades como diabetes mellitus, hipotiroidismo, en-
fennedacl renal (síndrome nefrótico) y arleri oesclerosis
presentan patrones anormales secundarios muy simi-
iur.. u loJ trastornos primarios heredados. Práctica-
mente todos los trastornos primarios se deben a algún
defecto en las etapas de formación, transporle o des-
trucción de las lipoproteínas (figuras 214.28-5 y
28-6). No todas las anormalidades son nocivas'
1. El colesterol es el precursor de todos los esteroides
corporales, por ej emplo, corlicoesteroides, hormo-
nas sexualei, ácidos biliares y vitamina D' También
es un lípido anfipático impofiante con una función
estructural en las membranas y en la capa externa
de las lipoproteínas.
2. El colesierol se sintetiza en el cuelpo a partir de la
acetil-CoA por una vía compleja' Tres moléculas
de la acetil-CoA forman mevalonato a través de una
impoflante reacción limitante de la velocidad cata-
lizáda por la HMG-CoA reductasa. A partir dei
mevalonato se fotma una unidad isoprenoide de cin-
co carbonos, y para formar el escualeno se con/
densan seis unidades isoprenoides. El escualeno s'é
cicliza para formar el esteroide progenitor.lanos-
terol, eliual forma colesterol después de perder tres
glupos metilo.
3. ia iintesis hepática del colesterol se regula parcial-
mente mediante el ingreso del colesterol dietético
en los quilomicrones remanentes ricos en colesterol
Por 1o general, en los tejidos se mantiene un equili-
brio del colesterol entre los factores causantes de- s:r
aumento (p ej., sintesis, captación por medio de
receptore,s-de LOt o de desperdicio, hidrólisis de1
éstei deicolesterilo) y los factores causantes de su
pérdida (como síntesis de esteroides, fomación de1
éster del colesterilo y transpofte inverso dei coles-
terol mediante las HDL). La actividad del receptor
de LDL se regula negativamente por concentr4cio-
nes altas del colesterol celular y positivamente por
la depleción de éste.
4. En ei transporle inverso del colesterol, la HD-l
¡e
ertlaza a un receptor de apo A-I y trasladá
"e1
colesterol hacia lamembrana celular en la cual se
captura por la HDL. En este proceso participan ac-
tivamenie la HDL pre-B, ta HDL discoide y la HDL'
Mediante la LCAf se conserva un gradiente de con-
centración que permite la esterificación y depósitc
del colesterol en el núcleo de la HDL, la que
-se
convierle en HDL,. El éster del colesterilo en la HDL
se captura en el hígado, ya sea directamente para
abanáonar la HDL: y la apo A-I y reingresar a 1e
circulación, o después de transferirse a las VLDL'
IDL o LDL por medio de la proteína transferidor¡
de éster del colesterilo.
5. El exceso de colesterol se excreta desde del hígadc <
como tal o como sales biliares. Una gran propor-
ción de estas últimas se absorbe hacia la circulación
'
pottui
V
regresa al hígado como pafie de la iircula-
ción enterohePittica.
6.Laaltaconcentración de colesterol presenté en Ja'*
VLDL o en las LDL se acompaña con aferioes-
clerosis, en tanto que altas concentraciones en 1a'
HDL tienen un efecto Protector.
(
son

403. 28)
Síntesis, trctnsporte y excreción del colesterol .
341
Cuadro 28-1. Trastornos primarios de las lípoproteínas plasmáticas (dislipoprote¡nem¡as)
' Existe una correlación entre los pac¡entescon el atelo de la apo E4 y la inc¡denc¡a de la enfermedad de Alzheimer ef paiecer, la apo E4 enlaza
:on más avidez el amiloide p presente en las placas neuríticas.
les
r0-
én
5n
1a
la
AS
1a
t-
e1
1-
t-
i-
)S
I
F
Nombre Defecto Observaciones
!.1
i poli poprotei nemias
Abetalipoproteinemia
No se forman quilomicrones, VLDL y LDL
deb¡do a un defecto en la proteína
transteridora de triacilgt¡cerol (MTP), que
evita la carga con lípidos de la apo B.
Poco frecuentes: disminución de los acilgliceroles
sanguíneos; acumulación hepática e intestinal de
acilgl¡ceroles. Malabsorción intestinal. Muerte pre-
matura que puede evitarse con la adm¡nistrac¡ón-
de grandes dosis de vitaminas liposolubles, en par-
ticular vitamina E.
Hipobetalipoproteinemia familiar La concentración de Ias LDL es de 10 a
60% de la normal. Se presentan espe-
c¡es truncadas de Ia apo B.
Persiste la formac¡ón de quilomicrones; la mayoría
de las personas permanece saludable y vive mu-
cho tiempo.
Deficiencia alipoproteÍnica familiar
Enfermedad de Tangier
Enfermedad de oio de pescado
Deficienc¡as de apo A-l
Todas presentan HDL bajas o casi ausen-
tes.
No hay deterioro de la formación de quilomicrones o
VLDL. En la electrofores¡s sobre agarosa no exis-
te lipoproteína pre-p, sino una banda B ancha;
tendencia a la hipertriacilgl¡cerolem¡a como resul-
tado de la ausenc¡a de la apo C-ll la cual produce
LPL inactivas. Concentraciones bajas de LDL.
Arterioesclerosis en la anctanidad.
:ii perl¡poproteinem¡as
Deficienc¡a famil¡ar de lipoprotelna lipasa
(tipo l)
Hipertriac¡lglicerolem¡a deb¡da a: a) defi-
ciencia de LPL, o b) producción de LpL
anormales, o c) deliciencia de la apo C-
ll, la cual produce LPL inact¡vas.
Depuración lenta de los quilomicrones y las VLDL.
Concentración baia de LDL y HDL. Se trata con
disminución de las grasas y aumento de los
carbohidratos complejos en la dieta. No aumenta
el riesgo de enfermedad coronaria.
Hipercolesterolemia tami¡iar (tipo ll) Tlpo lla: Receptores LDL defectuosos o
mutación en la región del ligando de la
apo B-100.
Tipo llb: Tendencia al aumento adicional
de las VLDL.
La dism¡nución de la velocidad de la depuración de
las LDL aumenta las concentraciones de éstas y
lleva a hipercolesterolemia, lo cua¡ resulta en
arterioesclerosis y enfermedad coronaria.
Enfermedad de Wolman
{enfermedad por
almacenamiento del éster del coles-
terilo)
Deficiencia de ,a éster del colesterilo
hidrolasa en los lisosomas de células
como fibroblastos, las cuales normal-
mente metabol¡zan las LDL.
D¡sminución de la velocidad de la depuración de las
LDL y las consecuencias descr¡tas anter¡ormente.
Hiperl¡poproteinem¡a familiar tipo ilt (en-
fermedad beta extensa, enfermedad del
reliro de remanentes, disbetalipopro-
teinem¡a familiar)
La deficiencia en la depuración de las re-
manentes por el hígado se debe a una
anormalidad en la apo E, la cual suele
presentarse en tres ¡soformas: E2, E3
y E4. Los pacientes sólo poseen E2,
la cual no reacciona con el receptor de
las E.*
lncremento en los quilomicrones y las VLDL con den-
sidad <1 .01 9, los cuales aparecen como una banda
p ancha en la elecfororesis (p-VLDL). produce
hipercolesterolemia, xantomas y arterioesclerosis
en las arterias per¡féricas y coronarias.
Hipertriacilglicerolemia famitiar (tipo lV) Sobreproducción de las VLDL, con tre-
cuencia acompañada de intoleranc¡a a
la glucosa e hiperinsulinemia, la cual
puede constituir una causa de la sobre-
producción.
Aumento de la concentrac¡ón de colesterol y de las
VLDL- Las LDL y HDL tienden a presentar anor-
mal¡dades. Este tipo de patrón se asocia a menudo
con enfermedad cardiaca coronaria, diabetes
mell¡tus tipo ll no insulinodependiente, obesidad,
alcoholismo y la adm¡nistrac¡ón de hormonas
progestac¡onales.
Hiperl¡poproteinemia famit¡ar t¡po V Aumento de los quilomicrones y de las
VLDL. No se comprende por completo,
pero es posible que se trate de defectos
en las LPL o en la apo C-tl.
Hipertriacilglicerolemia e h¡percolesterolemia con dis-
minución de las LDL y las HDL. En atgunos
pac¡enles se incrementa el riesgo de enlermedad
cardiaca coronar¡a.
Hiperalralipoprote¡nemia
f amiliar lncremento de la concentración de las
HDL.
Un trastorno raro aparentemente benéfico para la
salud y la longevidad.
Deficiencia de l¡pasa hepática Lá deficiencia de la enzima acumula nume-
rosas HDL y VLDL remanentes, abun-
dantes en triacilglicerol.
Los pacientes presenlan xantomas y enfermedad
cardiaca coronaria.
Defic¡encia fami¡iar de ¡ec¡tina:colesterol
aciltransf erasa (LCAT)
La ausencia de la LCAT bloquea el trans-
porte inverso del colesterol. Las HDL
permanecen como discos nacientes en
empalizadas o pilas, incapaces de cap,
turar y esterificar el colesterol.
Concentración baja de los ésteres del colesterilo y
de la lisolec¡tina. Presencia de una fracción anor-
mal de LOL, la lipoproteína X, presente tamb¡én en
los pacientes con cofeostasis. Anormalidad de las
VLDL (VLDL
P).
Exceso familiar de l¡poprolefna La Lp(a) consta de un mol de LDL enlazado
a un mol de apo(a). La apo(a) presenta
homología estructural con el plasm¡-
nógeno.
Enfermedad cardiaca coronaria prematura deb¡da a
la arler¡oesclerosis, además de trombos;s deb¡da
a la inhibición de la fibrinólis¡s_

404. 342 . Bioquímica de Harper
7. Algunas personas presentan defectos hereditarios
en el metabolismo lipoproteínico que causan un tras-
torno primario, hipolipoproteinemia o hiperlipopro-
teinemia. Muchas otras con trastomos como diabe-
(Capítulo 28)
tes mellitus, hipotiroidismo, enfermedad renal y
arterioesclerosis presentan paffones anormales se-
cundarios de las lipoproteínas similares a los tras-
tomos primarios. I
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f
\
\

405. 29
lntegración del metabolismo
y provisión de combustibles tisulares /
Peter A. Mayes, PhD, DSc
INTRoDUccIÓN
Los carbohidratos y los lípidos tienen funciones es-
tructurales y metaftlicas, pero es como proveedores
de una gran proporción de la energia dietética que tie-
nen el mayor impacto sobre el metabolismo y la salud.
La regulación de este flujo de combustible y la forma
en que se integra con otros combustibles tisulares son
de interés básico, ya que afectan muchos otros proce-
sos metabólicos y se relacionan con la enfermedad
metabólica.
IMPORTANCIA BIOMEDICA
Con un balance calórico
o como grasa.
go, en algunos tejidos, incluso con una alimentación
adecuada. los ácidos grasos se oxidan con preferencia
sobre Ia glucosa, pero en parlicular bajo condiciones
de déficit caiórico o a),uno. El propósito es ahonar
glgcosa para los tejidos (p. ej., encéfalo y eritrocitos)
gLre la requieren en todas las circunstancias. por
tan-
to. los mecanismos reguladores, con frecuencia ine-
diados por hotmonas, aseguran siempre un suministro
del combustible adecuado a todos los tejidos, desde la
alimentación cornpleta hasta la inanición total. Larup-
¡ura de estos mecanismos ocurre debido al des-
equilibrió hon'nonal (p. ej., deficiencia de insulina en
ia diabetes mellitr"rs), al desequilibrio metabólico de-
'ordo
a una lactancia abundante (p. ej., la cetosis del
ranado), o a grandes demandas metabólicas durante
:1 embarazo (p. ej., la enfermedad de gemelo en las
.,r'ejas). Todos estos trastornos constituyen ejemplos
extremos de aberaciones patológicas del síndrome
de inanicién normal, el cual es una complicación de
muchas situaciones médicas en las que disminuye el
apetito o se presenta úrra carga metabólica adicional,t
como el embarazo o la lactancia cuando la alimenta-
ción es inadecuada.
NO TODOS LOS ALIMENTOS
IMPORTANTES SON
INTERCONVERTIBLES
(Figura 29-1)
Que los animales se puedan engordar con una dieta
con predominio de carbohidratos demuestra la facili-
dad de la conversión de los carbohidratos en grasa.
Sin embargo, ya se ha señalado la capacidad limitada
de los humanos para converlir la glucosa en ácidos
grasos, particularmente en el tejido adiposo. A este
Le_s-p.-9_-qlp,*¿qq*rcse-p-ió¿-euyi!0p_-.o-4prlt.9"-es.la-.cbñér-\
s&g*dp-tpi.rll.-a1s"pn.a.gcIilcqA,.y-p-*us-.és.tsc-ans-
ti.&lyp-el matenialde-inialo para l"a ¡ípteqi¡.de1os-áci-
dqq g¡.psos.de c,ad.e.1¡a.1afga. En el proceso inverso, la
conversión de los ácidos grasos en glucosa, lareac-
ción de la piruvato deshidrogenasa es fundamen-
talmente irreversible, 1o cual evita la conversión di-
recta de la acetil-CoA en piruvato. Además, una
conversión total de la acetil-CoA a oxaloacetato a tra-
vés del ciclo del ácido cítrico no es posible, ya que se
requiere una molécula de oxaloacetato para conden-
sarse con la acetil-CoA y sólo se regenera una molécula
de oxaloacetato. Por razones similares, no puede dar-
se la conversión total de los ácidos grasos que tienen
un número impar de átomos de carbono (los cuales
forman la acetil-CoA) en glucosa o glucógeno. Sólo
la porción terminal de tres carbonos de un ácido graso
con un número impar de átomos de carbono qs
vo, una
.)+-)

406. 344 ' Bioquímica de Harqer
(Capítulo 29)
f
carbohidralo§ Grasa
{
ctucogeno I
rÍacilglicerol
Glucosa t
L
1l ¡rrucrssa
Serina *.- Fosfato de triosa ***----*-..-"-".> (Glicerol 3Josfato) Acidos gra§os
"___§:
Triptélano elanina +-*-a-:LÜ;;
rreonna
>-ll I / | t
,,",n,n-'o'n
/ | llrsoel,cna
*,,,1,,"""
,*o(
**7al l/t t
,,",n,.--"nn
/ | llrsotelcina I
uio,oxiprorina/ | I I
'.Ti:,Ti
I {
reucna
/*.,,i"*"\
Fenilalanina /
AsPartato
Cnralo
| {
,^s,*":,o,. \I I ei:¡v. \
T,.otrin, t Fumarato t?,Íril:"
l

cÍirico
I

l§oleuciná
{r-cet§glutarálo
l\,/t
i ,/7
-l
,+ Prooton:l-CcA
¡ Succinil-CoA Glutamato
I-'-";
t
/ tl Arqinrna
I
"*o,L,r.
\.r'oono'"1+"3 de unl'n'
/
",LL
f )
I
los áodos grasos Hist¡drna I
O'ñlltna )/
I
"on
numero rmPar de
I
I atomos dc carbono t
I M"r,onina
Hidroxiprolina
Figura 29-1 . lnterconversión de los principales alimentos'
glucogénica, ya que esta porción de la molécula es la
[u" f.i.*u finalmente la propionil-CoA como resul-
tudo d" la p oxidación (capítulo 21). Sin embargo, es
posible encontrar en el glucógeno ios átomos de car-
bono marcados de los ácidos grasos' una vez que tran-
sitan por el ciclo del ácido cítrico Esto se debe a que
el oxaloacetato es un intermediario en ei ciclo del
ácido cítrico y en la vía de la gluconeogénesis' La
porción gliceroi del triacilglicerol forma glucosa des-
pués delu activación a glicerol 3-fosfato, y éste
constituye una fuente importante de glucosa durante
la inanición.
A partir de los carbohidratos se pueden produc::
muchoi esqueletos de carbono de los aminoácidos n:
esenciales, por medio del ciclo del ácido cítrico r' l: *
transaminación. Mediante la inversión de estos ploc3-
sos, los aminoácidos glucogénicos aportan esquelet"
de carbono, que son miembros o precursores del crcl
del ácido cítrico. Por tanto, dichos esqueletos se co:-
vierlen fáciimente en glucosa y glucógeno mediar':'

407. Integroción del metabolismo y prctvisiót't de c¡¡mbttstible.c tisulares .
315
las vías gluconeogénicas. Los aminoácidos cetogénicos
originan acetoacetato, el cual, a su vez, se metaboliza
como cuetpos cetónicos y forma acetil_CoA en los te_
jidos extrahepáticos.
Por las mismas razones por las que no es posible
una conversión total de los ácidos grasos én car_
bohidratos, no puede presentarse la cónversión total
de 1os ácidos grasos en aminoácidos glucogénicos.
Tampoco es posible invertir las vías dá degádación
de los aminoácidos cetogénicos y de otro-tipo, Ios
cuales quedan en la categoría de aminoácidos nutri-
mentalmente esenciales. La conversión de los esque_
letos de carbono de los aminoácidos glucogéniios
en ácidos grasos puede llevarse a cabo mediante la
formación de piruvato y acetil-CoA, o mediante la in-
versión de las reacciones no mitocondriales del ciclo
del ácido cítrico desde el o-cetoglutarato hasta el
citrato, y a continuación la producción de acetil-CoA
mediante la acción de la Alp-citrato liasa (cupítulo
23). Sin embargo, por lo general la converqión 6tal de
los aminoácidos en grasa no constituye un proceso im-
portante. Incluso en los carnívoros con un¿ dieta
abundante en proteínas, también es abundant,: la in-
-sestión
de grasa, lo que podría inhibir la lipogénesis.
I.A ECONOMÍA
DEL METABOL¡SMO
DE CARBOHIDRATOS Y LÍPIDOS
INCLUYE TODO EL CUERPO
La glucosá es una nOesidad
metabólica para el encéfalo
y los eritrocitos en cualqu¡er
estado de nutrición
Se han descrito muchos detalles de la irueracción entre
los metabolismos de carbohidratos y lípidos en varios
tejidos, en particular, la fácil converr ión de muchas
sustancias glucogénicas
.a
glucosa y glucógeno median-
te la gluroneogénesis. Ésia es partióularáente impor-
tante debido a que ciefios tejidos y tipc,s celulares(en-
tre los cuales se incluyen el sistema nervioso centrál y
los eritrocitos) dependen de un suniinistro continuá
de giucosa.
Quizá los tejidos extrahepáticos requieran
un suministro mínimo de glucosa pára conservar las
concentraciones del oxaloacetato y ta integridad del
ciclo del ácido cítrico. Además, la'glucosa óonstituye
la fuente principal de glicerol 3-foJfato para los teji-
dos carentes de la glicerol cinasa, como el te;lao aAifoio.
Portanto, en todas las circunstancias existe un, o"-
locidad mínima y obligatoria de utilización de la
glucosa. También se requiere grandes cantidades de
gfucosa para la nutrición fetalylasíntesis de la lactosa
de la leche. En tiempos de escasez, ciertos mecanis-
mos adicionales a la gluconeogénesis salvaguardan los
srministros esenciales de glucosa al permitir que otros
sstratos eviten su oxidación.
La_ utilización preferente de cuerpos
cetón¡cos y ácidos grasos libres'
reserya a la glucosa para sus
funciones básicas
su in
su des-
aumenta la concentración intracelular del citrato, 1a
cual, a su vez, inhibe de rnanera alostérica a la fbs-
fofructocinasa. La oxidación de estas sustailcias
también incrementa los t alores de Iacetil-CoA],ICoA]
y de [ATP]/[ADP], con 1o cual se inhibe la activiciad
de la piruvato deshidrogenasa (figura 19 6). Éstas l.
siguienL ., ggpggsfggjeos
1y
quilá óiiol¿ct¿os
grasos de cadena cofta, p. ej., acetato),2) ácidos grasos
libres y 3).glucosa. Esto no significa que iáda cor:rbus-
tible se oxide con exclusión total de cualquier orro, ya
que por 1o general se utiliza una mezcla de dif-erentes
combustibles (figura 29-2). Estos mecanismos son más
importantes en los tejidos con gran capacidad de oxi-
dación aerobia de los ácidos grasos, por ejemplo.
corazón y músculo de contracción lenta, que en los te-
jidos con poca capacidad, como el r¡úsculo de
contracción rápida.
La
combinación.de.los efectos de los ácidos grasos
HbreJsóbre el ahor:ró de la utilización de glucosá en e1
músculo y el corazón, y el efecto de tetroalimentación
de la glucosa ahórrada para hhibr la movilización de
los ácidos gra§os librés en el tejido adiposo se ha deno-
minado el ciclo glucosa-ácido graso.
En el ejercicio moderado. los lípidos constituven el
combustible principal, pero en ei ejercicio intenso son
menos adecuados, por 1o que los carbohidratos asumen
la frmción de cor¡bustible principai hasta que se asota
el glucógeno muscular. De importancia adicional r-esu1-
tan las reseryas de triacilglicerol en las propias células
musculares, ya que pueden utilizarse como combustible.
DURANTE LA INANICIÓN
SE PROPORCIONA UN SUMINISTRO
CONTINUO DE COMBUSTIBLE
PARA LOS TEJIDOS
En los animales alimentados con dietas abundantes en
carbohidratos se evita la oxidación de los ácidos grasos.
Esto se debe a la inhibición de la lipólisis en el tejido
(
,*
I
\/
9al9gxilaciÓLgx-i-d¿tiva a piruvato. La oxidación de
los ácidos grasos libres
¡r de los clrerpos cetónicos
perfundido el acetoacetato se ox
co

408. Glucosa 6-fosfato
346 . Bioquímica de Harper
TEJIDO
ADIPOSO
TEJIDO
EXTRAHEPÁTICO
(p.ej.,
músculo cardiaco)
(Capítulo 29)
Glicerol 3-fosfato
¿WV2
Figura 29-2. !nterrelaciones metabólicas entre tejido adiposo, hígado y tejidos extrahepáticos. (LPL, lipoproteína lipasa;
AGL, ácidos grasos libres, VLDL, lipoproteínas de muy baja densidad.)
Confbme e1 animal pasa del estado cie alimentación
á
al de a1.uno, disminuye la disponibilidad de giucosa en
1a sangre, y se extrae glucógeno hepático para conser- .
var ia glucosa sanguinea; disminr"rye 1a concentraciórr.
,
sanguínea de la insulina, y 1a del glucagón aumenta. Con-
lonae disminuye la utilización de la glucosa er, el tejido
^or{
or"y
Aminoácidos,
Iaclato
\^lño,,.{".,- AGL-
I
Griceror I I
I+ll
-
t I Ouilomicrones
, I \_______________ _ tt +
-{
}
(lioonroteinast
I
SANGRE
b'o
o
ñ¡
ñ
AGL+ AGL
adiposo como consecuencia de las grandes concentra-
ciones sanguíneas de glucosa e insulina y, por tanto, la
concentración de los ácidos grasos cs baja (figr,ra 29-3).
En humanos con alimentación adec,rada, las proporcio-
nes oxidadas de los diversos nutrientes caloríflcos se
detenninan por sus proporciones relativas en 1a dieta.
,/
t\
/\
\l
\./
}-loslalo---/
Cuerpos cetón¡cos
t
I
| -'-
Acetil-CoA +*
t
/ Ciclo \
I o"r á"ido I-*

cítrico
J
\--l
TG
I
--t-
HIGADO
3{oslalo
I
Glucosa
/\
tl
\/
Glucógeno
Glícerol
I
TRIACILGLICEROL (TG)
l

409. Integra.ción del metabolislyl 1: prot i.sión cle c:ombustibles f istilares .
_j47
adiposo y se hace menor el efecto inhibidor de la
insulina sobre la lipólisis, la grasa se moviliza como
ácidos grasos libres y glicerol. Los ácidos grasos li-
bres se transpofian a los tejidos y en éstos se oxidan o
esterifican. El glicerol, una vez activado a glicerol 3-fos-
f-ato, ingresa a la reserva de carbohidratos, sobre todo
en hígado y riñón. Durante esta fase de transición del
cstado de plena alimentación al estado de a)runo com-
pleto, la producción endógena de glucosa (a partir de
los aminoácidos y ei glicerol) no alcanza para satisfa-
ccr su utiiización y oxidación, ya que ios almacenes
hepáticos de glucógeno se vacían y la glucosa sanguí-
nea tiende a disminuir. De esta manera, la grasa se
n'roviliza a r-rna velocidad cada \¡ez mayorl y algunas
horas después los ácidos grasos libres plasmátic«rs y
Ia glucosa sanguínea se estabilizan en la concentra-
ción correspondiente al estado de ayuno (0.7 a 0.8 y
3.3 a 3.9 mmol/L, respectivamente). En este momento
debe suponerse que el suministro de glucosa en todo ei
animal equivale a las demandas obligatorias para la
utilización y oxidación de la misma. Esto se logra
rnediante el incremento de la oxidación de los ácidos
grasos libres y de los productos de éstos (los cuerpos
cetónicos), con 1o cual se evita la oxidación no obli-
gatoria de la glucosa. Este delicado equilibrio se
interrumpe en los estados que demandan más glucosa
tp. ej., embarazo y lact§tcia) o en aquellos en que se
deteriora la utilización de la glucosa (p. ej., diabetes
nrellitus) y que por tanto llevan a una mayor moviliza-
¡ión de 1a grasa. tJry
fuflÉl iryng,-tg¡t"
det-tejido
rdiposo es la provisión de óái6oñldiáiós en foñná de
de 5oA aI sustrato total oxidado en todo el cuerpo.
Después de alimentar de nuevo con glucosa al
animal con inanición, la glucogénesis hepática tie-
ne lugar por medio de intermediarios de tres carbo-
nos como el lactato, 1o que indica que la gluconeo-
eénesis continúa por algún tiempo después de la
realiment¿ción.
La cetosis es una adaptación
metaból¡ca para la inanición
La función principal de la cetogénesis consiste en eli-
minar el exceso de carbonos de los ácidos grasos en el
hígado, de manera que tal exceso se oxide con rapidez
en los tejidos extrahepáticos en lugar de la glucosa.
Glucagón plasmático
-"-----;'/r,
,
,
,
l¿
rl-
//
ttl,
t
rJ¡¡¡¡-¡¡
I
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I
,
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¡
---f'-§.!l?3gi3
I
.a
a lz-z+
Horas de inanición
Figura 29-3. Cambios relativos en los parámetros metabó-
licos durante el inicio de la inanición.
La cetosis se origina como resultado de una deficien-
cia en la disponibilidad de carbohidratos. Esto pro-
mueve la cetogénesis mediante las acciones siguien-
tes (figuras 24-9 y 24-10): i) conro resultado de 1a
lrrenor concentración de insulina se produce un des-
equilibrio entre la esteril'rcación y la lipólisis en e1
tejido adiposo, con la liberación consecuenre dc áci-
dos grasos libres a la circulación. Estos últimos cons-
tituyen los sustratos principales para la formación de
1os cuerpos cetónicos en el hígado y, por tanto. todos ios
factores, sean metabó1icos o endocrinos. qrie af-ectan
la liberación de los ácidos grasos libres del tejido adi-
poso, influyen sobre la cetogénesis. 2) Una vez que
los ácidos grasos libres ingresan a1 hígado. el equili-
brio entre la esterificación y la oxidación se gobicnta
por la actividad de la carnitina palmitoiitranst-erasa I,
la cual se incrementa con e1 aumento de 1a concentra-
ción de los ácidos grasos libres
-v--
de la proporción g1u-
cagón:insulina. 3) Confbrme se oridan más ácidos
grasos, más de éstos fbn¡an cuelpos cetónicos y me-
nos forman COr. reguiado de manera que la producción
hepática total de AfP permanezca constante (figura
24-9). Los tejidos extrahepáticos utilizan los cuerpos
cetónicos de manera proporcional a su concentración
sanguínea.
Durante la inanición puede operar un mecanrsrno
de retroalimentación para el control del gasto de ácidos
grasos libres, derivado de la estimuiación dirccta del
páncreas por los cuerpos cetónicos y 1os ácidos grasos
libres para aunrentar la producción de insulina.
a .^¡b ¿
g,J .ji"j'iy-"
\
4

410. 348 . Bioquímica de Harper (Capítttlo 29t
En la mayor parte de los trastornos, los ácidos
grasos libres se movilizan en exceso de los requeri-
mientos de la oxidación, ya que una gran propoición
de dichos ácidos se esterifica, incluso durante el ayu-
no. Como el hígado captura y esterifica una proporción
considerable del aporte de ácidos grasos ñbrés, asu-
me una función reguladora alretirar de la circulación
el exceso de éstos. Con un suministro adecuado de
carbohidratos, la mayor parte del aporte se esterifica y
finalmente se transporta de nuevo desde el hígado
como VLDL para su utilización por otros tejidos. Sin
embargo, frente a un incremento en el aporte de áci-
dos grasos libres se dispone de una vía opcional, la
cetogénesis, la cual permite que el hígado continúe el
transporte de la mayor parte del aporte de estos áci-
dos, de manera que se utilicen con rapidez por los
tejidos exkahepáticos, cualquiera que sea el estado de
la nutrición.
En la figura 29-2 se representa la mayor parle de
estos principios. Debe hacerse notar que existe un ci-
clo de los carbohidratos que implica la liberación de
glicerol a partir del tejido adiposo y su conversión hepá-
tica en glucosa, seguida por el transpofte de ésta al
tejido adiposo para completar el ciclo. El otro ciclo, un
ciclo lipídico, incluye lá Hberación de ácidos grasos
libres del tejido adiposo, el transporte hacia el híga-
do y la esterificación en éste de dichos ácidos, así como
el transporte como V¡pL de regreso al tejido adiposo.
LAS PRINCIPALES VÍAS METABÓLICAS
SE REGULAN MEDIANTE ENZIMAS
ESENCIALES QUE CATALIZAN
REACCION ES DESEQU I LI BRADAS
En el cuadro 29-l se resumen los reguladores princi-
pales de las vías metabólicas importantes. Tal como
se hace notar en los capítulos previos, estas vías se
controlan en 1 o 2 reacciones desequilibradas, las cua-
les por lo general se presentan al inicio de la vía. Sin
embargo, la adaptación para el incremento a largo plazo
de la ullTización de una vía (p. ej., lipogénesis) con
frecuencia se acompaña de un incremento general de
la capacidad enzimáfica de la vía en su conjunto. eui-
zá esfo se coordine mediante un mecanismo común
para incrementar la expresión génica y en el cual se
involucre un metabolito señal como la glucosa 6-fosfato.
LOS PATRONES PRINCIPALES
DEL METABOLISMO EN LOS ÓRCRI{OS
O TEJIDOS INDIVIDUALES ESTAN
DETERMINADOS POR LA PRESENCIA
O AUSENCIA DE ENZIMAS
ESENCIALES
En el cuadro 29-2 se resumen las características me-
tabólicas fundamentales y únicas de algunos de los
órganos principales. Estos patrones metabólicos estált
deteminados por ia distribución de enzimas básicas
en órganos y tejidos, lo que constituye el factor prin-
cipal que afecta el tipo de sustrato que se captura y de
productos que se fon.nan, todo 1o cual determina el
flujo y la dirección de los metaboiitos en la sangre.
ASPECTOS CLÍNICOS
La cetosis patológica se produce '
por una ampliflcación de los factores
causantes de la cetosis durante
la inanición
La cetosis que se presenta durante la inanición y la ali-
mentación con grasa es relativamente leve comparada
con el trastomo que se enfrenta en la diabetes mellitus
no controlada, enfermedad del gemelo (toxemia del
embarazo ovina) o cetosis del vacuno lactante.Larazón
principal parece ser que en los trastomos intensos los
carbohidratos quedan incluso menos disponibles para
los tejidos que en los trastornos leves. Por tanto, en las
variantes más leves de diabetes mellitus, en la alimen-
tación con grasa y en la inanición crónica, el glucógeno
se presenta en el hígado en cantidades variables y las
concentraciones de los ácidos grasos libres son meno-
res, lo cual quizá explica la cetosis menos severa que
acompaña a estos trastornos.
En la diabetes meilitus tipo I es posible qp la
falta (o fálta relativa) de insulina afecte más al tejido
adiposo que a otros tejidos debido a la extrema sensi-
bilidad de dicho tejido a la hormona. Como resultado,
se incrementa la liberación de ácidos grasos libres hasta
alcanzar el doble de la concentración plasmática en
personas sanas en a)runo, con aumento concomitante
de la concentración de cuerpos cetónicos. Dentro del
hígado también se producen muchos cambios en la ac-
t
tividad de las enzimas que aumentan la velocidad de la ,
gluconeogénesis y de la transferencia de la glucosa a
'
la sangre, a pesar de las grandes concentraciones circu-
lantes de glucosa.
En la cetosis de los rumiantes se presenta una
pérdida intensa de la glucosa sanguínea debido a las
demandas fetales de los gemelos o a las demandas de I
Ia lactancia masiva (figura 292). Esfa consideración
produce hipoglucemia extrema acopiada a cantidades
minúsculai dé glucógeno en el hígado. En estos tras- I
tomos, Ia cetosis tiende a ser intensa. Conforme se de-
sarro1ia1ahipog1ucemia,disminuye1asecrecióndein-
sulina, io que da lugar a una menor utilización de la
adiposo. Las mujeres embarazadas con frecuenci¿
sentan cetosis leve.
.Darazasas conffec,enclapre-
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411. Integración rJel metabolismo v provisión tle cc¡mbttstibles tisultu.es .
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412. (Capítub 291350 . Bioquímica de Harper
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413. Integración del metabolisrno y provisión de combustibles tisulares .
351
En la diabctes rnellitus tipo I no tratada, e1 falleci-
:¡iento se presenta como resultado de las compli-
caciones de la acidosis producida por la depleción a
largo plazo de la base necesaria para neutralizar los
,luerpos cetónicos ácidos excretados en 1a orina (capí-
tulo 65, caso No. 9: Diabetes mellitus tipo I,con
;etoacidosis). En la toxemia del embarazo ovino, el
.oma y la muefte se presentan con rapidez debido a ia
hipoglucemia intensa.
l. Muchos de los principales alimentos se pueden inter-
conveftir. Los carbohidratos se convieften a ácidos
grasos por medio de la reacción de la pir-uvato deshi-
drogenasa. Toda vez que esta reacción es básicamente
irreversible, no se puede presentar el proceso opuesto.
Tampoco puede acontecer una conversión total de
ia acetil-CoA (o de sustancias formadoras de acetil-
CoA) a glucosa a través del ciclo del ácido cítrico.
ya que se consume una molécula del oxaloacetato
por cada molécula de éste convertida en glucosa.
2. Muchos de los esqueletos de carbono de los amino-
ácidos no esenciales se pueden producir a partir de
los carbohidratos mediante el ciclo del ácido cítri-
co y la transaminación. La inversión de este proceso
permite que los aminoácidos glucogénicos ingre-
sen a la vía de la gluconeogénesis.
3. Durante la inanición, los ácidos grasos libres y los
cuerpos cetónicos se oxidan con prefencia sobre
ia glucosa. la cual se ahorra para los tejidos que,
como el encéfalo, la requieren permanentemente.
Esto se logra mediante la inhibición de 1a fosfo-
fructocinasa y de la piruvato deshidrogenasa. Este
efecto, acoplado a la inhibición de la movilizació¡
de los ácidos grasos libres en el tejido adiposo a
cargo de la glucosa ahorrada, se denomina ciclo glu-
cosa-ácido graso.
4. La cetosis es una adaptación metabólica a la inani-
ción, y se exacerba en estados patológicos como
diabetes mellitus y cetosis de los rumiantes. r
a
Brooks GA, Mercier J: Balance of carbohydratc and Iipid
utilization during exercise: The "crossover" concept. J
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centration of citrate, hcxose phosphates and rll,cogen
in skelctal muscle and hearl: Evidence for selective opera.
tiorr ofthc glucose-fatty acid cyc1e. Biochem J 1985;
232:585.
,i

414. Sección lll
Metabolismo de proteínas
y aminoácidos
Capítulo 30. Biosíntesis de aminoácidos nutrimentalmente no esenciales ................3S5
Capítulo 31. Catabolismo de las proteínas y del nitrógeno de los aminoácidos........363
Capítulo 32- Catabolismo de los esqueletos de carbono de los aminoácidos............. 375
Capítulo 33. Conversión de los aminoácidos a productos especializados..................40l
Capifrto 34. Porfirinas y pigmentos biliares
.......... 413
353

415. \
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Es er:róneo referirse a los aminoácidos funclamentales
para 1a nutrición como "esenciales,, o
..inclispensables,,,
v a ios no esenciales como "prescindibles,, o
,.no
esen-
ciales" (cuadro 30-l). Aunque dentro del contexto
nutricional, estos términos resultan adecuados, sin
embargo, excluyen la naturaleza biológicamente esen_
cial deqlos.20,aurinoácidos. Se puede argumentar que
los arniEoáctdos no esenciales tienen mayor in.rportan_
cia a nivél C,e1l. áíque los esenciales, pr.rio queéxisten
organismos (p. ej., humanos) que carecen de la capa_
;idad para fbbricar estos últimos, mas no los prirneros.
Ya que esta obra enlbtiza los proccsos metabólicos
Je los tejidos humanos, se discutc aquí sólo la biosín-
:esis de los aminoácidos no esenciales para 1a nutrición,
rmitiendo ia de los arninoácidos esenciales para plan_
JS y rxlcroorganlsmos.
*
RTANCI/
1EIL
tas regiones de África occidental. El primero se pre-
senta'cuando un niño ha sido sometido a una dieta
basada en carbohidratos y pobre en proteínas. En el
marasmo, tanto la ingestión calóríca como de amino_
ácidos específicos es deficiente.
LOS AMINOACIDOS ESENCIALES
PARA LA NUTRICIÓN TIENEN
VÍAS LARGAS DE elosfÑTEs¡s
I a existencia.de requerimientos nutricionales sugiere
qug la dependencia del suministro extemo de un inter-
mediario específico puede ser de mayor valor parala
supervivenóia que la propia capacidad para iinteti-
7arlo. Si un intermediario específico sq encuentra en
,,.\-
er allmento. un organtsmo que puede shtetizarlo re_
{.*1.:lá
V transferirá a las generaciones fururas-
Esenciales para la nutriciónNo esenciales para la nutrición
Arginina*
Histidina*
lsoleucina
Leuc¡na
l-isina
Metionina
Fenilalanina
Treonina
Triptófano
Valina
*
Seniesencial para la nutr¡ción. Sintet¡zadas a concentrac¡ón inade_
cuada durante el crecimiento infantil.
t
No necesarias para la síntesis prote¡ca, pero se forman durante el
procesamiento postraduccional de la colágena.
a ¡I
¿
-as
impiicaciones médicas del contenido de este capí-
,rlo se reiacionan con los estados de deficiencia cle
':rinoácidos
qr-re pueden presentarse si cualesquiera
-: ics aminoácidos esenciales falta en la dietá o se
::rcllentra en cantidades inadecuacias. Debido a que
--gLrnos granos son fuentes relatitamente pobres de
rptófano y lisina, las regiones geográficas ór.iya dieta
,-'basa
fundamentalmente elr estos granos paia la ob_
'.:rción
total de proteínas, y donde no se acostumbra
r lonsumo dE otras fuentes de proteínas que servirÍan
,. complemento como leche, pescado o carne, pueden
r scñ,arse graves condiciones fisicas por deficiencia"
: ku,ashiorkor
1r el marasmo son endénlicos en cicr-
Alanina
Asparagina
Aspartato
Cisteína
Glutamato
Glutamina
Glicina
Htdroxiprolinar
Hidroxilisinat
Prolina
Serina
T¡rosina
3_55
-
i

416. 35ó . Bioquínticu d.e HarPer
in_formación genética de valor negativo para la super-
vivencia. El valor para sobrevivir es negativo porque
el etf y los nutrientes se utilizan para sintetizar DNA
"innecesario". El número de enzimas requeridas por
las células procariotas para la síntesis de aminoácidos
esenciales resulta extenso en relación con las reque-
ridas para la síntesis de aminoácidos no esenciales
(cuadro 30-2). Esto sugiere que existq una ventaja de
supervivencia al conservar la capacidad para fabricar
aminoácidos "sencillos" y perderla para producir ami-
noácidos "complicados".
7
6
6
5 (4 compartidas)
8
8 (6 compartidas)
1 (7 compartidas)
3 (7 compartidas)
10
5 (8 compartidas)
59
De los 12 aminoácidos no esenciales (cuadro 30-l),
.nueve se forman
a partir de intermediarios anfibólicos;
t,o§ ti"t restantes (Cis, Tir, Hil) se forman a pafiir de los
aminoácidos esenciales.
; La glutamato deshidrogenasa, glutamina sintetasa
v tráñsaminasas desempeñan funciones fundamenta-
ies en la biosíntesis de aminoácidos. Su efecto conjunto
es cdlalizar la transformación del ion amonio inorgánico
a nitÜgeno orgánico cr-amino de muchos aminoácidos.
I
1) Glutamato: La aminación reductiva del cx-cetoglu-
tarato se cafaliza por la glutamato deshidrogenasa
(figura 30-l).3!demás de la fo¡mación de L-gluta-
matqa partir del intermediario anfibólico o-cetoglu-
tarato, esta reacción constituye un primer paso clave
en ia biosíntesis de muchos aminoácidos adicionales.
2) Glutamina: La biosíntesis de glutamina a partir de
glutamato se cataliza por la glutamina sintetasa
(figura 30-2). Esta reacción muestra tanto semejan-
Guadro 30-2. Enzimas requeridas
para la síntesis de aminoácidos
a partir de intermediarios anfibólicos
(CaPítulo 3(tt
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n,o I
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Figura 30-1 . Reacción de la glutamato deshidrogenasa. La
aminación reductora del g-cetoglutarato a través del NHo'
procede a expensas del NAD(P)H.
zas como diferencias con la reacción catalizada por
la glutamato deshidrogenasa. Las enzimas "fijan" un
nitrógeno inorgánico al enlace aminp y otro al enlace
amida. Ambas reacciones se acompañan,. de manera
simtiltánea, por reacciones altamente exQrgónicas:
en el caso de la glutamato deshidrogenasa, la oxida-
ción del NAD(P)H, y en el de la glutamina sintetasa,
la hidrólisis del ATP.
3) Alanina y aspartato: La transaminación del piruva-
to forma L-alanina (figura 30-3), y Ia del oxaloacetato
origina l-aspartato. La ransferenciadel grupo a-amino
del glutamato hacia los intermediarios anfibólicos
piruvato y oxaloacetato ilustra la capacidad de una
transaminasa paracanalizar el ion amonio, vía gluta-
mato, hacia el nitrógeno «-amino de los aminoácidos'
4) Asparagina: La formación de asparagina a partir
de aspartato, cafalizadapor la asparagina sintetasa
(figura 30-4), se parece a la síntesis de glutami-
na (figura 30-2). Sin embargo, puesto que la enzima
en los mamíferos utiliza glutamina en lugar del ion
amonio como fuente de nitrógeno' la asparagina
sintetasa de los mamíferos no puede "frjar" nitró-
geno inorgánico. En contraste, la asparagina sinte-
tasa bacteriana sí emplea ion amonio y, por tanto'
"f¡a" nitrógeno. Como en otras reacciones en las
que se forma pirofosfato (PP), la hidrólisis simul-
tánea del PPi a P1 mediante la acción de la pirofosfa-
tasa asegura que la reacción sea energéticamente
favorable.
NH"+
\.'.Vo
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r^ Nru+
tV.'\./An.''o-
0§
Ala
Asp
Asnt
Glu
Gln*
i"i-iiÉ
i¡ou
Pro*
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,o.'l'ir
Ag*
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3
I
2
1
17
L_glutamato
.
y'
L-glutamina
**.=P--
/\
Ma-ATP Ma-ADP + P,
Figura 30-2. Reacción de ia giutamina sintetasa
Número de enzimas requeridas para la sfntesis
*
De Glu.
r
De Asp.
*
De Lis.
§ De Pro. ' De Ser'
r De Ser más 52-
*
De Fen
LOS AMINOACIDOS NO ESENCIALES
PNNN LA NUTRICIÓN TENEN VÍAS
CORTAS DE BIOSINTESIS
]- /)

417. Biosíntesis de aminoácidos nutrime,talmente no esenciales .
357
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)\"'o
/áAtantna
ü-cetoqlutarato u oxaloacetato
Glu o Asp
cr hidroxilo se oxida a
Mg-ATP
tii
§-3-fostoglicerato
NADI
NADH + Hr
\
Figura 30-3. Formación de alanina mediante la transami_
nación del piruvato. El donador del amino puede ser el
glutamato o el aspartato. El otro producto es el o_cetoglutarato
o el oxaloacetato. Si el oxoloacetato, en lugar del p"iruvato,
es el ácido oxo la recepción del grupo amiño del giutamato
orrgtna aspartato.
@-o ó
Fo*fohidl§riSñrüaüo
V"-*
f*.oo
NH"*
^'o-
fi-o ó
fd§-r"§dina
trr
NHJ
/.-r'
HOO
!-§dna
Figura 30-5. Biosíntesis de serina (cx-AA, o-aminoácidos:
o-CA. a-cetoácidos).
nina.(esencial) y serina (no esencial). La metionina
se convierte a homocisteína a través de la S_adenosil_
metionina y la,§-adenosilhomocisteína (capítulo 32).
La conversión de homocisteínay serina a cisteína y
homoserina se muestra en la figura 3G-9.
9) Tirosina: La tirosina se forma a partir de fenilala_
nina mediante la reacción catalizada por la feni_
lalanina hidroxilasa (figura 30-10). Aií, mientras
que la fenilalanina constituye un aminoácido esen_
cial para la nutrición, la tirosina no lo es si la dieta
contiene cantidades adecuadas de feniialanina. La
reacción no es reversible, es decir, la tirosina no
puede reemplazar los requerimientos nutricionales
de fenilalanina. El complejo de la fenilalanina hidro_
xilasa es una oxigenasa de función rnixta presente
en el hígado de mamíferos, pero ausente de otros
tejidos. La reacción implica ia incorporación de un
átomo del oxígeno rnolecular en ia posiciófi part
de la fenilalanina, en tanto que el otro átomo es re_
ducido, formando así agua (figura 30_11). E1 poder
reduetor, aportado por el NADpH, es proporeránadc
mediante
para
formar serina.
6) Glicina: La síntesis de glicina en los tejidos de
mámíneros puede ocurrii de muchas foimas. El
citosol de las células hepáticas contiene transamina_
sasQe glicina que cataiizanla síntesis J" gli.i"" u
partir de glioxilato y glutamato o alanina. A dife_
rencia de la mayor parte de las reacciones de tran_
saminación, esto último favorece la síntesis de
glicina. Dos rutas adicionales de gran imporlancia
en los mamíferos para la formación de glióina utili_
zan colina (figura 30-6)
V serina mediante la reac_
ción catalizada por la serina hidroximetiltranslerasa
(figura 30-7).
r)
Prolina: En los mamíferos y algunas otras formas
de vida, la proli.na se forma a pátir del glutamato
mediante la inversión de las reacciones dél i?rtabo_
lismo de este aminoácido (figura 30-g).
8) Cisteína: La cisteína, la cualno es esencial para la
nutrición por sí misma, se forma a parlir de metio_
Q NH.*
ffilw'-
o
L.ásparag¡na
-l
I
Mg-AMP + PP¡
:lgura
30-4. Reacción de la asparagina sintetasa. §lótese
:s semejanzas y diferencias con Ia reacción de la glutamina
: -ietasa
(figura 30-2).
L-asparlato
Gln

418. J58
. *
(Capítulo 30)
Metileno
H¿ folatoH4 folato
ñlu
-
Colina
§etaína rldehído
HOO
Serina
o
Glicinal-_
e$ r'l
I cour.rnoxronsa I
l-
?*,
H3C
*
N+- CH3
t
)
o
a
¡
lt
*,o
I
o
ll
l--l--
ffiNH-
a2-pirrolidi na-5-earboxilato
t
Tz NADH-H'
V
t
l runo"
V
o
cHo
I
N+-cH"
l"
tu x-". '-L"
Figura 30-7. Reacción de la serina hidroximetiltransferasa
Lireacción es libremente reversible. (H^ folato, tetrahi-
drofolato.)
I
I \l -o-
lt
ffi üor.¡*
L-glutamalo
t z NADH+H'
*.,
-('t\
l ¡¡6*
Y
o
A
/Y'
L-i
-o
NH.-
r--gtutamatol.Jemialdehído
Figura 30-8. Biosíntesis de prolina a partir de giutamaio
médiante la inversión de las reacciones del caiabolismo de
la prolina.
NAD" \{
t#rArhA ALDEñDo I
,,1 I oesHlonoeer.¡¡s¡
I
NADH + H* -lt-
ffi
H3C -
N+- cHs
\_,/.o_
Betafna ll
^
rcHsr
*1
ffi-¡-cH'
Htl
-o-
V
(Xmet¡lglicina
3
,",,o,/ | ''ilIb"#:,*_¡
Formaldehído
I
--
H\,
/cH3
-N
,-
l--
-o
§arcosina
I
,^,,
^,)
lsAncosM-l
lunzvt
I
oxtpAs!
I
Formaldehído
+
NHJ
I
---.-O-
Glicina
á
Figura 30-6. Formación de glicina a partir de colina'
de manera inmediata como tetrahidrobiopterina,
una pteridina setnejante al ácido fólico.
10) I{idro-,¡-iprolina: Puesto que ia prg]iu finciona
como un precursor de la hidroxiprolina, ambag
pertenecen a la familia glutamalo de 1os amino-
ácidos. Aunque, tanto la hidroxiprolina 3- como
1a 4- están presentes en 1os tejidos de mamíferos,
los datos siguientes sólo se refieren ala trans- -
hidroxiprolina.

419. Biosíntesis degminoácidos nutt'imentaltnente no esenciales .
359
I -
r-r"o
r
t
NH"*
-\o
(Y
H.N* on"
o
S
oYV
L-c¡steína
o
L-homoserina
Figura 30-9. Conversión de homocisteína y serina a homo-
serina y cisteína. Nótese que mientras el sulfuro de la cisteína
leriva de la metionina mediante transulfuración, el esquele-
:o de carbono es proporcronado por la serina.
NADPT NADPH + H+
)
><
{\
Tetrahidro- Dihidro-
b¡opterina biopteriña
\/
czlK*rzo
(\
ñcHr-cH
-coo-
^cH,
cH coo-
)
NH¡'
Ho)-.,)
NH.'
L-fenilalan¡ná L-tirosina
H
"tY*)r*)
Hñ- -Y- A
"Xo*.*-
Tetrah¡drobiopterina
Figura 30-10. Reacción de Ia fenilalanina hidroxilasa. parti_
cipan dos actividades enzimáticas d¡st¡ntas. La actividad ll
calaliza la reducción de la dihidrobiopterina a través del
NADPH, y la actividad I la reducción del O, a HrO y de
fenilalanina a tirosina. Esta reacción se relaciona con mu_
chos defectos del metabolismo de la fenilalanina discutidos
en el capítulo 32.
una cadena polipeptídica prolongable. No obs-
tante, la prolina de la dieta constitul,e un precursor
de la hidroxiprolina de 1a co1ágena. La hidroxi-
lación de la prolina o lisina unidas al péptido
(colágena) es catalizada por ia pro1i1 hidroxilasa
(figura 30 11) o por la lisil hidrorilasa, enzimas
relacionadas con la fracción microsomal de muchos
tejidos (piel, pulmones. hígado. corazón. músculo
esquelético y heridas en estado de granulación).
Estas enzimas son peptidil hidroxilasas, puesto
que la hidroxilación sólo tiene lugar de forma sub-
secuente a 1a incorporación de prolina o lisina a la
cadena polipeptídica.
Ambas hidroxilasas son oxigenasas de función
mixta que requieren, además del sustrato, 02 mo-
lecular, ascorbato, Fe2* y cx-cetoglutarato. Laprolil
hidroxilasa ha sido la más estudiada, pero la liiil hi-
droxilasa parecer ser una etzima totalmente aná-
loga a la primera. Por cada mol de prolina hidro-
xilada, 1 mol de u-cetoglutarato se descarboxila
a succinato. Durante este proceso, un átomo de O.
molecular se incorpora a la prolina y otro al suc-
cinato (figura 30-11).
NTL+
H:T %;,.
t\-v
0
L-hsmocisHnt
I
|* *.
NHs*
-f- -o-
H.r,¡*
§
X
rv
G
C¡stat¡onlnt
h. proteína más abundante en los tejidol'de ma-
míferos. La colágena posee alrededor de ura terce-
ra parte de glicina y otra tercera parte de prolina
más hidroxiprolina. La hidroxiprolina, que consti-
tuye una gran proporción de los residuos de ami-
A1 igual que la hidroxilisina, la lina se
que es
noácidos de la colágena, estabiliza la triple hélice
de esta
A diferencia de los grupos hidroxilo de
la hidroxilisina, que actúan como sitios de f¡ación
para los residuos galactosilo y glucosilo, los grupos
hidroxilo de la hidroxiprolina de la colágenano
se sustituyen,
Una característica poco común del metabolis-
mo de la hidroxiprolina y de la hidroxilisina es que
los aminoácidos contenidos en las proteínar queirr-
gresan a través de los alimentos no se incorporan
a ia colágena. No existe un tRNA capaz de aceptar
hidroxiprolina o hidroxilisina, ni de insertarlás a
cH*cH,CH3
OH OH
&
,

420. 360 . Bictquímica de HarPer
0-cet0qlularato {1EOl
§ucc;nato
,.v! pr§v^.\ ,"v"\./'Pf§ \,'\
(Capítulo 301
H
I
H-Se-CH,-C-COO-
Se + ATP >-- AMP + Pi
-o-
Figura 3G-'t2. Selenocisteína (arriba)y la reacción catalizada
po-r la selenofosfato sintetasa (abaio).
I
NHi
O
II
+H-Se-P
I
o
,qo,
,,áH
Figura 30-1 1. Reacción de la prolil hidroxilasa
.El
sustrato
esln péptido rico en prolina. Durante el curso de la reacción'
se incbrpora oxígeno molecular tanto al succinato como a la
prolina (demostrado mediante el empleo de oxígeno pesa-
Oo,
"Or).
La lisil hidroxilasa cataliza una reacción análoga'
11) Hidroxilisina: La 5 hidroxilisina (a,e-diamino-6-
hidroxicaproato) está presente en la colágena, pero
ausente
"t
lu
-uyo,
pafie de las otras proteínas de
los mamíferos. La hidroxilisina de la colágena
proviene directamente de la lisina de la dieta, no
ie la hidroxilisina ingerida. Previo a su hidroxi-
lación la lisina debe incorporarse a la cadena
peptídica. La hidroxilación posterior del péptido
iitito t. cafaliza por lalisil hidroxilasa, una ox i dasa
de función mixia análoga a la prolil hidroxilasa
(itura 30-1 I I'
12¡ Se%nocisteína: El aminoácido selenocisteína se
'
iocaliza en el sitio activo de muchas enzimas euca-
riotas y procariotas. Ejemplos de enzimas de teji-
dos humanos que la contienen son la tiorredoxina
reciuctasa, la glutatión peroxidasa que degrada
peróxidos, y la deiodinasa que coryri9rt9
J1
tiroxina
Ln triyodotironina. A diferencia de la hidroxipro-
lina y otros aminoácidos formados mediante
modifi cación postraduccional de los aminoácidos
peptidilo, la selenocisteína se origina por un pro-
."to q.t. precede su incorporación a los péptidos,
paraleio ui pro""so de incorporación de los amino-
'ácidos
comunes. La incorporación cotraslacional
de la selenocisteína incluye un IRNA único en su
especie, el tRNAs"', cuyo anticodón UCA nor-
málmente actúa como una señal de "alto"' La
capacidad del aparato sintético de la proteína para
diitinguir un codón UGA especíñco parala sele-
nocisteína de otro que indica "alto" involucra al
elemento de inserción de la selenocisteína, una
estructura con aparienqia de un pedúnculo en asa
localizada en la región 3' no transcrita del mRNA'
La biosíntesis del tRNAs"' (de la selenocisteína)
cargado implica su aminoacilación inicial rea-
lizaáa por 1á L serina, una reacción cafali,zadapor
la ligaia que carga al tRNAs"'. El reemplazo sub-
sectiente áel oxígeno de la serina por un selenio
incluye al selenofosfato, formado en una reacción
dependiente de ATP catalizada por la seleno-
fosfato sintasa (figura 30-12).
Mientras que 1a leucina, Ia valina y la isoleucina son
aminoácid-os escnciales para la nutrición de los huma-
nos y otros animales superiores, las transaminasas de
i.¡i¿ot de mamíferos interconvierten de modcl revet-
\
sitle estos tres aminoácidos y sus correspondientes
cx cetoácidos. Tales cx-cetoácidos pueden entonces re-
emplazar a sus aminoácidos en la dieta'
La arginina, un aminoácido esencial para el crecimiento
de loi humanos, puede sintetizarse por las ratas, per{-l
no en la cantidad iuficiente para petmitir el crecimiellto
normal.
La histidina, como la arginina. es semiesencial' Los
adultos y las ratas adultas pueden mantener un equili-
brio de nit óg"rro por periodos cortos en ausencia de
histidina. Sin embargo, los animales en creclmlento sL
requierenhistidina en su dieta. Si se hubieran tealiza-
do estudios por periodos más largos, sería probable 1a
manifestaci6n del requerimiento de histidina en los
humanos adultos.
Todos los veftebrados, incluyendo a los humanos, pue-
den producir los 12 aminoácidos no esenciales para 1'l
nutrición a partir de intermediarios anfibólicos u otro:
aminoácidós dietéticos. No obstante, los verlebrado:
no pueden biosintetizar los 10 aminoácidos esenciales
equi sOto se consideró el grupo no esencial' Los ver-
teürados no pueden biosintetizar aminoácidos a panr
de intermedürios anfibólicos a través de vías metabo-
licas que incluyen cinco o menos reacciones oatalizad¡s
por enzimas. Los intermediarios anhbÓlicos antece-
.or"t y los aminoácidos a los cuales dan origen str;
los intermediarios del ciclo del ácido cítrico, cx'-cet''-
glutarato (Glu, Gln, Pro, Hip) y oxalacetato (Asp" Asn

421. Biosíntesis de aminoácidos nutrimentaltnente no esenciales .
361
.sí como el intermediario glucolítico 3-fosfoglicerato
Ser. Gli). Otros tres arninoácidos (Cis, Tir, Hil) se
llmran a parlir de aminoácidos esenciales. La serina
::oporciona el esqueleto de carbono, y la homocisteína
:1 sulfuro para la síntesis de cisteína, en tanto que la
:¡nilalanina hidroxilasa conviefte la fenilalanina en
:irosina. Puesto que ningún codón o tRNA dicta la
rserción de Hip o Hil en los péptidos, ni 1a hidroxipro-
lina ni la hidrorilísina de la dieta pueden incorporarse
a 1as proteínas. Estos aminoácidos hidroxilados provie-
ne¡ de Ia hidroxilación postraduccional de la
pro
pep-
tidilo o Lis peptrCilo, realizada por oxidasas de función
mixta. En contraste. la selenocisteína, un residuo esen-
cial del sitio acrir o de muchas enzirnas de lnamíleros.
se deriva de la inserción cotraslacional de un tRNA
previamente modifi cado. I
REFERENCIAS
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nium. Pharmacol Ther 1998;79 179.
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1989-
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inevesibly inhibited by dinitrohalobenzenes by alky-
lation of both the redox actir.e seienocr-steine and its
ncighboring cysteine residue J Bio] Chem l99g:
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Scriver CR et al (editors): The Metabolic.untl Jfoi¿tulctr
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St. Germain DL, Galton VA: The deiodinase tamiir of
selenoproteins. Thyroid 1991 ;7 :655.
t

422. 31
Catabolismo de las proteínas
y del nitrógeno de los aminoácidos
VictorW. Rodwell, PhD
tNTRoDUcctór.l
En este capítulo se expone la forma en que el nitróge-
no se desprende de los aminoácidos y se transforma
en urea, así como los problemas médicos que surgen
cuando existen defectos en estos procesos.
[r,lBoRTAN C ¡R e I OM E D I CA
El balance de1 nitrógeno se re{iere a la diferencia en-
tre el ingreso y la pérdida total de nitrógeno por las
heces, orina y transpiración. El equiiibrio positivo de ni-
trógeno, es decir, mayor ingestión de nitrógeno que
ercreción del mismo, es característico en los niños en
crecimiento y mujeres embarazadas. Los adultos sanos
presentan típicamente equilibrado el nitrógeno, es
decir que el consumo de nitrógeno coresponde a su
ercreción. El balance negativo, donde la excreción de
nitrógeno supera al consumo, puede presentarse des-
pués de una cirugía, en el cáncer avanzado, y subsecuente
a una ingesta inadecuada o insuficiente de proteínas de
alta calidad (p. ej., kwashiorkor y marasmo).
El amoniaco, derivado principalmente de la
lesaminación del nitrógeno o-amino de los amino-
acidos, es tóxico para todos los animales. Los tejidos
lrrrnanos. por tanto. destoxifican el amoniaco convir-
:iéndolo en glutamina, la cual se transpofia al hígado.
La desaminación de la glutamina en el hígado libera
:rnoniaco; éste, es posteriormente convertido en for-
:.na eficaz al compuesto no tóxico y rico en nitrógeno
:amado urea. La biosíntesis ellciente de la urea es esen-
-'ia1 para conservar la salud. Cuando la función hepática
:e encuentra seriamente cornprometida, por ejemplo,
.'n individuos con cirosis masiva o hepatitis grave, el
amoniaco se acumula en la sangre y se generan sínto-
mas y signos clínicos. Se ha observado, aunque en muy
pocas ocaslones, trastornos metabólicos de las cinco
enzimas que interuienen en el ciclo de la urea. El mao
nejo apropiado de los niños que nacen con una deficien-
cia en la actividad de alguna enzima del ciclo de la
urea, requiere del entendimiento de la bioquímica de
la síntesis de la urea. Los avances futuros en la terapia
génica representan una esperanza en el tratamiento de
estas enfermedades metabólicas.
EL RECAMBIO PROTEICO
TIENE LUGAR EN TODAS
LAS FORMAS VIVIENTES
El recambio de proteínas, es decir, la degradación y
resíntesis'continua de todas las proteínas, constituye
un proceso fisiológico fundamental en todas las for-
mas de vida. Aunque este recambio implica tanto la
síntesis como la degradación de proteínas, en este ca-
pítulo se discute sólo el catabolismo de proteínas y
aminoácidos. La síntesis de proteínas se discute en el
capítulo 40.
Los adultos degradan diariamente
de 1 a 2o/o de sus proteínas corporales
Cada día los humanos cafabolízan de I a2%o del total
de sus proteínas corporales, principalmente proteínas
musculares. De 75 a 80% de los aminoácidos liberd-
dos se reutiliza para la síntesis de nuevas proteínas; de
20 a 25%o del nitrógeno restante, forma urea. Los es-
queletos de carbono se degradan posteriormente a
intermediarios anfibólicos (figura 3 1-l ).
363

423. 364 . Bioquímica de Harper
Degradación
de proteínas
(CaPírulo 311
se almacena, sin imporlar su fuente, aquellos que no
son incorporados de inmediato a proteínas nuevas son
degradados rápidamente. Así, el consumo excesivo de
aminoácidos resulta inútil, puesto que puede lograrse
el mismo objetivo a menor costo mediante carbohidratos
y lípidos.
Las proteasas intracelulares hidroiizan los enlaces pep-
tídicos intemos, liberando así péptidos que posterior-
mente se degradan a aminoácidos iibres mediante
peptidasas. Las endopeptidasas degradan los enlaces
intémos, formando péptidos más cotlos. Las aminopep-
tidasas y las carboxipeptidasas movilizan aminoácidos
en forma secuencial a parlir de las terminales amilro l'
carborilo, respectivamente. Los productos finales son
aminoácidos libres.
Son dos ias vías principales para degradar las proteí-
nas intraceiulares de céluias eucariotas' Las proteinas
extracelulares, las intracelttlares, relacionadas con la
membrana, y las de vida larga son degradadas en ios
organelos celulares denominados lisosomas a través
dJprocesos independientes deAIP. En contraste, la de-
gradación de proteínas anormales y de otras, de vida
cor1a, requiere de AIP y ubiquitina ¡z
se lleva a cabo
en el citosol.
Beutilización
para la síntesis
dé nuevás
proleínas
Catabolismo
Figura 31-1. Recambio de proteÍnas y aminoácidos
Las proteínas individuales se degradan a velocidad
variable, la cual varía en respuesta a la demanda fisio-
lógica. Las tasas promedio de degradación proteica
más altas resultan características de los tejidos que
están sometidos a una remodelación estructural cons-
tante (p. ej., el tejido uterino durante el embarazo, el
tejido de la cola de los renacuajos durante la meta-
morfosis y la degradación de las proteínas dei músculo
esquelético en 1a inanición severa).
La susceptibilidad de una proteína a ser degrada-
da segpresa a través de su vida media, t1¡2, es decir, el
tiempó-requerido para reducir su concentrac ión a 507o
de su valor inicial. La vida media de las proteínas he-
páticas varía desde 30 minutos hasta más de 150 horas.
Muchas proteínas de vida media corta presentan se-
cuencias PEST, regiones ricas en los aminoácidos
prolina (P), glutamato (E), serina (S) y treonina (T)'
que las identifica como blanco para una degradación
rápida. Muchas enzimas reguladoras clave poseen vida
media corta. Para la triptófano oxigenasa, la tirosina
transaminasa y la HMG-CoA reductasa, ftn= 0.5 a2
horas. Estos valores contrastan notablemente con la
vida media de más de 100 horas de la aldolasa, la
Iactato deshidrogenasa y los citocromos' En respuesta
a la demanda fisiológica, la degradación de las enzimas
reguladoras claves puede acelerarse o retrasarse, alte-
rando así los niveles enzimáticos y, por tanto, el flujo
de metabolitos y la orientación de los mismos hacia dis-
tintas vías metabólicas.
Para conselar la salud, el adulto occidental típico re-
quiere de 30 a 60 gramos de proteínas por día, o su
equivalente en aminoácidos libres. La calidad de las
proteínas, es decir, la proporción de aminoácidos esen-
ciaies de un alimento en relación con la cantidad (de
aminoácidos) que se destina a la síntesis de proteínas,
es de gran imporlancia. El exceso de aminoácidos no
Para las proteínas circulantes, como los péptidos que
constituten hormonas, ia pérdida de una porción de
ácido siálico en los extremos no reductores de sus ca-
denas de oligosacáridos, las convierle en blanco para
la degradación. Estas glucoproteínas desprovistas de ácido
siálico son reconocidas e intemalizadas en las células
hepáticas por receptores de asialoglucoproteínas; pos-
teriormente se degradan en los lisosomas por proteasas
conocidas como "catepsinas".
La ubiquitina, tina proteína pequeña (8.5 kDa) presente
en todas las células eucariotas, actÚra sobre muchas
f,

424. Catabolismo de las proteínas y del nitrógeno de los aminoácidos .
365
croteínas intracelulares que deben ser degradadas. La
sstructura primaria de la ubiquitina está muy conser-
i'ada: sólo 3 de16 residuos difieren entre la ubiquitina
le 1as levaduras y la humana. Las proteinas destinadas
.r la degradación a través de reacciones dependientes
Je ubiquitina, se derivatizan uniendo varias molécu-
,as de ubiquitina; estas últimas se fijan a las proteínas
:lediantc reacciones que fomlan enlaces peptídicos no cx
:ntre la terminal carboxilo de la ubiquitina y los grupos
e-amino de los resicluos lisilo de la proteína (figura 31-2).
Si una proteína se derivatiza, o no, por ubiquitina, de-
¡ende de qué residuo arninoacilo esté presente en su
::mTinal amino. La reacción con la ubiquitina puede
:etardarse por la presencia de residuos serilo o metio-
:ilo en la terminal amino, y puede aceierarse mediante
:¡siduos arginilo o aspartilo er.r la terminal amino.
-os
animales excretan el nitrógeno derivado de amino-
.cidos y otras luentes, como uno de los tres productos
:.rlrogenados finales: amoniaco, ácido úrico o urea. El
::edominio de r-ino de estos productos depende de la
:.sponibilidad de agua en el nicho ecológico ocupado
:,¡r cada animal. Los peces teleósteos, que son amonio-
:,icos, excretan nitrógeno en forma de amoniaco. Su
-.;1.ro
acuático, que los obliga a excretar agua conti-
- remente, facilita la excreción constante de amoniaco
, :amente tóxico. Los animales terrestres convierten
. nitrógeno tanto a ácido úrico (organismos uricoté-
,os) como a urea (or¡¡anismos ureotélicos). Las aves,
-,-3 conselvan agua y mantienen un peso bajo, son
- ,"'otélicos. E1 ácido úrico es un producto f,rnal relati-
:rnente insoluble, que se excreta como guano scn-ri-
, .:do. Muchos animales terrestres, incluyendo a los
-inanos, son ureotélicos y excretan urea, un compues-
. :itamente hidrosoluble; la urea no es tóxica. Los ni-
. :s sanguíneos altos de urea en pacientes con
nefropatía son una consecuencia, no una causa, de la
función renal dañada.
BIOSINTESIS DE LA UREA
La biosíntesis de la urea se divide para su estudio en
cuatro etapas: 1) transaminación, 2) desamináción
oxidativa del glutamato, 3) transporte de amoniaco y
4) reacciones del ciclo de la urea. La figura 3 1-3 rela-
ciona estas áreas con el catabolismo globa1 del
nitrógeno derivado de aminoácidos.
Los grupos ü-am¡no se remueven
med¡ante transaminac¡ón
Los aminoácidos libres liberados de las proteínas
intracelulares o de la dieta se metabolizan en formas
idénticas. Después de la remoción del nikógeno cx,-
amino por transaminación, el "esqueleto" de carbono
resultante se degrada por medio de las vías discutidas
en el capítulo 32.
El nitrógeno u-amino se canal¡za
al glutamato
La toansaminación interconvierte un par de aminoácidos '
y un par de cetoácidos, generalmente un cx-aminoácido y
un cr-cetoácido (frgura 31-4). En tanto que la mayoría
de los aminoácidos sufre transaminación, existen al-
gunas excepciones que incluyen a la lisina, latreonina
y los aminoácidos cíclicos prolina e hidroxiprolina.
Puesto que las transaminaciones son libremente rever-
sibles, las transaminasas (aminotransferasas) pueden
funcionar tanto en el catabolismo de aminoácidos como
en subiosíntesis. El fosfato de piridoxal se localiza en
el sitio catalilíco de todas las transaminasas, y de mu-
o
lt
UB-C-O +E
-SH+ATP
->
o
2. uB*ü-a- E, + Ez-sH---->
o
3. UB-é-S-Er+ HzN-¿-Proteína
t'
t
o
ll
AIVIP+PP+UB-C _S-E,
OH
E,*SH + uB
-
I * Ñ
-.-
proteína
o
E1-SH*ue-8-s-E,
:':-ta
31-2. Reacciones parciales en la fijación de la ubiquitina (UB) a proteínas. 1) La terminal COOH de la ubiquitina forma
-- :^ ace tioéster con un grupo
-SH
de E, en una reacción impulsada por la conversión del ATP a AMP y PP,. La hidrólisis {-
.-:>::uente del PP, catalizada por la pirofosfatasa asegura que la reacción 1 proceda de forma adecuada en la cjirección
-:::'ada.2) Una reacción donde hay intercambio de un tioéstertransfiere la ubiquitina activada aEz.3) La E, cataliza la
--:'erencia de la ubiquitina a los grupos e-lisilo de la proteína blanco. --/ '
i

425. 366 . Bioquímica de Harper (Capítulo 31 t
c-Aminoácido c-Cetoácido man alanina (a apartir de piruvato) o glutamato (a par-
tir de cx-cetoglutarato) (figura 31-5). Los niveles séri-
cos de las transaminasas se incrementan en algunos
estados patológicos.
Las transam¡nasas son específicas
sólo para una pareja de cr-aminoácido
y cr-cetoác¡do
Cada transaminasa es específica para una pareja de
sustratos, pero inespecíftcapara la otra pareja. Puesto
que la alanina también constituye un sustrato parula
glutamato transaminasa, todo el nitrógeno amino de-
rivado de aminoácidos y que se somete a transa-
minación, puede concentrarse en glutamato. Esto es
importante debido a que el r-gluámato es el único
aminoácido de los tejidos de mamíferos que se some-
te a una desaminación oxidativa a una velocidad
considerable. La formación de amoniaco a partir de
grupos o-amino, por tanto; ocume a través de la con-
versión del nitrógeno u-amino del l-glutamato.
Grupos no ü-am¡no selectos
pueden ser transaminados
La transaminación no se restringe a los grupos o-amino.
El grupo E-amino de la ornitina (mas no el grupo e-
ámino de la lisina) transamina fácilmente, y forma
glutamato-y-semialdehído (figura 32-3).
LA L.GLUTAMATO DESH IDROGENASA
OCUPA UNA POSICIÓN CENTRAL EN
EL METABOLISMO DEL NITRÓGENO
Los grupos o-amino de la mayoría de los aminoácidos,
finalmente son transferidos al «-cetoglutarato mediante
transaminación, formando t-glutamato (figura 3 1-3).
/-->
ü-Aminoácido
FRA¡IsAMhrAcldNl
{r-Cetsglutarato L-Glulamato
mmmv
-(
**'\l'o'
I crcuo oe u unen ll._------t
Urea
Figura 3l-3. Flujo global del nitrógeno en el catabolismo de
aminoácidos.
chas otras enzimas cuyo sustrato son los aminoácidos.
Para todas las reacciones relacionadas con los amino-
1§idos
que dependen de fosfato de piridoxal, el paso
iñicial es la formación de una base de Schiff unida a
una enzima como intermediario; ésta se estabiliza me-
diante su interacción con una región catiónica del sitio
activo. Tal intermediario puede sufrir diferentes rearre-
glos moleculares. Durante la transaminación, la
coenzima unida actua como un transpofiador de gru-
pos amino. El rearreglo origina un cetoácido y fosfato
de piridoxamiria unido alaenzimq, posteriormente, el
fosfato de piridoxamina unido, forma una base de
Schiffcon un segundo cetoácido.
La alanina-piruvato transaminasa (alanina tran-
saminasa) y la glutamato-o-cetoglutarato transaminasa
(glutamato transaminasa), presentes en la mayoría de los
tejidos de mamíferos , cafalizan la transferencia de gru-
pos amino a parlir de casi todos los aminoácidos: for-
NHI o
.l- [
*,zCH-.620- RIC-Qro
llll
Orr,,\O
,"-
'\'.
O
y vNHl
il 1"
R-lc:c.,o- ,,,.cH"62o-
'il[
oo
Figura 31-4. Transaminación. La reacción mostrada corres-
ponde a dos n-aminoácidos y dos o-cetoácidos. Grupos no
o-amino y no o-oxo también participan en la transaminación,
aunque esto es poco común. La reacción es libremente re-
versible con una constante de equilibrio aproximada de
'1
.
(x-Cetoglutarato
<\\/.->
c-Cetoácido
s-Aminoácido
L-slutamato *-/ u-Cetoácido
Figura 31-5. Alanina transaminasa (arriba) y glutamato
transaminasa (abajo).

426. Catabolismo de las proteínas
1,- del nitrógeno cle los atninoácido.s .
367
La liberación posterior de este nitrógeno en forma de
amoniaco, se cataliza por la r,-glutamato deshidro-
genasa, una enzima omnipresente de los tejidos de
mamíferos, que emplea NAD* o NADP* como oxi-
dante (figura 3l-6).Laconversión total de los grupos
c¿-amino a amoniaco requiere de la acción concertada
de 1a glutamato transaminasa y la glutamato deshidro-
senasa. La actividad de la glutamato deshidrogenasa
hepática se regula por los inhibidores alostéricos AIP,
GTP y NADH, y por el activadorADP. Esta reacción,
libremente reversible, tiene lugar tanto en el catabo-
lismo como en la biosíntesis de aminoácidos. Durante
e! catabolismo, la reacción canaliza el nitrógeno del
glutamato a la urea; durante elA4a-bolismo , catalizala
aminación del o-cetoglutarato por amonio libre (capi
tulo 30).
Las oxidasas de aminoácidos
también remueven amon¡aco
de los cr-am¡noácidos
Lamayorparte del amonio liberado de los t-cr-amino-
ácidos refleja la acción acoplada de transaminasas con
lq¡-glutamato deshidrogenasa: sin embargo. [a L-ami-
nÉido oxidasa se encuentra en el tejido hepático y
renal de los mamíferos. Estas flavoprdteínas áutooxi-
dables oxidan aminoácidos a un o-iminoácido que
adiciona agua y se descompone al cr-cetoácido corres-
pondiente, liberando ion amonio (figura 3l-7). La
tlavina reducida se reoxida directamente por el oxigeno
molecular, fornlando peróxido de hidrógeno G;Or,
el cual se descompone en 02 y H2O a kavés dela eruma
catalasa presente en muchos tejidos, especialmente en
el hígado.
La intoxicación por amoniaco
puede poner en peligro la vida
El amoniaco generado por las bacterias entéricas se
absorbe en la sangre de la vena porta, por tanto, ésta
contiene niveles más altos de amoniaco que la sangre
;
;.lra 31-6. Reacción cie la r-giutamato deshiclrogenasa.
:',iD(Pf significa quetanto el NAD. como el NADP- pueden
r,
-at- como cosustrato. La reacción es reversible, pero la cons-
.-.: de equilibno favorece la formación de glutamato.
NHr.
a^-
R' H
.C-
1
o
a-Aminoácido
92
+
I
,trOr/ il
o
a-Cetoácldo
Figura 3l-7. Desaminac¡ón oxidativa catalizada porla u-amino-
ácido oxidasa (l-o¿-aminoácido:O, oxidoneductasa). El uJminoáci-
do, señalado en los corchetes, no constituye un intermediario
estable.
sistémica. Ya que un hígado sano metabolizarápida-
mente el amoniaco de ia sangre portal, la sangre
periferica se encuentravirtualmente libre de amoniaco;
esto resulta esencial, puesto que aún cantidades míni-
mas de amoniaco son tóxicas para el sistema nervioso
central. En caso de que la sangre portal no pase por el
hígado, el amoniaco en la sangre sistémica puede ele-
varse a niveles tóxicos. Esto puede ser consecuencia
de una disminución pronunciada en la función hepáti-
ca, o aI desarrollo de comunicaciones colaterales entre
las venas poúa y sistémicas, como puede suceder en la
cirrosis. Los síntomas de laintoxicación por amoniaco
incluyen temblor, lenguaje poco entendible, visión'
borrosa y, en los casos graves, coma y muerte. Estos
síntomas se asemejan a los del coma hepático, que se
presenta cuando los niveles de amoniaco en sangre y
cerebro se elevan en forma significativa. El katamien-
to se orienta a la reducción de los niveles sanguíneos
de amoniaco.
La glutamina sintasa fija amoniaco
en forma de glutamina
En tanto que el amoniaco se produce en forma constante
en los tejidos, se remueve rápidamente de la circula-
ción por el hígado, donde se convierte en glutamato,
glutamina y f,rnalmente en urea. Consecuentemente, el
amoniaco se encuentra en cantidades muy bajas en ia
sangre periférica (10 a20 pg/dl.). Además de 1a fija-
ción de amoniaco a través de ia reacción de la glu-
tamato deshidrogenasa, ia formación de glutamina se
cataliza por la glutarnina sintasa (figura 3i-8), una
,
enzima mitocondrial presente en alta concentración en
el tejido renal. La síntesis del enlace amida de la gluta-
mina, se logra a expensas de la hidrólisis de un equi-
valente deAIP aADP y P1, 1o que inclina fuertemente
la reacción en dirección de la síntesis de glutamina.
ñMrNoÁcrool
I
oxrpASA
i
Flavina Flavina-H,
A/
[ iln'.
--l
ic.o-
ln- l
l'tl
1o-l
«-lminoácido
7
*'o
urr-
4
o
l
-c- _o*
R-
-C-
HrO,
*l
ffit\
Heo
NAD(P)- NAD(P)H + H-
\/
\-/
ñ^-
/\
L-g¡utamato n-Ceto0lutarato
I

427. 368 . Bioquímica de Harper
NHI
t"
-o\c/cH
2\c, zcHr"zo-
It I
oo
L-Glutamato
,, or,
\l/
**.
Y fcr-r-t-r^*l
Mg-ADP-/\=;-
+P, 1 ',
NHl
t'
H2N\C/cH2\CulcH-"
-o-
ll-ll
L-Glutamato
Figura 31-8. Reacción de la glutamina s¡ntasa. La reacción
favorece fuertemente !a síntesis de glutamina.
Aunque el tejido cerebral puede formar urea, apa-
rentemente no desempeña una función signif,rcativa en
la remoción de amoniaco. En el tejido cerebral, el
mecanismo más imporlante para ia destoxificación de
amoniaco es la formación de glutamina. Sin embargo,
Qlos
niveles sanguíneos de amoniaco se eievan, el
suministro de glutamato sanguíneo al cerebro es in-
adecuado para la formación de glutamina. El cerebro,
por tanto, también debe sintetizar glutamato a partir de
cr-cetoglutarato; esto depletaría rápidamente al ciclo
del ácido cítrico de sus intemediarios, a menos que
fueran reemplazados por la fijación de COz, mediante la
conversión de piruvato en oxaloacetato (capítulo 18).
La fijación de CO2 a los aminoácidos, de hecho, se
lleva a cabo en el tejido cerebral. Después de la infu-
sión de amoniaco, los intemediarios del ciclo del ácido
cítrico se desvían hacia la síntesis de cr-cetoglutarato y
subsecuentemente de glutamina.
La liberación hidrolítica del nitrógeno amida de ia glu-
tamina en forma de amoniaco, catalizada por la gluta-
minasa (figura 3l-9), favorece fuefiemente la fomación
de glutamato. La glutamina sintasa y la glutaminasa
caializa por tanto, la interconversión del ion amonio
libre y la glutar:nina (figura 3l-10). Una reacción aná-
loga es la catalizacla por Ia L-asparaginasa. Puesto que
ciertos tumores muestran requerimientos anormal-
mente altos cie glutaminay asparagina, la asparaginasa
y la giutaminasa han sido probadas oomo agenres
antiltimorales.
Pr
ffi6-cHr-cH/cH\c/o-
ll-rl
oo
L-Glüiamina
tGar-rurAumAse-]
NHI
t"
-o\c/cH2\cH-CH
-c -o-
1l
-
il
(Capítulo 3 i
H,O
NHi
L-Glutamalo
Figura 31-9. La reacción de la glutaminasa procede de for-
ma esencialmente irreversible en la dirección de la formación
de glutamato y NH4-. Nótese que el nitrógeno amida (y no el
nitrógeno o-amino) se remueve.
La excreción de amoniaco a través de la orina producida
por las células hrbulares renales, facilita la conservación
de cationes y la regulación del equilibrio ácido-base. La
producción de amoniaco, derivado de los aminoácidos
intracelulares renales (particularmente la glutamina) de
la cual se libera mediante la glutaminasa renal, se ele-
va en la acidosis metabólica y disminuye en la alcalosis
metabólica.
Glutamato + Mg-ATP Mg-ADP + Pi
lon amonio
Glutamato Hzo
Figura 31-10. lnterconversión del ion amonio y cie glutamina
catalizada por la glutamina sintasa y Ia glutaminasa. Ambas
reacciones se favorecen fuertemente en.las direcciones in-
dicadas por las flechas. La glutaminasa sirue únicamente
para la desamidación de la glutarnina, y la glutamina sintasa para
{
ia sÍntesis de glutamina a partir de Elutamato.
¡'/
,
-NH,
NHr*
Glutamina

428. Catabolismo de las proteínas y del nin'ógeno de los aminoácidos .
369
HíGADO SANGHE MÚSCULO
La conselación de una concentración equilibrada de los
aminoácidos plasmáticos circulantes entre-r¿na comida
v otra, depende del balance neto entre la libéración de
proteínas endógenas almacenadas y su utilización por
varios tejidos. El músculo genera más de la mitad del
contenido total corporal de aminoácidos libres, en tanto
que el hígado es el sitio en que residen las enzimas
necesarias para el ciclo de la urea, necesario para la eli-
minación del exceso de nitrógeno. Por tanto, músculo
e hígado desempeñan f,rnciones fundamentales en el mante-
nimiento de los niveles de los aminoácidos circulantes.
La figura 3l-11 resume el estado de posabsorción:
los aminoácidos libres, particularmente alanina y
glutamina, se liberan del músculo hacia la circulación.
La alanina, que aparentemente es el vehículo de trans-
porte de nitrógeno en el plasma, se captura en el hígado.
La glutamina se captura en el intestino y el riñón; ambos
órganos convierten una porción significativa de
glutamina a alanina. La glutamina también actua como
fuente de amoniaco para su excreción renal. El riñón
proporciona una fuente importante de serina para su
cafl[rra posterior por tejidos perifericos, incluyendo
hífto y músculo. Los aminoácidos de cadena ramifi-
cada, particularmente la valina, se liberan del músculo
y se capturan principalmente en el cerebro.
La alanina actúa como un aminoácido gluconeo-
génico clave (figura 3l-12). En el hígado, la tasa de
síntesis de glucosa a partir de alanina es mucho mayor
que su síntesis a partir de otros aminoácidos. La capa-
cidad del hígado parala gluconeogénesis a partir de
Figura 31-'l 1. lntercambio interorgánico de aminoácidos en
'umanos sanos en estado postabsorción. Se muestra la fun-
: ón clave de la alanina en la salida de aminoácidos del
Túsculo e iniest¡no y su captura en el hígado. (Reproducido
:cn autorización de Felig F: Amino acid metabolism in man.
-nnu Re.y Biochem1975;44:937. Copyright@ 1975 porAnnual
ieviews, lnc.)
Figura 31-12. Ciclo glucosa-alanina. La alanina se sintetiza
en el músculo por transaminación del piruvato derivado de
glucosa, para después ser liberada a la crrculación y captu-
rada por el hÍgado. En el hígado, el esqueleto de carbono de
la alanina se convierte de nuevo en glucosa, la cual se libera
a la circulación, y queda disponible para su captura en el
músculo, y la resíntesis de alanina. (Reproducido con auto-
rización de Felig P: Amino acid metabolism in man. Annu
Rev Biochem 1975:44:938. Copyright O 1975 por Annual
Reviews, lnc.)
alanina ro alcanza la saturación hasta que la concen-
tración de alanina supera 20 a 30 veces slr nivel fi-
siológico.
Después de una comida rica en proteínas. 1os te¡i-
dos esplácnicos liberan aminoácjdos (figura 31-i3); de
forma paralela, los músculos periléricos ertraen 1os
aminoácidos de la circulación, en ambos casos. prin-
cipalmente aminoácidos de cadena ramit-rcada. Estos
aminoácidos tienen una función especial en el meta-
Figura 31-13. Resumen del intercambio de aminoácidos
entre los órganos inmediatamente después de la ingestión
cie alimentos.
Cerebro
IJ
,l /
/ Gtn
Riñón
G
f ,,""
'''*to--*ú- /
Riñón
l}+NH"
1¡\
/"\
r(\
'-L) ) Ser
)J\1
rá Ala \
rrtÑno
I \
Atal \
\i\
I I /-----)+urea
Ara | /-GIucosa
-,.,-->t-.a:
Htgado
,
(60% de aminoac¡dos de cadena ramilicada)

429. 37A . Bioquímica de Harper (Capítu
bolismo del nitrógeno, tanto en el estado de ayuno (al
proporcionar al cerebro una fuente de energía) como
después de una comida (cuando se utilizan predomi-
nantemente en el músculo, y resultan prescindibles para
el hígado).
LA UREA CONST¡TUYE EL PRODUCTO
F¡NAL MAS IMPORTANTE
DEL CATABOLISMO DEL N¡TRÓGENO
EN HUMANOS
Un hombre que consume 300 g de carbohidratos, 100 g
de grasa y 100 g de proteína diariamente, excreta al-
rededor de 16.5 g de nitrógeno al día:9íoóporla orina
y 5Yo por las heces. Para los sujetos que consumen
dietas occidentales, la urea sintetizada en el hígado,
liberadahacia la circulación y eliminada por los riño-
nes, constituye de 80 a90o6 delnitrógeno excretado.
La urea se forma a part¡r de amoniaco,
bióxido de carbono y aspartato
La síntesis de 1 mol de urea requiere de 3 mol de AIP
y lgol tanto de ion amonio como del nitrógeno cr-
amlno del aspartato. Cinco enzimas catalizan las
reacciones enumeradas en la figura 31-14. De los seis
aminoácidos paft icipantes, sólo e1 l/-acetilglutamato
funciona como activador enzimático; los otros actiar
como transportadores de los átomos que finalmente
se convierlen en urea. En los mamíferos, la principal
función metabólica de la ornitina, citrulina y argi-
ninosuccinato es la síntesis de la urea. La biosíntesis
de urea es un proceso cíclico: la ornitina consumida
en la reacción 2 se regenera en la reacción 5, y no
existe, por tanto, una pérdida o ganancia neta de
orrritina, citrulina, argininosuccinato o arginina. Sin
embargo, el ion amonio, el CO2, ei ATP y el aspartato
se consumen. Como se muestra en la figura 31 14,
algunas reacciones de la síntesis de urea se llevan a
cabo en la matriz mitocondrial, en tanto que otras ocu-
ffen en el citosol.
La carbamoil fosfato sintasa I
inicia la biosíntesis de urea
La biosíntesis de urea comienza con la condensación
de bióxido de carbono, amoniaco y ATB para formar
carbamoil fosfato, reacción catalizada por la car-
bamoil fosfato sintasa I (figura 3l-14). Los tejidos
humanos contienen dos formas de carbamoil fosfato
sintasa. La carbamoil fosfato sintasa I, la enzima fun-
cional en la síntesis de urea, es una enzima mitocondrial
hepática. La carbamoil fosfato sintasa II, una enzima
citosólica que emplea glutamina en vez de amoniaco
como donador de nitrógeno, participa en la biosínt:. I
de pirimidina (capítulo 36). La formación de cari:r::
fosfato requiere de 2 moles de ATP. IJn ATP sin e ;:::
fuente de fosfato; la conversión del segundo AIP a -i' i
y pirofosfato, acoplada a la hidrólisis del pirofosi.: - -
ortofosfato, proporciona la fuerza impulsora para 1'r . -
tesis del enlace amida y el enlace mixto de anhíi:-:
de ácido del carbamoil fosfato. La acción conjun:. -.
la glutamato deshidrogenasa y de la carbamorl '
fato sintasa I, incorpora el nitrógeno ai carba:
fosfato, un intermediario con un alto potencial :-:
transferencia de grupos.
Esta reacción compleja procede por etapas. :- -
bablemente en Ia siguiente secuencia: la reacció: :,
bicarbonato con el AIP forma carbonil fosfato r .:- .
A continuación, el amoniaco desplaza al ADP, form.:,:
carbamato y ortofosfato. Finalmente, la fosforila.: -
del carbamato por el segundo AIP forma ca¡ban:;.
fosfato. La carbamoil fosfato sintasa I es la enl:.-
iimitante de la velocidad, o marcapaso, del ciclo de .
urea. Esta enzima reguladora se activa sólo en prese:-
cia del activador alostérico N-acetilglutamato, cu.,
unión induce un cambio conformacional que aumei',.
la afinidad de la sintasa por el AIP.
Ii *,4ri:a:¡:*i! É.:*fat* ir:** r:rri{i::]F
;'*rrngi +¡tri¡IIr-r*
La t -ornitina transcarbamoilasa cataliza la tran:-. -
rencia de la porción carbamoii de1 carbamoil foslatc,
-
la omitina, formando citrlrra y orlofosfato (figura 3l 1: -
Esta reacción se l1eva a cabo en la matriz mitocor.rdn;
la formación del sustrato omitina y la metabolizacir
subsecuente del producto. citnrlina. se llevan a ca't
en el citosol. Por tanto. la entrada de on.ritina a ..
rnitocondria y la salida de la citrulina de este Lxgalr!-i-
inipiica la participación de los sistemas de franspor::
dc Ia membrana interna mitocondriai (fignra 3 i-11
- ) '
..'..,i., . :'
'-1,'
"'' ir'"-''
La reacción de la argininosuccinatt.¡ sintasa unc ¿tsp.r -
iafo y citrulina a iiavés de I grupo amino de1 aspartat.
(ligula 31 14), y suministra el segundo niirógeno d-
ia urea. La reacción requiere de AfP e invohicra 1,,
iormación interrnedia de citru1ilo-Ae,{P. Ei clcsplaza-
niiento sul:secuente de1 AMP por etr aspartatc Íbm*
citrulina.
.a escrsron oet argtn¡nosucc¡na'
orma argin¡na y fumarato
i-a escisión del argini;.losuccirato, uná re acción rer,er-
sible de lrz¡rs eliminación, catalizada por la argini-
nosuccinasa, reticne nitrógeno en el prodr-rcto arginin.,

430. Catabolismo de las proteínas y del nitrógeno de los aminoácidos .
371
C=I
",1"
CH"- NH
cH-
cH^
H-C-NH3*
coo-.
@
C=o
ffi
coz
L-arginlna
HC - COO-
l!
-ooc
- ÓH
Fumarato
L-c¡trul¡na
AMP + Mg-PP,
L-a§partato
=igura 3'1-14. Reacciones e intermediarios en la biosíntesis de urea. Los grupos que contienen nitrógeno y que contribuyen
: a formación de urea se encuentran sombreados. Las reacciones @ y < tienen lugar en la matiiz de las mitocondiias
-:páticas, y las reacciones O, { y O en el citosol hepático. El CO, (comobicarbonato),-el ion amonio, la ornitina y la citrulina
-Sresan a la matriz mitocondrial por medio de transportadores específicos (.) presentes en la membrana interna de las
- :ocondrias hepáticas.
libera el esqueleto del aspartato como fumarato (fi-
3l-14). La adición de agua al fumarato genera
tto, y la oxidación subsecuente, dependiente de
del malato, forma oxaloacetato. Estas dos reac-
-.,rnes, análogas a las reacciones del ciclo del ácido
-.:rico, se catahzan por la fumarasa y la malato deshi-
citosólicas. La transaminación del oxalo-
por el glutamato forma de nuevo aspartato. El
de carbono del aspartatolfumaralo, actua
un transpoftador para el paso del nitrógeno del
NH COO*
ll < I
c-¡¡Fl*+cH
I ¡r
CH,_NH CH,
tl
QH, coo-
I
QH,
Argin¡nosuccinato
I
H-C-NH3+
¡
coo-
La ruptura de la arginina
libera urea y genera
de nuevo orn¡tina
La reacción final del ciclo de la urea, la ruptura hidro-
lítica del grupo guanidino de la arginina cafalizadapor
la arginasa hepálica, libera urea. El otro producto,
ornitina, reingresa a la mitocondria hepática para ser
utilizada de nuevo en el ciclo de laurea. Cantidades me-
nores de arginasa también se encuentran en los tejidos
renal, cerebral, mamario, testicular y en piel. La orni-
c00-
i
ffi-?-*
cH'
¡'
coo-
2Mo-ATP
,-O*r,')
stula'r,ato)
2Mo-ADP + P l
I
l
?=o
a un precursor de la urea.
NH¿'
ü
Ácroo enct¡tt¡io-
SUCCINATO SINTASA

431. j72 . Bioquímica de Harper (Capítulo 3l t
tina y la lisina son inhibidores potentes de la arginasa,
y por tanto, compiten con la arginina.
La arginina también actúa como el precursor di-
recto del potente relajante muscular, óxido nítrico §O,
del inglés nitric oxide), en una reacción dependiente
de Car catalizada por la NO sintasa (capítulo 58).
La carbamoil fosfato sintasa I es la
enzima marcapaso del ciclo de la urea
La actividad de la carbamoil fosfato sintasa I está de-
terminada por la concentración, en equilibrio, de su
activador alostérico /y'-acetilglutamato. Este estado de
equilibrio, está determinado por la relación entre su
velocidad de síntesis a partir de la acetil-CoA y
glutamato y la de su hidrólisis a acetato y glutamato,
reacciones catalizadas por la.A/-acetilglutamato sintasa
y la 1/-acetilglutamato hidrolasa, respectivamente.
Además, cambios significativos en la dieta de mode-
los animales, y posiblemente también de humanos,
pueden alterar la concentración individual de las
enzimas del ciclo de la urea, de l0 a 20 veces. Laina-
nición, por ejemplo, eler&los niveles enzimáticos,
probablemente para contrarestar el incremento en la
producción de amoniaco que acompaña la degrada-
ción acelerada de las proteínas.
EXISTEN TRASTORNOS METABÓLI COS
RELACIONADOS CON CADA
REACCIÓN DEL CICLO DE LA UREA
Los trastotnos metabólicos de la biosíntesis de urea,
aunque poco comunes, ilustran cuatro principios
médicamente relevantes: l) Los defectos de una o va-
rias enzimas de la vía metabólica pueden resultar en
signos y síntomas clínicos idénticos. 2) La acumula-
ción de intermediarios previa a un bloqueo metabólico,
o la acumulación de productos auxiliares, orientan
hacia la identificación de la reacción dañada. 3) El
diagnóstico preciso requiere de un ensayo cuantitati-
vo de la reaccíón catalizadapor la enzima posiblemente
defectuosa. 4) La terapia racional debe basarse en un
entendimiento completo de las reacciones bioquímicas
subyacentes en individuos sanos y enfermos.
Debido a que la síntesis de urea convierte el
amoniaco tóxico en urea no tóxica, todos los defectos
en la síntesis de urea resultan en una intoxicación por
amoniaco. Esta intoxicación es más severa cuando el
bloqueo metabólico se presenta en las reacciones 1 o 2,
ya que si existe síntesis de citrulina, previamente se
formó un enlace covalente entre el amoniaco y el car-
bono. Los síntomas clínicos comunes a todos los
trastornos del ciclo de la urea, incluyen vómito, re-
chazo hacia los alimentos con alto contenido proteico,
ataxia intermitente, irritabilidad, letargia y retraso
mental. Las características clínicas y el tratamiento de
los cinco trastornos discutidos a continuación son se-
mejantes. Se logra una mejoría significativa mediante
uná dieta baja en proteínas, pudiendo así prevenir un
daño cerebrál mayor. La ingestión de alimentos debe
hacerse a través de comidas poco abundantes, a fin de
evitar los incrementos repentinos en los niveles san-
guíneos de amoniaco.
/
1) Hiperamonemia tipo 1: Alrededor de 24 casos de
deficiencia de carbamoil fosfato sintasa I (reac-
ción 1, figura 3 1=14) han sido reportados. Este tras-
torno posiblemente es hereditario.
2) Hiperámonemia tipo 2: La deficiencia de ornitina
tránscarbamoilasa (reacción 2, figuta 31-14)
produce este trastorno ligado al cromosomaX.La
madre también muestra hiperamonemia, y una
aversión hacia los alimentos con alto contenido
proteico. El único descubrimiento clínico consistente,
és una elevación de glutamina en sangre, líquido
cefalorraquídeo y orina, 1o cual refleja, probablemente,
la síntesis acelerada de glutamina, consecuente con
los niveles tisulares elevados de arnoniaco.
3) Citrulinemia: Este trastorno poco frecuenteposi-
blemente se hereda en forma recesiva. De I a2 gde
citrulina se excretan diariamente, y tanto los niveles
de citrulina en plasma como en líquido cefalorra-
quídeo se encuentran elevados. Un paciente carecía
de una actividad detectable de la argininosuccinato
sintasa (reacción 3, figura 3l-14); en otro, la Kn
para la citrulina fue de 25 veces la normal, lo que
iugiere una modificación no letal del sitio catalítico.
La citrulina y el argininosuccinato actúan como
transportadores alternativos del sobrante de nitró-
geno, puesto que contienen nitrógeno destinado a
la síntésis de urea. La alimentación con arginina en
estos pacientes, aumenta la excreción de citrulina'
De forma similar,la alimentación con benzoato desvía
el nitrógeno del amonio a hipurato, a través de gli-
cina (figura 33-1).
4) Argininosuccinicoaciduria: Este padecimiento
poco común, se hereda en forma recesiva y se carac-
teriza por niveles elevados de argininosuccinato en
sangre, líquido cefalorraquídeo y orina; se relaciona
con la presencia de pelo friable y en mechones
(trichorrehexis nodosa). Se conoce dos tipos, uno
de inicio temprano y otro de inicio tardío, aunque la
enfermedad se manifiesta hasta los 2 años, y por lo
general termina con la vida del paciente a edad
iernptanu. La argininosuccinicoaciduria refleja la
auséncia de argininosuccinasa (reacción 4, figu-
ra 31-14). El diagnóstico se realiza mediante croma-
tografía bidimensional de la orina, observándose
manchas adicionales en el cromatograma de la orina
debidos a la tendencia del argininosuccinato a forma¡
anhídridos cíclicos. La confirmación del diagnóstico
requiere la medición de la actividad de la arginino-
succinasa eritrocitaria. Esta prueba puede realizarse
con sangre umbilical o con células del líquido am-
niótico. Como en la citrulinemia,la alimentación con

432. Catabolismo de las proteínas y del nitrógeno de los a.minoácidos .
373
arginina y benzoato promueve la excreción de nitró-
geno en estos pacientes.
5) Hiperargininemia: Este defecto de la síntesis de r,rea,
se caracteriza por la elevación de los niveles de argi-
nina en sangre y líquido cefalorraquídeo, niveles bajos
de arginasa eritrocitaria (reacción 5, figura 31-14)
y un patrón de aminoácidos semejante al observado
en la lisina-cistinuria. Posiblemente este patrón
refleja la competencia de la arginina con la lisina y
la cistina para ser reabsorbidas en los tubulos re-
nales. Una dieta baja en proteínas ayuda al descenso
de los niveles de amoniaco y elimina la lisina-cisti-
nuria urinaria ' G
La terapia génica es prornisor¡a
para la correcc¡ón de los defectos
en la biosíntes¡s de urea
La terapia géntcapara la corección de los defectos de
Las enzimas que catalízan las reacciones del ciclo de la
rrea constituye un área de investigación activa. Los
:esultados preliminares han sido esperanzadores; son
:jemplo, los modelos animales utilizando un vector
edenoviral para el tratamiento de la citrulinemia.
RESUMEN
Para caracterizar los estados de nutrición con base en
:l nitrógeno, médicos y nutriólogos han establecido la
:lasificación de balance positivo de nitrógeno, balan-
:e negativo y equilibrio de nitrógeno. El recambio
:roteico, la síntesis y el catabolismo continuos de pro-
:eínas, existen en todas las formas de vida. Diariamente,
,¡s humanos degradan 1 a2Yo de las proteínas totales
:e1 organismo, principalmente del músculo esqueléti-
- o. La tasa de degradación proteica varía ampliamente
:ntre cada tipo de proteína y de acuerdo con los dis-
.rntos estados fisiológicos. La vida media de las
:roteínas, es decir, el tiempo requerido para degradar
: mitad de la proteína existente, varía entre 30 minu-
..-.s y 150 horas. La vida media excesivamente cofia, a
renudo es característica de enzimas que desempeñan
. :nciones reguladoras clave. Las proteasas y peptidasas
::sradan proteínas a través de vías dependientes e
-dependientes
de AIP. Para las glucoproteínas circu-
,rtes, los receptores de asialoglucoproteínas locali-
:.dos en la superficie de la célula hepática unen a las
..:aloglucoproteínas y las internalizarlpara su degra-
-
'ción por proteasas lisosomales. En muchas proteínas
intracelulares. el enlace con varias moléculas de ubi-
quitina sirve como señal para su degradación. Los
aminoácidos liberados por el catabolismo de proteínas
o ingeridos en exceso, son degradados, no almacenados.
El amoniaco es altamente tóxico para todos los
animales. En tanto que los peces excretan amoniaco
de forma directa. en las aves o animales terrestres la
necesidad de consen ar aeua impide que ésta sea una
ruta de eliminación de nitrógeno. Las aves destoxifican
el amoniaco al converlirlo en ácido úrico: los humanos
y otros vertebrados superiores. convierten el amoniaco
en urea. En ambos casos, la reacción inicial del catabo-
lismo de aminoácidos es la remoción del grupo cx-amino
mediante transaminación, una reacción que requiere
fosfato de piridoxal. La transaminación canaliza el ni-
trógeno de los u-aminoácidos hacia e1
"lutamato,
La
L-oxidasa de aminoácidos también desamina a 1os o"-arni-
noácidos. aunque este proceso {iene llrenor rnip.rn.rrrcia
fisiológica. La r--glutamato deshidrogenasa ocupa una
posición central en el metabolismo del nitrógeno. La into-
xicación por amoniaco pone en peligro la vrda: la gluta-
mina sintasa conviefte el amoniaco en slutamina no
tóxica, por medio de la cual se transporta a1 higado.
La glutaminasa hepática libera el amoniaco de la cluta-
mina, para su utilización posterior en la síntesis de urea.
El intercambio entre los distintos órganos manriene
los niveles de los aminoácidos circulantes. \' es una
organización complej a de intercambios itterorgán i c os
la que caracteriza el estado postabsorción.
La urea, el producto final principal del catabo-
lismo del nitrógeno en los humanos, se sintetiza a panir
de amoniaco, bióxido de carbono y nitrógeno amida del
aspartato. Unaparte de las reacciones relacionadas se
lleva a cabo en lamafriz mitocondrial y otra parre en
el citosol. La síntesis del carbamoil losfato a parrir del
ion amonio y CO2 se lleva a cabo en las rnitocondrias
hepáticas, al igual que ia condensación del carbamorl
fosfato con orinitina para formar citrulina. Las reac-
ciones subsecuentes son citosólicas. La reacción tlnal.
cafalizada por la arginasa, escinde a la arginina gene-
rando urea y omitina, y completa el ciclo. La regulación
de la biosíntesis de urea implica tanto cambios en lcs
niveles de enzimas, como la regulación alostér'ica de
la actividad de la carbamoil fosfato sintasa mediante
el ly'-acetilglutamato. Existen effores congénitos del
metabolismo relacionados con cada reacción del ciclo
de la urea. Estos trastornos son la hiperamonemia tipo
1y 2,la citrulinemia, la argininosuccinicoaciduria y
1a hiperargininemia. I
REFERENCIAS
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and giutamine metabolism. Annu rev Nutr 1995;15:133.
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Wilkinson KD: Role of ubiquitinylation in proteolysis and
cellular regulation. Annu Rev Nutr 1995;15:.161.
c

434. 32
Gatabolismo de los esqueletbs
de carbono de Ios aminoácidos
.'ictorW. Rodwell, PhD
\¡TR0üUü*l*ru
:n
e1 capítulo previo se describe el destino metabólico
:: los átomos de nitrógeno de los aminoácidos. Este
:.rpínrlo considera la conversión de los esqueletos de car-
:..-,no de los l-aminoácidos comunes en intermediarios
.rñbólicos, así como las enfermedades metabólicas o
''srrores
innatos del metabolismo" vinculadas con estas
. ras catabólicas.
vPcRTAN*lg mlon¿ÉDteA
, iertos trastomos del metabolismo de los aminoácidos
-:n
tenido una función importante en el esclarecimiento
:: las vías por las cuales se metabolizan los amino-
.--idos en los humanos sanos. Si bien la mayor parte
t3 estas enfermedades no son frecuentes y es poco
:.obable que 1os médicos las enfrenten, constituyen
::andes retos para psiquiatras, pediatras, consejeros
.: eenética y biólogos moleculares. Sin tratamiento,
, mayor parte de estos trastornos genéticos resulta en
..ión encefálica irreversible y muerte precoz, por tan-
. es fundamental la detección prenatal, o posnatal
:r1prana, y el inicio rápido del tratamiento apropiado
, s¡onible. Es posible el diagnóstico prenatal por
.::¡iocentesis, ya que algunas de las enzimas involu-
-:.das se pueden detectar en los cultivos de células del
:.:ido amniótico. El tratamiento consiste principal-
-:nte, en dietas bajas en aminoácidos cuyo catabolismo
::. j
deteriorado. Sin embargo, la tecnología del DNA
-.:
.¡rnbinante ofrece grandes posibilidades para sustituir
:
.enes defectuosos mediante la "terapia génica".
Las mutaciones en exones o en regiones reguladoras
-; ln gen codificante de una enzima que pafiicipa en
: -atabolismo de los aminoácidos, pueden producir
--: enzima no funcional o la total incapacidad para
sintetizar dicha enzima. Si bien algunos cambios en
la esüuctura primaria de las enzimas pueden tener poco
efecto, otros, modifican la estructura tridimensional
de los sitios catalíticos o reguladores. La enzima modi-
ficada o mutante, puede poseer una alteración en la
eficiencia catalitica (V-¡,bqao K,, alta), o en la capa-
cidad para enlazar un regulador alostérico de su
actividad catalítica. Diversas mutaciones pueden pro-
ducir el mismo síntoma clínico. Por ejemplo. cualquier
mutación que disminuya de manera significativa ia
actividad catalítica de la argininosuccinasa causa e1
trastomo metabólico conocido como acidemia argino-
succínica. Sin embargo, no todos los casos de esta
enfermedad representan mutaciones del mismo /oc¿¿s
genético, por tanto, a nivel molecular estas enferme,
dades moleculares son diferentes. Para complementar
los trastornos del metabolismo de los aminoácidos
comentados en este capítulo, los lectores deben con-
sultar trabajos importantes de referencia como e1 de
Scriver et al.,1995.
LO§ AMIruOACIDO§ §E TATABSLIZAN
A §U§TRATܧ PARA LA BICISINTESIS
ÜH CAR§OHIDRATO§ Y LíPIilG§
Los estudios sobre nutrición en el periodo de 1920 a1940,
reforzados por las investigaciones mediante amino-
ácidos marcados con isótopos realizadas entre 1 940 y
1950, establecieron la interconverlibilidad de los áto-
mos de grasas, carbohidratos y proteínas, y pusieron
de manifiesto que la totalidad, o una porción del esque-
leto de carbono de cada aminoácido, se puede convertir
en carbohidrato (13 aminoácidos), grasa (un amino-
ácido) o ambos (cinco aminoácidos) (cuadro 32-l).
La figura 32-1 bosqueja los aspectos generales de es-
tas interconversiones.
G
375
I
I
I

435. 376 . Bioquímica de Harper (Capítulo 3) t
Se convierten en ¡ntérmediar¡os anfibóllcos formadores de:
Glucógeno
("glucogénico")
Cuadro 32*1. Destino de los esqueletos
de carbono de los L-o-am¡noácidos comunes
son relativamente inespecíficas respecto al aminoácido
que funge como sustrato! por tanto, pueden actuar so-
bre muchos aminoácidos. Sin embargo, éste no es el
caso de la prolina, hidroxiprolina, treonina o lisina..E1
nitrógeno liberado puede reutilizarse para procesos
anabólicos como la síntesis proteínica o, según las ne-
cesidades fisiológicas, convedirse en urea y excretarse.
El esqueleto de hidrocarburos restante, parcialmente
oxidado, puede degradarse a intermediarios anfi-
bó1icos.
{,
"uprrug¡na
y e¡ aspartato
forman oxalCIacetatü
Los cuatro carbonos de la asparagina y del aspartato
forman oxaloacetato mediante reacciones sucesivas
catalizadas por la asparaginasa y una transaminasa
(figura 32 2). No se conocen defectos metabólicos
vinculados con esta corta vía catabólica, quizá debido
a que los defectos en las transaminasas que satisfacen
funciones anfibólicas impofiantes. son incompatibles
con la vida.
Glucógeno y grasa
("glucogén¡cos" y
"cetogénicos")
lle
Lis
Fen
Trp
llr
Ala Hip
Arg Met
Asp Pro
Cis Ser
Glu Tre
Gli Val
His
LA REACCIÓN INICIAL ES,
NORMALMENTE, LA REMOCIÓN
DEL GRUPO cr-AMINO
Por lo general, la primera reacción catabólica es la
remoción del nitrógeno o-amino por transaminación.
Las transaminasas del piruvato y del u-cetoglutarato
,/
/ ciüaro
l
Tre
I
rre L/
Leul/
Trp Piruvato /
,/
tA"etll{oAl-
t
I
I
Acetoacetil-CoA
t
_l-
tL"r\
Lis
Fen
Trp
Tir
Glutamalo
Ciclo
del citrato
Arg
His
Gln
Pro
Ala
Cis
Gti
Hip
Ser
I
ll¡-t"gtrtqrqt"l
ffi ffi
i l--/
I
I
Aspartato
t
Asn
Tir
Fen
Figura 32-1. lntermediarios anfibólicos formados a partir de los esqueletos de carbono de los aminoácidos
Leu
b-

436. Catabolismo de los esqueletos de carbono de los aminoácidos . 377
c?o
¿-,nffi
I
H*C-NH2
I
coo-
L-asparagina
c?a
¿;ffi
I
CHe
I
tcr-rrr-urññAJl
H-C-NH3*
I
coo*
L-glulamiña
La glutarnina y el glutamato
forman ü-cetoglutarato
El catabolismo de la glutamina y del glutamato es si-
milar al de la asparagina y el aspartato, pero forma
cx-cetoglutarato (figura 32 2). Si bien el glutamato y
el aspartato son sustratos de la misma transaminasa,
la desamidación de la glutamina se cataliza mediante la
glutaminasa. No se conocen defectos metabólicos de
la vía catabólica de la glutamina-glutamato, quLizáporla
misma razón mencionada anteriormente.
La prolina forma cx-cetoglutarato
En lugar de ser objeto de transaminación oirecta, la
prolina se oxida a deshidroprolina, a la cual se agrega
agua para formar glutamato-y-semialdehído, que se
oxida a glutamato y se transamina a u-cetoglutarato
(figura 32 3,izquierda). Se ha descrito dos hiperpro-
linemias autosómicas recesivas. En la mitad de los
casos conocidos se presenta retraso mental, pero nin-
guno de los tipos constituye un a amefiazapara la vida.
A. Hiperprolinemia tipo I
En ésta, el bloqueo metabólico se presenta en la prolina
deshidrogenasa (figura 32 3). En el heterocigoto tipo I
ocurre sólo una hiperprolinemia leve. No hay deterioro
alguno asociado al catabolismo de la hidroxiprolina.
B. Hiperprolinemia tipo ll
El bloqueo metabólico se presenta en la glutamato-y-
semialdehído deshidrogenasa (figura 32-3). Toda vez
que la misma deshidrogenasa parlicipa en el catabo-
PIH ALA
* ' .l\l
-
_
CH,
tffiffiffi I
ffi
U_U
I
coo-
c-cetoglutarato
lismo de la hidroxiprolina (reacción 2. tigura ll 12).
se afecta el catabolismo de ambas: prohna e hrdro-
xiprolina. La orina contiene un catabolito de 1a hi-
droxiprolina, el Ar-pirrolina-3-hidroxi-5-carborilato
(figura 32-12). A diferencia de los heteroclgotos del
tipo I, los heterocigotos del tipo II no presentan hiper-
prolinemia.
La arginina y la ornitina
forrn a n {x-cetog I utarato
El catabolismo del aminoácido arginina, de seis car-
bonos, forma u-cetoglutarato. Mediante escisión
hidrolítica del grupo guanidino, inicialmente se remue-
ve un átomo de carbono y tres de nitrógeno. en una
reacción catalizada por la arginasa, para formar
omitina. La ornitina es objeto de la transaminación
del grupo 5-amino para formar glutamato-1-semi-
aldehído, y éste, forma o-cetoglutarato, de acuerdo con
lo descrito anteriormente para el catabolismo de ia
prolina (f,rgura 32 3). Dos trastornos hereditarios pro-
ducen hiperor:nitinemia.
A. Atrofia en esp¡ralde la retina
Este rasgo de herencia autosómica recesiva implica la
degeneración corior:retiniana con pérdida progresiva
de la visión periférica, visión en túnel y f,rnalmente,
ceguera. Aumenta la concentración plasmática de la
ornitina y se excretan en la orina de 1 a 10 mmol dia-
riamente. El defecto se localiza en la ornitina-6-
transaminasa. Se ha secuenciado la transaminasa
humana e identificado más de 50 mufaciones respon-
sables de la atrofra en espiral. La terapéutica incluye
la restricción de la arginina dietética.
H¿O NHo*
)
^./
I
-O-
CH^
l'
**?-ffi
coo
L.aspaitato
^-/
|
'o-
CH,
t-
CH¿
I
u-?-ffi
coo-
L-glutamato
PIR ALA
)
IJñANS'AMrñ;l
-o
^'/
lo-
CH¿
I
C:O
I
coo-
HzO NHo*
\,/
Oxaloacetato
-o
U.
UT:
é
Figura32-2. Catabolismo de la L-asparagina (arriba) y de ra L-glutamina (abajo) hasta intermediarios anfibólicos (PlR piru-
vato; ALA, L-alanina.) En ésta y en las figuras subsecuentes se colorean las porciones de las moléculas que son objeto de
cambio quÍmico.
ñsPARAcTNASA-I

437. 378 . Bioquímica de Harper (Capítulo 321
NH3.
I
il
o
L-prol¡na
-o-
C-
ll
o
GLUTAMATo SEMIALDEHIDo
DESHIDROGENASA
-o_
ll
B. Síndrome de hiperornitinemia-
hiperamonemia
Este trastomo genético recesivo se caracteriza por el
aumento de la concentración sanguínea de la ornitina
y el amoniaco;.al parecer, se debe a un deterioro en el
transporte de la ornitina al interior de las mitocondrias.
El resultado consiste en el deterioro de la biosíntesis
de la urea con la amonemia y la ornitinemia conse-
cuentes (capítulo 30). Ya que el defecto quizá incluye
ft
*'."u¡ cH"."*r- cH
c
/ o-
I
o
I
NH
+
l-- NAo*
Io.*rl,SSHá*o*l""F O
{
Naou*H*
Hro
-.1
ls)*l¡nerru¡s¡l
*X1
T"*
cu¡cq'-c*1cH\c/'o-
L3
L-glulamato.y-semialdehído
[r--!lo.
.F
G'
|
nnou*H.
W
-o-"-cHt-aHr-cH-a-o-
It-ll
oo
L.glutsmato
l.- rn
ffi[
tr
er,
,o
lt
-cHr_ -c- _o-' 'cH; 'c-
tl
U
0-cetoglutarato
Figura 32-3. Catabolismos de la L-prolina (izquierda) y de la L-arginina (derecha) hasta a-cetoglutarato. Los números seña-
lan los sitios de los defectos metabólicos en O la hiperprolinemia tipo l; @ la hiperprolinemia tipo ll;y @ la hiperargininemia
(capítulo 31).
L-arg¡n¡na
L-ornitiña
un antiportador ornitina-citrulina, análogo al que
se ha purificado a parlir de las mitocondrias del híga-
do de rata, este síndrome podría considerarse como
un defecto del ciclo de la urea.
La histidina forma cx-cetoglutarato
La desaminación de la histidina catalizada por la
histidasa produce urocanato (frgura324). La adición
*
NH+

438. catabolismo de los esqueletos de carbono de los aminoácietos .
379
;e H¡O más una oxidación-reducción intemacatalizada
:!rr la urocanasa, convierten al urocanato en 4_imida_
zol-5-propionato. La hidrólisis del 4-imidazol_5_pro_
:ionato forma ly'-formiminoglutamato (Figlu). El
_:lutamato se forma mediante la transferenciá subse_
;uente del grupo formimino del Figlu al tetrafolato.
!n la deficiencia de ácido fólico, está reacción se blo_
quea de manera total o parcial y el Figlu se excreta en
.: orina. Por tanto, la excreción del Figlu después de
rna dosis de prueba de histidina, proporciona una
:rueba diagnóstica de la deficiencia de ácido fólico.
. continuación, la transaminación del glutamato forma
:i u-cetoglutarato. Si bien un incremento notable en la
:rcreción de histidina tipifica el embarazo normal, esto
:etleja un cambio temporal en la función renal.
Se conocen dos trastomos, aparentemente benig_
:os. del catabolismo de la histidina.
A. Histidinemia
a exploración de más de 20 millones de recién naci-
:cs ha demostrado una incidencia mundial de l: I I 500.
:ste
síndrome se caracteriza por el aumento de la his-
::dina sanguínea y urinaria, y resulta benigno en la
rayoría de las personas. La enzima defectuosa es la his_
tidasa, lo cual produce una conversión baja de la
.rstidina en urocanato (figra 324).
B. Aciduria urocán¡ca
:l
este trastomo, al parecer autosómico recesivo y
.:arentemente benigno, el aumento de la excreción
::i urocanato se debe a una urocanasa defectuosa (fi_
.,ra 324), y el aumento de la excreción del ácido
-:rrcánico es el único signo.
s
=
I s Aft¡§ lr-l#Áfr I ffi *§ FSffi ft*Ard
los los carbonos de la glicina, alanina, cisteína y
: ::na
-pero
sólo dos de los de la treonina- forman
:i ato. A continuación, el piruvato puede convertir_
: :n acetil-CoA.
/\+
HN-
\.NH
l\
o-^-cH-
^):lU -(/-
ll H-
-H
o
\TO
H4 folato
N5-Formimino
H4 folato
NH"*
I
CHT.o-
U
lt
o
ntna
tna
t-serina l-cis
üü
l-alanina + Piruvato <--
)
Acetil-CoA
L-trTl
GIici
J
tina
r--cisteína
catabolismo de la glicina tiene tugar
¡diante la escisión de la misma
+
ñ
la glicina también puede formar piruvato me-
L-hist¡dina
J.
**¡{ffi
-, +
#
''l'¡H
-o-.@f#
il
=B=-
o
Urocanato
Hro
-.J
I I
uRocANAsA
i
t-
"*Añ"-o--.-cHa.-"-¡<
o
/t-imidazolona-$prop¡onato
""
-J
xNAÑH,
I
-o-"-cHr-"H,-CH-a-o-
ll-lt
OO
¡r-Formiminoglutamato (F¡glu)
-o_
_cqr_
c'
'cH.'
lt'
o
L-g,utamato
pyr
_.t
I l;^*"^
^.¡
o"4
o
-o cH
ll
__C-_,,r_a,-rr-C_a-O
ll-lt
oo
0-celogluiarato
Figura 324. Catabolismo de la L-histidina hásta a_cetoglu_
tarato. (Ha folato, tetrahidrofolato.) La reacción catalizada-por
la histidasa representa el sitio probable del defecto metabóiico
en la histidinemia.
su conversión inicial a serina (figura 32-5), cn
HIDROLASA
I
I

439. 380 . Bioquímica de HatPer
(Capítulo 321
NHi
I
-_cH. _o-
ll
o
NHf
I
cHz_
-o
il
o
La alanina forma Piruvato
La transaminación de la cx-alanina forma piruvato (figura
32 I , derecha), el cual se puede descarboxilar a acetil-
CoA. No se conocen defectos metabólicos del catabo-
lismo de la u-alanina, quizá por las razones expuestas
para el catabolismo del glutamato y del aspafiato'
La serina se catabol¡za
a través de la glicina
Los humanos y muchos otros vertebrados degradan la
serina principalmente a glicina y M,M0-metilenotetra-
hidrofólato. Después de esta reacción catalizada ¡r
la serina hidroiimetiltransferasa (figura 32 5)''él
catabolismo de la serina se fusiona con el de la glicina
(f,rgura 32-6). Por el contrario, el hígado de los roedo-
ie{ convierte serina a piruvato mediante la serina
deshidratasa, una proteína con fosláto de piridoxal,
por pérdida de aguá, seguida por la pérdida hidrolítica
de amoniaco (figuta 32-7).
La cistina reducta§a
reduce la cistina a cisteína
En los mamíferos, el destino catabólico principal de
la cistina es su conversión a cisteína, una reacción
calalizadapor la cistina reductasa (figura 32-8)' El
catabolismb de la cistina se combina, posteriormente,
con el de la cisteína.
Dos vías conv¡erten la cisteína
en piruvato
La cisteína se cataboliza medil4te dos víqs catalíticas:
I ) Ia via oxidativa directa (sulfinato de cisteína) y 2) la
líu G tu-iiu"taminación (3-mercaptopiruvato). La con-
versión de la cistina en sulfinato de cisteína (figura
32 9,ízquierda) se cataliza mediante la cisteína dioxi-
Nlwro-ffiHototato
L-sedna Glicina
Figura 32{. Reacción libremente reversible de la serina a cargo
dá la h¡droximetiltransferasa. (H¿ folato, tetrahidrofolato.)
los humanos y muchos otros vertebrados la escisión
de la glicina ( figara32-6) quizá constituye la-vía prin-
cipal-para el citabolismo de la glicina y de la. serina'
Eicomplejo glicina sintasa, un complejo enzimático
mac.omolécuIar de las mitocondrias hepáticas, escinde
la glicina en CO2 y NlI4* para formar M,lflLmetileno
tetrahidrofolato de manera reversible (figxa 32-6)'
A. Glicinuria
La glicinuria se caracleizapor la excreción urinaria
de d'.6 a 1 g de gticina al día, y una tendencia a formar
cálculos renaleJde oxalato. Dado que la concentración
plasmática de la glicina es normal es probable que la
glicinuria sea el résultado de un defecto en la reabsor-
ción tubular renal de la glicina.
B. Hiperoxaluria Primaria
En la iriperoxaluria primaria, la excreción-urinaria del
oxalato^no se relacióna con su ingestión dietética' Al
parecer, el oxalato se origina por la desaminación de
ia glicina con formación de glioxilato (semia-ldehído
deixalato; figura32-12). El defecto metabólico im-
plica una insuñciencia para catabolizar glioxilato, que,
por tanto, se oxida a oialato. A la urolitiasis bilateral
progresiva por oxalato de calcio, nefrocalcinosis e in-
iecc-iones r-ecidivantes de las vías urinarias, sigue la
muerte temprana como consecuencia de insuf,tciencia
renal o hipertensión.
Ha folato
.o- "-' .-H"c
f sEFrNA---l
lpEsHrpFArASAl
ffi l*,o
.c-c-o-ltl*
ó I
NH+'
Figura 32-7. Conversión de la alanina y la serina.en piruvato. Las.reacóiones de la alanina transferasa y de la serina
deshidratasa requieren fosfát;" p-ü-r'i r-i iéácCion oé esta última tiene tugar mediante la eliminación del H,o de la serina
para formar un aminoácido insatuiado. Éste se rearregla a un cx-aminoácido, que se hidroliza espontáneamente a piruvato y
ámoniaco. (Glu, glutamato; cx-CG, cr-cetoglutarato' )
Tli
^-.
f,,^ñ+ ,r,
t
, ..2+NH.++NADH+H+
Er"-o-+NÁD-+-.-
I
o
G¡icina
Figura 32-6. Escisión reversible de la glicina por el complejo mitocondrial de la glicina sintasa. (PLP, fosfato de piridoxal')
NH.*
Hzo
[ ]*.
*,".f-"-o-
| ,
l*,"-."-"
*s¿ I
3
L-serina
fl cr, «-cG ft
_ór -o- .
{,
_.cH-^/o-
H^C---C-- _-_H3C-
'C'
" II ITRANSAMINASAI .!
o
..__--
L-alanina
Met¡leno
H4 folato H4 toialo

440. catabolismo de los esqueretos cre carbono de ros aminoácidos .
3Bl
NH.t
I
-cH- _o-
Hrc- 'c'
T*CsirNA
_l
f
BEpucrASA
I
Z=\-
til
§o
*
OS
llt
f
Ht*
l
-cH- -o-
2 cH;
-c-
tll
sHo
-c- -cH,-o- -cH-
I
NHJ"
L-cisl¡na
NADH + H+ NAD*
Figura 32-8. Reacción de la cistina reductasa.
L-c¡steína
*
HzC
I
HS
NH"*
f"
_cH_ -o-
II
o
L-ci§teína
rssrúNA I l-
ot
I oroxloe¡resn i I
-l
§ulfinato de L-cisteína
w
_cH- _o-
Hrc' -c -
til
-ozs
o
I
lr
u-cetoáciao
I TRANSAMINASA I I
I tl
f c-aminoacido
Y
B-sulfinilpiruvato
wl\.o.-ffi
+/1
H.
-OH
-c. -o-
HrC'
-c-
ltl
HSO
3-mercaptolactato
:igura
32-9' El catabolismo de la L-cisteína por Ia via,.oxidativa directa (sulfinato de cisteína) (izquierda) y mediante'-:rsaminación
(3-mercaptopiruvato) (derecha). El B-sulfinilpiruvatoes ,n piellrl,to ¡ntermediario. La oxidación a sulfato, del
'
- Íto producido en la última reacción de la víá oxiáativa directa, se catali)a máá¡ante la sulfito oxidasa.
To-r
Iril
| ,".-c.."-o- |
L-¿J
o
I
-c - -o-
H:C-
-c-
il
Piruvato
o
lt
-c- -o-
H¡C- 'c -
il
P¡ruvato

441. (Capítulo 32)
382 . Bioquímica de HarPer
genasa, una enzima que requiere Fe2t y NAD(P)H' El
óatabolismo subsecuente del sulf,rnato de cisteína, quizá
incluye la transaminación de éste a p-sulfinilpiruvato'
La conversión de p-sulfinilpiruvato a piruvato y sulfito,
catalizadapor una desulfinasa, tiene lugar aún en au-
sencia de catálisis enzimática.
La transantinaeiún de la *isteína
fsrrna 3-rnercaPtoPi ruv§ts
La transaminación reversible de la cisteína a 3-mercap-
topiruvato (tioipiruvato) se cataliza mediante cisteína
transaminasas específ,rcas, o por la glutamato o la aspa-
ragina transaminasas del hígado y riñón de mamíferos
(figora32-g derecha). La reducción del 3-mercaptopi-
ruiato por la r,-lactato deshidrogenasa forma 3-mer-
captolictato, presente en la orina humana normal como
diiulfuro miito con cisteína' y se excreta en cantidad
por los pacientes con disulfiduria mercaptolactato-
iirt"íri"á. De manera opcional, el 3-mercaptopiruvato
sufre una desulfuración para formar piruvato y HrS (fi-
sara 32-g.derecha). En el cuadro 32-2 se resumen los
áefectos conocidos del catabolismo de los aminoácidos
con azufre, entre los cuales se incluyen los siguientes'
A. Cistinu ri a (ci sti nlisi n u ria )
Esta enfermedad metabólica hereditaria se caracteri-
za por la excreción urinaria de cistina, en cantidades
hasia 30 veces superiores a las normales' También se
incrementa la excreción de lisina, arginina y omitina,
lo que sugiere un defecto en los mecanismos renales
de reabsorción para estos cuatro aminoácidos, por tanto,
pudiera preferirse la denominación de cistinlisinuria'
-Puesto,
que la cistina es relativamente insoluble, en
los tubulós renales de los pacientes cistinúricos se for-
man cálculos de cislina, por 1o demiís, la cistinuria es una
ñffiiffidGti-gna-
gt
¿lsum¡ro mixto de L-cisteína
y L-homocisteína (frgura 32-10), preserÚe en
!
orina de
ios pacientes cistinúricos, es más soluble quela cistina,
y por tanto disminuye la formación de cristales de
cistina y cálculos.
B. Cistinosis (enfermedad ¡
por almacenámiento de cistina) I
La cistinosis es un trastorno lisosórq§o poco común,
caracterizadopor@-
tina mediado por acarreadores' Los cristales de cistina
se--depositan en los üejidos y en los órganos, en qarticular
del sistema reticuloendotelial. La cistinosis casi siempre
se acompaña de aminoaciduria generalizada; también qe
deterioran seriqlqglltq qtras ñ49@§Iqe!9s, y por lo
como resultado
¿e 4sufemi6@ql -a&r3?:
C. Homocistinurias
En los defectos hereditarios del catabolismo de la me-
tionina (incidencia aproximada de uno por 160 000 naci-
mientoi), rg g¿qr"-qgj.4ierisen la qiga¡aqtg J08sg-
dq hqmqcisJtm;álffis
veces junto con S-adenositme-
iioñña. T;ábién se inc-remglll]g c9i9e+4gl91r
olasmática de la-:nerionüLÁl menos cuátro defectos
i""AUam¿¡ p-ducen homocistinuria (cua&o 32-2)'
Cuadro32-2.Erroresinnatosdelmetabolismodelosaminoácidosazufrados
Nombre
Defecto
Réferenc¡a
Homoc¡stinuria I Cistationina P-sintasa
Homocistinuria ll l§,Nl
o
-meti tenotetrahid rofolato reductasa
Homoc¡stinaia lll Dismi nución de ta N5'metiltetrahid rofotato'homociste ína
transmet¡lasa debido a la ircapacidad para sintetizar metilco'
balamina
Homocistinuria M
D¡ smi nución de la M -meti ftetrahi drofolato-lnmoci ste ha trarÉ-
Áetitasa debido a la absorción intestinal defectuosa de la
cobahmina
F¡gura 32-22
i'yy!y:"^:
Cistatoninuria
Metioni na adenosittrarsferasa hepáticax
C¡stationasa
S utfituri a (s Ltffoci ste i nuri a) SulÍib ortdasa
Le@nda de la figura 32-g
Cistirr.sis
Defecto en etfunc¡onamiento de los lisosomas
Figura 32-g
p,
"y
d
",::!1y
p"!,,,*!: * -_
Síúrome de malabsorción de metionina
3 -m e rc a p to p i rLM to s u lÍ o tra nsf e ra s a
tncapacidad para ta absorción intest¡nal de la metionira
x
También puede presentarse en la cistaÜoninutia, tirosinemia e intoleraro¡a a la fructosa'

442. Catabolismo de los esqueletos de carbono de los aminoácitlos .
3g3
cH2*s_s_cH2
tl
H c -NH"*
cH-
t,'
coo- H*c,NH3*
Joo-
(Clstclna) (Hom@tstetna)
Figura 32-10. Disulfuro mixto de cisteÍna y homocisteína.
En 1a homocistinuria tipo I los síntomas clínicos detec-
:ados incluyen trombosis, osteoporosis, luxación del
,-ristalino y, con frecuencia, retraso mental. Se conocen
-,
ariantes con y sin respuesta a la vitamina Bo. Una dieta
ra3a en metionina y abundante en cistina evita los cam-
rios patológicos, siempre y cuando se inicie en las
:rimeras etapas de la vida. Otros tipos de homocistinu-
:ra son el reflejo de defectos en el ciclo de remetilación
r cuadro 32-2).
La treonina aldolasa inicia
el catabolismo de la treonina
La treonina se escinde a acetaldehído y glicina me-
diante la treonina aldolasai El acetalde-híáo formado
se oúda a ag9-talo¿J a contínuación éste se corrvierte
en acetil-CoA (fisura 32-ll). El catabólisinb áe-la¡
ETi¿ iñil;dÍ r¡mid=á ñté ¡ orm en te.
La 4-hidroxiprolina forma piruvato
y glioxilato
Una deshidrogenasa mitocondrial oxida ia 4-hidroxi-
r-prolina a r-41-pirrolina-3-hidroxi-5-carboxilato, en
equilibrio no enzimático con el y-hidroxi-r-glutamato-
y-semialdehído (figura 32-12). EI semialdehído se
oxida a eritro-y-hidroxi-r-glutamato y se transamina a
THt*
t'"$.-o-
oHo
L-treonlna
H"C.
" -cg
I
o
Acetaldehldo
NH"+
I"
HzQ-o
lt
o
Gllcina
CO2 + NHo+
+ Metileno
H4 folato
f EscrsróN I
loe
ucl¡crrunl
---+
(Véase figura 32-6)
uro
-l-
reo
r----=------Y
I ALDEHIDO I I
loesxloRoeem¡snl lr.
,| ^ rnot,
H.C-
-O-
II
Acetato
t''ouototaro
¡l
rtouao y'
Piruvato
f;RUVAro-_l
I
oesHronoaer¡¡se
I
=gura 32-l 1. La conversión de Ia treonina y de Ia glicina en serina, piruvato y acetil-CoA. (f-1oHo folato, ácido formil[b-1o]te-
-=- Crofólico.)
SEBINA
H.C-
- S- CoA
il
a)
Acetil-CoA
Hzo
coz
CoASHI | .,-[itg-err
F
Hr6-cH-"-o-
lil
HOo
L-§eÍína
I
*rr-
4ffi
(véase nsura 3s-4
+
NAD+

443. o-ceto-y-hidroxiglutarato. A continuación, una escisión
tipo aldol forma glioxilato más piruvato.
En la hiperhidroxiprolinemia, un rasgo autosó-
mico recesivo, el sitio del defecto rnetabó1ico se localiza
en la 4-hidroxiprolina deshidrogenasa (figura 32 12).
El trastomo se caracteriza por el aumento de la con-
centración plasmática de la 4-hidroriprolina; no se
acompaña de deterioro en el catabolismo de la prolina
porque la enzima afectada funciona sólo en el cata-
bolismo de la hidroxiprolina. Tampoco se afecta el
metabolismo de la colágena, y parece benigno, al igual
que las hiperprolinemias.
DüCE Ahlt!NüAüIM*§
FORMAN ACHTIL-ee¡A
Todos los aminoácidos que forman piruvato (alanina,
cisteína, cistina, glicina, hidroxiprolina, serina y treonina)
tan-rbién forman acetil-CoA, por medio de piruvato
deshidrogenasa (capítulo 19). Además, la fenilalanina,
tirosina, triptófano, lisina y leucina fotman acetil-CoA
sin la formación previa de piruvato.
1) La transaminación de la tirosina forma p-hi-
droxifenilpiruvato; La transaminación de la tirosina
para formarp-hidroxifenilpiruvato se cataliza me-
diante la tirosina-o,-cetoglutarato transamin aba,
una enzima inducible en el hígado de mamíferos.
2) Et p-hidroxifenilpiruvato forma homogentisato:
Esta reacción poco usual (fi gxa32 I3), implica una
hidroxilación cíclica, concefiada con una migración
de la cadena lateral. Dado que el reductor fisiológi-
co es el ascorbato, los pacientes escorbúticos excre-
tan productos, oxidados de manera incompleta, del
catabolismo de la tirosina. A1 inicio se identificaron
algunos intermediarios del metabolismo de la tirosina
mediante la administración de posibles precursores
del homogentisato en 1a alimentación de pacientes
afectados con alcaptonuria (véase después), quie-
nes a continttación excretaron el homogentisato.
3) La homogentisato oxidasa abre el anillo aromá-
tico: La ruptura oxidativa del anillo bencénico del
homogentisato, catalizada mediante la homogenti-
sato oxidasa de1 hígado del mamífero, forma maleil-
acetoacetato.
4) La isomerización cisrtrans, forma fumarilaceto-
acetato: La isomerización del maleilacetoacetato,
catalizada por la maleilacetoacetato-cls, trqns-iso-
merasa. forma fumarilacetoacetato.
5) La hidrótisis del fumarilacetoacetato forma
fumarato y acetoacetato: Lahidrólisis del fumaril-
acetoacetato por la fumar ilacetoacetato hidrolasa,
forma fumarato y acetoacetato. Este último forma
acetil-CoA más acetato, por la reacción catalizada
mediante la p-cetotiolasa (capítulo 24).
,/*'NH*
(.ou
I
\-/---o-
(;
II
U
r-41 -Pirroline-3-hidroxi6<arboxilato
l
U"O *r I-
I fGE-,ú@
l-
i
oH NHs*
tl
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Hc- 'ct-t"-
il-ll
oo
y'hidrox¡-L-glulamáto-y-semialdehído
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il
o
4-h¡droxi-L-prolina
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NAD+ rlr HrO
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Erltrothid roxi-L-glutamato
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I I TRANSAMINASA I
*-oo 4,-
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ü-ceto-y-hidrox¡glutarato
l---
llur.nnporasel
t"
?-,A- ?
_c- _o-
H.C-
-C-
it
o
Piruvato
Figura32-12.lntermediarios en el catabolismo de la L-hidro-
xiprolina. (u-CA, u-cetoácido; o,-AA, o-aminoácido.) Los números
identifican los sitios de los defectos metabólicos en @ la
hiperhidroxiprolinemia y @ en la hiperprolinemia iipo ll.
-o_
-cH
u
o
Glioxilato
Ir¡
I
vlHrDHoxtPRoLtNAl
,l loesuronocEll!41
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384 . Bioquímica de Harper
(Capítulo 32)

444. Catabolismo de lo,s esqueletos de carbono de ros aminoácidos .
385
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so

445. 386 . Bioquímica de Harper (Capítulo 3) t
TIROSINEMIA, TIROSINURIA
YALCAPTONURIA
1) Tirosinemia tipo I (tirosinosis): La fisiopatología
de la tirosinosis es compleja, ya que los metabolitos
acumulados afectan las actividades-de varias en-
zimasy sistemas de transporte. El probable defecto
metabólico se localiza en la fumarilacetoacetato
hidrolasa (reacción 4, {tgura32-13). Aumentan la
concentración plasmática de la tirosina (6 a 12 mg/
dL) y de la metionina. En la tirosinosis aguda, los
lactantes presentan diarrea, vómito y un olor "como
de col" y fallo de medro. Sin terapéutica, el falleci-
miento tiene lugar en 6 a 8 meses como resultado
de insuficiencia hepática. En la ürosinemia crónica,
si bien los síntomas son similares, pero más leves,
la muerte suele acontecer hacia los l0 años, de edad.
El tratamiento consiste en una dieta baja en tirosina
y en fenilalanina y, en algunos casos, también en
metionina.
2) Tirosinemia tipo tr (sÍndrome de Richner-Hanhart):
El sitio probable del defecto metabólico se localiza
en la tirosina transaminasa hepática (reac\ión 1,
figtra 32-13} Los síntomas clínicos identifi cados
incluyen aumento de la concentración plasmática
de la tirosina (4 a 5 mgldL), lesiones oculares y
dérmicas, y retraso mental moderado. La tirosina
es el único aminoácido cuya concentración urinaria
aumenta. Sin embargo, la depuración y reabsorción
renales de latirosina están dentro del intervalo normal.
Los metabolitos urinarios incluyen elp-hidroxifenil-
piruvato,p-hidroxifenil-lactato, p-hidroxifenilacetato,
N-acetiltirosina y la tiramina (figura 32-14)r
3) Tirosinemia neónatal: Se consiáera qrr"
"rl*ru.-
torno es producto de una deficiencia relativa de la
p-hidroxifenilpiruvato hidroxilasa (reacci ón 2, frgrt'
ra 32-13). Aumentan las concentraciones sanguíneas
de la tirosina y fenilalanina, al igual que los valores
urinarios de la tirosina,p-hidroxifenilacetato, N-ace-
tiltirosina y tiramina (figura 32-14). La terapéutica
consiste en una dieta baja en proteínas.
4) Alcaptonuria: Este trastorno metabólico heredita-
rio, descrito desde el siglo xvI, y caracteizado en
1859, constituye la base de las ideas típicas de
Garrod respecto a los trastomos metabólicos here-
ditarios. La manifestación clínica más impactante
es el oscurecimiento de la orina expuesta ¿l aire.
NHs*
I
I
E
'-"?i."*-*o -
¡-,ro
I
consx
)_,
o
"*,i- v
OH
o
_tt
l'o-
l-ll
\-/
f
OH
f>hidroxifenilacetalo
phidroxifen¡lpiruvato
I
-
NADH+H*
r-
I loesnronoeene{
f*--^"
HOH
o-
a)l
lo
lil
>-,
OH
phidroxifen¡ l-lactato
fJ*i-nRóñÁ--_l
loescenaoxrusn I -/
-¡
CO,
O, + H2O
NHa* + H2O2
Figura 32-14. Catabolitos alternos de la tirosina. El phidroxifenilacetaldehído se forma como intermediario durante la oxidación
h¡-

446. Catabolismo de los esqueletos tle carbono de los aminoácitlos .
3g7
En la fase tardía de la enfermedad se presenta pig_
mentación generalizada de los tejidoJ conjuntivos
(ocronosis) y una variante de arhitis. La oóronosis
resulta de la oxidación del homogentisato por la
polifenol oxidasa para formar acettto de benzoqui_
nona, el cual polimeriza y se une a las macromolécu_
las del tejido coduntivo. El defecto metabólico
consiste en la falta de homogentisato oxidasa (re_
acción 3, figura 32-13). El homogentisato urinario
se oxida posteriorrnente mediante el 02 del aire,
yaya dar un pigmento de color negro pardo. Se ha
informado de más de 600 casos de este trastorno
autosómico recesivo. La incidencia se estima en 2
a 5 por millón de nacimientos.
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L-fenilalanina
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I
I
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Acetoacetato Bióxido de carbono
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+
-v-
7
H-
'COO-
Fumarato
Figura 32-15. Destino catabólico flnal de cada átomo de
carbono de la fenilalanina. Los números ilustran el patrón
del marcado isotópico en los intermediarios anflbólicos for_
mados a partir de la fenilalanina (y de la tirosina).
patrón de marcaje en los productos anfibólicos
fumarato y acetoacetato (figura 32-15) es idéntico al
de la tirosina.
Si bien se ha identificado tipos adicionales (cuadro
32-3), los principales trastomos metabólicos r.rnculados
con el deterioro de la capacidad para con errlr
fenilalanina en tirosina (figura 30-l0fpueden clasifl-
Acetato de benzoquinona
-.
lenilalanina se convierte en tirosina mediante 1a
:¿nilalanina hidroxilasa (figura 30-10), por tanto, el
Trastorno
t
I
Hipeñenilalaninemia transitoria leve
l
!.
Deficiencia de la dihidrobiopteridina re-
] ductasa
l"*'"'_
,
Función anormal de la dihidrobiopterina
Hiperrenilalaninemia y tirosinemia per-
sistentes
o-
Tratamiento
Dieta baja en Fen
Disminución de la Fen hidroxilasa Ninguno, o terapéut¡ca dietéüca tem-
poral
Retardo en la maduración de la hidrox¡lasalgual que el tipo ll
Deficiencia o ausencia de la dihidropteri-
dina reductasa
Síntesis defectuosa de la d¡h¡drobiopterinaDopa, s-hidroxitriptófano, carbidopa
Catabolismo de la tirosina (?) Disminuir la ingestión de Fen
V¡tamina C
Dopa, s-hidroxitr¡ptófano, carbidopa
t-
]
rrrostnemta
)
Ti rosinemia hereditaria Del¡ciencias de:
1. p-hi d roifen¡ lpi runto oxi dasa
2. f¡ rosi na ami notransÍe rasa citop lásmica
3. F umari lacetoacetato h¡ d ro las a
Cuadro 32-3, H iperfenitalaninemias*
,
i
Hiperfenitataninemia pers¡stente
Ausencia de la Fen hidroxilasa
neonatal trans¡tor¡"
]
hhibición de la p_hidroxifenilpintico oxidasa
D¡eta baja en Tir más ¡tryecciones de
glúatión
' wtilflcado y reprodLbido con autoriación de Touian A, SidbutyJB: plenyketoraia
arñ hwerphenytatanirem¡a.
-',¿ Metabotic Bas¡s of tnherited Disease,6th ed. Ucéi.i_niil, tSAe.
ln: Sciver CR et al. (editors):
I
i
T¡po
Defecto
Fenilcetonuria

447. (Capítulo 32
388 . Bioquímica de HarPer
carse en tres grandes grupos: 1) defectos en la fenilala'
nina hidrolasa (hiperfenilalaninemia tipo I, o fenilce-
tonuria típica); 2) defectos en la dihidrobiopterina
reductasa thiperfenilalaninemia
tipos II y III); y 3) de-
fectos en la biosíntesis de dihidrobiopterina (hiper-
fenilalaninemia tiPos IV
Y V).
Se han clonado y secuenciado los genes humanos
que codifican a la fenilalanina hidroxilasa y a la dihi-
dlobiopterina reductasa, en consecuencia, se dispone de
sondas de DNA para el diagnóstico prenatal de los
defectos en cualquiera de estas enzimas'
La consecuéncia principal de la hiperfenilala-
ninemia tipo I (fenilcetonuria típica o FT) sin tra-
tamiento, ei el retraso mental. Los signos clínicos adi-
cionales incluyen convulsiones, psicosis, y un olor "a
ratón". La intervención dietética apropiada puede ami-
norar el retraso mental. En la FT típica, un trastorno
hereditario con una frecuencia de alrededor de l:1 000
nacidos vivos, la concentración promedio del compo-
nente I de la fenilalanina hidroxilasa (figura 30-10)
hepática es aproximadamente 251o menot de lo nor-
*át, y tu hidroxilasa es insensible a la regulación por
la fenilalanina. Como los pacientes no pueden con-
vertir la fenilalanina en tirosina, se producen los
catabolitos alternos fenilacetato, fenil -lactato y fenila-
cetilglutamina (figura 32-16). La mayor parte del
fenilacetato se excreta como fenilacetilglutamina (cua-
dro 324). En los niños fenilcetonúricos se puede
prevenir el deterioro mental mediante una dieta con
ioncentraciones bajas de fenilalanina. Esta dieta pue-
de interrumpirse hacia los seis años de edad, una vez
que las alma concentraciones de fenilalanina y de los
derivados de ésta ya no lesionen el encéfalo'
En EUA es obligatoria la detección de FT en los
lactantes recién nacidos' La fenilalanina plasmática se
puede medir en tan sólo 2O ¡L
de sangre; sin embar-
go, dada la baja ingestión proteínica, es posible que el
áumento de las concentraciones sanguíneas de fenilala-
nina se presente en los lactantes fenilcetonúricos hasta
el tercero o cuarto días de vida. También se presentan
l-fenilalanina
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o-cetoolutarato
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Fenil-lactato
Figura 32-'16. Vías alternas del catabolismo de la fenilalanina
erila fenilcetonuria. Las reacciones también se presentan en
el tejido hepático de las personas sanas, pero resultan de
menbr importancia si está presente una fenilalanina hidro-
xilasa funcional.
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Fenilpiruváto
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Fenilacetilglutamina I
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cuadro32-4.Metabolitosdelafenilalaninaqueseacumulanenplasma
y orina de pacientes fenilcetonúricos
Metabolito
Plasma (mYdL) Orina (mg/dl-)
Normal Fenilcetonúricos Normal Fenilcetonúricos
Fenilalanina 1-2 1 5-63 30 300-1 000
30-200
Fenilpirwato
0.3-1.8
Fenil-lactato
290-550
Fen¡lacetato
Aumenlo
Fenilacetilglutamina
200-300 2 400
\--

448. catabolismo de los esqueletos de carbono de ros aminoácidos .
3g9
:esultados falsos positivos en lactantes prematuros,
lebido al retardo de la maduración de las enzimas del
:atabolismo de la fenilalanina. Una prueba de detección
-rtil, pero menos confiable, depenáe de la determina_
:ión de un aumento en las concentraciones urinarias
Je fenilpiruvato mediante cloruro férrico.
La administración de fenilalanina a personas
=nilcetonúricas,
resulta en un aumento prolongado de
.u concentración sanguínea. Dado que la tolerancia a
: fenilalanina y un aumento de su óoncentración du_
:ante el ayuno también caraclerizana los padres de los
:acientes fenilcetonúricos, es posible détectar el de_
=cto
genético responsable dé la fenilcetonuria en
:.rsonas heterocigotas con fenotipo normal.
\inguno de !oe nitrógen*s de le Ir*[ne
Dart;cipa en !e transafiliftec;ón
-
¡s mamíferos convierten el esqueleto de carbonos in-
=cto
de la t--lisina en o-aminoadipato y o,-cetoadipato
:gura 32-17). Entre los intermediarios se incluye la saca-
:-pina, un intermediario en la biosíntesis de la lisina
:,:,r hongos. La r--lisina forma una base de Schiff con
:, a-cetoglutarato, la cual se reduce a sacaropina y se
..rda mediante una segunda deshidrogenasa. Además
:; agua, se forman L-glutamato y L-0-aminoadipato_
-.emialdehído. Por tanto, el resultado final de estas
Los catabolitos de la lisina pueden o no acumularse
en los líquidos biológicos. Se estima que la hiperlisine_
mia persistente es un rasgo autosómico iecesivó. Además
del deterioro de la conversión de la lisina y el s_ceto_
glutarato en sacaropina, es posible que algunos pacien_
tes no puedan escindir la sacaropina (figura 32_17).
El triptófanü sx¡genasa inicia
el catabeil§sme de! triptófano
Los átomos de carbono de la cadena lateral y de1 anillo
aromático del triptófano se pueden degradár por com_
pleto hasta intermediarios anfibólicos por cinúreninan_
tranilato (figura 32-1 8).
La triptófano oxigenasa (triptófano pirrolasa)
cataltza la escisión del anillo indol con incórporación
de dos átomos de oxígeno molecular para fórmar -\._
formilcinurenina. La oxigenasa, una porfirina férrica
metaloproteínica, puede inducirse en el hígado me_
diante los corticoides suprarrenales y por e1 triptót-ano.
Una proporción alta de la enzima de nuer.a síntesis
está en la forma latente que requiere actit.ación. El
triptófano también estabiliza la oxigenasa con r.istas a
la_degradación proteolítica. La triptófano oxigenasa se
inhibe por retroalimentación mediante los derir,ados
del ácido nicotínico, incluso el NADpH. La remoción
hidrolítica del grupo formilo de la1/-formilcinurenina,
catalizadapor la cinurenina formilasa del hísado de
mamíferos, produce cinurenina (figura 32 tá1. Ésta
se puede desaminar mediante transami¡ación. Ei l-amrno-
3-hidroxibenzoilo piruvato resultante pierde agua. y
el cierre espontáneo subsecuente del anillo forma e1
producto ácido cinurénico (no se muestra). Como al_
temativa, el metabolismo subsecuente de la cinurenina
implica su conversión a 3-hidroxicinurenina
l.después
a 3 -hidroxiantranilato. La hidroxilación requieie orí geno
molecular en una reacción dependiente del NaDpH.
similar a la hidroxilación de la fenilalamna ( fi gura 3 0_ 1 0 ).
El xanturenatCI se acumula cuando
ex¡ste deficieneia rJe vitamina Bu
La cinurenina e hidroxicinurenina se convierten en hi_
droxiantranilato mediante la cinureninasa. una enzima
dependiente de fosfato de piridoxal (figura 32-lg).
La deficiencia de vitamina 86 ocasiona insuficiencia
parcial para catabolizar estos derivados de la cinure_
nina, y se forme xanturenato (figura 32-19),e1 cual se
encuentra en la orina cuando la ingestión de vitamina
Bo es inadecuada. Con deficiencia de vitamina Bu, la
ingestión excesiva de triptófano induce la excreción
de xanturenato.
En muchos animales la conversión del triptófano
en ácido nicotínico hace innecesario el aporte dietéti-
co de esta vitamina. En humanos y otroJanimales, el
imitalaremoción del nitrógeno e de la lisina
drante transaminación, reacción que no se presenta
los tejidos de los mamíferos.
La transaminación del o-aminoadipato forma q,-
adipato. Es probable que a esto siga la descar-
ión oxidativa para dar glutaril-CoA. Si bien la
es glucogénica y cetogénica, en los sistemas dema-
se desconocen los catabolitos precisos de la
il-CoA.
Del deterioro de la conversión de la l-lisina y del
en sacaropina resultan dos anormali-
metabólicas poco comunes (figura 32-17).
H i pe rl i s i n e m ia periód i ca relac¡on ada
hiperamonemia
stión de cantidades normales de proteína desen-
la hiperlisinemia. El aumento iubsecuente de
iones hepáticas de lisina, inhibe de manera
itiva a la arginasa hepáticayproduce hiperamo-
I a terapéutica con líquidos y la restrióción en
ión de lisina alivianla hipéramonemiu
/rus
aciones clínicas. Por el contrario. la adminis-
de una carga de lisina precipita una crisis
y coma.
persistente
pacientes presentan retraso mental. No hay
,rF.
n1 en respuesta avna carga de lisina.

449. (Capítulo 32¡
390 ' Bioquímica de HarPer
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450. catabolismo de los esqueletos de carbono de los aminoácidos .
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451. 392 . Bioquímica de Harper
(Capítulo 321
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3-hidroxicinurenina
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xanturenato
Figura 32-19. Formación del xanturenato en la deficiencia
divitamina Bu. Se deteriora la conversión de la 3-hidroxici-
nurenina, un metabolito del triptófano, en 3-hidroxiantranilato
(véase figura 32-1 B). Por tanto, una gran proporción se con-
vierte en xanturenato.
triptófano incrementa la excreción urinaria de los de-
rivados del ácido nicotínico (p. ej., I/-metilnicotina-
mida). Cuando hay def,rciencia de vitamina 86 se pue-
de deteriorar la síntesis del NAD. y NADP*, como
consecuencia de la conversión inadecuada del trip-
tófano en ácido nicotínico para la síntesis de los
nucleótidos de piridina. Con un suministro adecuado
de ácido nicotínico la síntesis de los nucleótidos de
piridina tiene lugar normalmente, incluso en ausencia
de vitamina Bu.
La enfermedad de Hartnup, un rasgo autosó-
mico recesivo, resulta de defectos en el transpofie
intestinal y renal de los aminoácidos neutros, entre los
cuales está el triptófano. Los signos incluyen una
aminoaciduria neutra general y, con frecuencia, un in-
cremento en la excreción de los derivados indol
provenientes de la degradación bacteriana intestinal
del triptófano no absorbido. El deterioro de la absor-
ción intestinal y la reabsorción renal del triptófano
limitan su disponibilidad para la biosíntesis de la
niacina, y explican los signos y síntomas pelagroides
que acompañan al Padecimiento'
LA METION¡NA, LA ISOLEI.,ICINA
Y LA VALINA SE CATABOLIZAN
A §UCCINIL-CoA
Si bien la succinil-CoA es el producto terminal anfi-
bólico del catabolismo de la metionina, la isoleucina
y la valina, sólo unaporción de sus esqueletos se trans-
iorma (f,rgura 3210). Cuatro quintas partes de los
carbonos de la valina forman succinil-CoA, y lo mis-
mo hacen tres quintas partes de los carbonos de la
metionina, y la mitad de los pertenecientes a la iso-
leucina. Los carbonos carboxilo de las tres formanCOz.
Los dos carbonos terminales de la isoleucina forman
acetil-CoA, y el grupo metilo de la metionina se re-
mueve como tal.
A continuación se mencionan sólo las conversio-
nes de la metionina y de la isoleucina en propionil-CoA,
y de la valina en metilmalonil-CoA' Las reacciones
que dan origen a la succinil-CoA, a partir de la
propionil-CoA, a través de la metilmalonil-CoA, se
disóuten en el capítulo 24,apropósito del catabolismo
del propionato y de los ácidos grasos que contienen
un número impar de átomos de carbono.
Los carbonos del met¡onilo I
forman prop¡on¡l-CoA
La t-metionina se condensa con el AIP para formar
,S-adenosilmetionina, la "metionina activa'' (figura 32¿l)'
El grupo,S-metilo activado puede transferirse a varios
u""!tot"t. La remoción del grupo metilo origina
'S-ade-
nosilhomocisteina.La hidrólisis de los enlaces S-C
produce r-homocisteína más adenosina. A continua-
iiór, l, homocisteína se condensa con la serina para
formar cistationina (frgura 3222). La escisión hidro-
lítica de ésta, forma L-homoserina más cisteína por lo
que el efecto final es la conversión de la homocisteína
en homoserina, y de la serina en cisteína. Por tanto, estas
dos reacciones también están involucradas en la bio-
síntesis de la cisteína a partir de la serina (capítulo 30)'
Lahomoserina se convierte en cr-cetobutirato mediante
la homoserina desaminasa (figura 32¿3). A conti-
nuación tiene lugar la conversión del cr-cetobutirato
en propionil-CoA, que acontece en la forma usual para
.S
- CH¡
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Metionina " ¡ n-cetobutirato
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Propionil-CoA
I.'o'
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y¿¡¡¡¡¿
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Metilmalonil.CoA
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f §r*i"il,C.Al
Figura 32-20. Resumen del catabolismo de metionina
isoleucina y valina.
- Coa
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AcCoA
lsoleucina'.+

452. Catabolismo de los esqueletos de carbono de los amittoácictos .
393
coo-
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CA,
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CH,
t-
S+
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CH,
la carboxilación oxidativa de los cr-cetoácidos (p. ej., el
piruvato, el «-cetoglutarato) para formar los derivados
de la acil-CoA. El cuadro 32-2 enlista los trastornos
metabólicos del catabolismo de la metionina.
LAS DOS REACCIONES CATABÓI.ICRS
INICIALES SON COMUNES PARA LOS
TRES AMINOACIDOS CON CADENAS
RAMIF¡CADAS
Inicialmente, el catabolismo de la leucina, la valina y
1a isoleucina incluyen las mismas reacciones; poste-
riormente, cada esqueleto de aminoácido sigue nna vía
exclusiva hasta los interrnediarios anfibólicos (figu-
ras 32-24 y 32)5), cuya estructura determina que la
valina sea glucogénica, la leucina cetogénica, y 1á iso-
leucina posea ambas características. Muchas de las
reacciones involucradas son análogas a las reacciones
dsl catabolismo de los ácidos grasos de cadena recta y de
cadena ramificada. En los incisos siguientes los-nú-
meros de las reacciones se refieren alasfiguras32-25
a3218.
El catabolismo de los amiuoácidos de cadena ra-
mificada tiene lugar en hígado, riñón, músculo, corazón
¡- tejido adiposo; comienza con el ingreso de dichos
aminoácidos a la célula por medio de un transportador
de la membrana celular. Después de la transaminación
reversible, los cr-cetoácidos resultantes ingresan a las
mitocondrias, y en éstas, se descarboxilan de manera
oxidativa mediante una sola descarboxilasa de los cr-
cetoácidos de cadena ramificada, un complejo multi-
enzimático laxamente vinculado a la membrána inter-
na mitocondrial. A continuación, los tioésteres de la
cr-cetoacil-CoA de cadena ramificada resultantes, se
¡atabolizan por vías diferentes.
Una sola enz¡ma transamina
a los tres aminoácidos ramificados
tr-a transaminación de los tres aminoácidos ramificados
* cataliza mediante una sola úansaminasa (reacción l,
igwa 32-25). Como esta reacción es reversible, es
posible que el o-cetoácido sustituya a1 aminoácido
correspondiente de la dieta.
La descarboxilación oxidativa
de los cr-cetoác¡dos ramificados
es análoga a la conversión
del piruvato en acetil-CoA
La descarboxilación oxidativa de los o-cetoácidos de-
rivados de la leucina, isoleucina y valina, se catzliza
mediante un complejo multienzimático mitocondrial, la
deshidrogenasa de los s-cetoácidos de cadena ramifi-
cada (reacción2,figlra32-25). La estructura y regu-
lación de esta deshidrogenasa semejan, en gran medi-
da, las de la piruvato deshidrogenasa. Sus subunidades
son: una ü,-cetoácido descarboxilasa, una transacilasa
y una dihidrolipoilo deshidrogenasa. El complejo se
inactiva mediante la fosforilación por AIp y una pro-
teincinasa, y se reactiva mediante una fosfoprotéína
fosfatasa independiente del Ca2*. La proteinclnasa se
inhibe por ADP, cx-cetoácidos de cadena ramificada, los
agentes hipolipidemiantes clofibrato y dicloroacetato,
y tioésteres de la coenzima A.
La deshidrogenación de tioésteres
ram¡f¡cados de la acil-CoA es análoga
a una reacción del catabolismo
de los ácidos grasos
La reacción 3 es análoga a la deshidrogenación de los
tioésteres de la acil-CoA en el catabolismo de los áci-
dos grasos. La evidencia indirecta incluye al menos dos
enzimas. En la acidemia isovalérica, la ingestión de
alimentos abundantes en proteína aumenta ia concen-
tración sanguínea de isovalerato, el producto de la
desacilación de la isovaleril-CoA.
Tres reacciones son específicas
del catabolismo de la leucina
A. Reacción 4L
La clave parala comprensión de la acción cetogé-
nica de la leucina fue el descubrimiento de que, por
CH: Adenina
o
K");
L/
li
HO OH
L-met¡onina
HO OH
ATP 9adenos¡l-L-metion¡na
("met¡onina activa")
Figura 32-21 . Formación de S-adenos¡lmetionina. -CH. representa el alto potencial de transferencia de la
"met
onina activa,,.

453. 394 . Bioquímica de Harper
I
-c- _cHz
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-cH'
I
Ñ*.n
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L-cisteína
T*"
HrC
-s-Ctr..cx;cH-."-o'
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L-metfonina
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l.*
{
Pr+PP¡
$adenosil-L-rnetioo¡na
y'
aceptor
l.*
{

AcePtor de CHa
$adenosi l-¡--hcmocistelna
r ^'o
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I
^
Adenosina
T*'*
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§-s-
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L-ser¡na
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-c- -cH,
o
-O- -CH'
C¡stationina
I
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(Capítulo 3) t
ry T*J
Htc-cH-cHt"-o-
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L-hcmoserlna
I
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NH¿*
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H"C.
-C- -O-" _cHr- _f-
a-cetoor*ira?o
Figura32-23. Conversión de la l-homoserina en o-cetobuti-
rato, catalizada por la homoser¡na desaminasa.
ra 32)6) requiere biotinil-CoA y produce p-metil-
glutaconil-CoA.
B. Reacción 5L
La hidratación de la B-metilglutaconil-CoA
forma p-hi-
droxi-p-metilglutaril-CoA (HMG-CoA), un precursor
de los cuerpos cetónicos (reacción 6L, frgara 32-26)
y del mevalonato y, por tanto, del colesterol y todos
los demás poliisoprenoides (capítulo 28).
C. Reacción 6L
La escisión de IaHMG-CoA en acetil-CoAy acetoace-
tato, pormedio de IaHMG-CoA liasade las mitocon-
drias hepáticas, renales y cardiacas, explica el fuerte
efecto cetogénico de la leucina. No sólo se forma un
mol de acetoacetato por cada mol de leucina, sino que
es posible la formación de otro medio mol de cuerpos
cetónicos a partir del producto remanente, la acetil-
CoA (capítulo 24).
I
f NHr*
-1
|
*."-./á-"-o-
|
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Lol
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El
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I
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H¿o
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I
"t-t"-"-'
o
d-cetobut¡rato
(véase figura 32*23)
consu
\k
runo.
"o, +
NADH+H+
o
I
H.c. _ c-
" -cHr- -s-con
Propionil-CoA
Figura32-22. Conversión de la metionina en propionil-CoA
cada mol de grupos isopropilo provenientes de la
conversión de la leucina en acetoacetato, se "ftjaba"
1 mol de COr. Esta fijación de CO, (reacción 4L, figu-
ts-

454. Catabolismo de los esqueletos de carbono de los aminoácidos .
395
Leucina, valina, isoleucina
fe
(l-cetoác¡dos correspondientes
le
I
CO2 + los t¡oésteres de la
acil-CoA correspondientes
v^t /
/
Succ¡nil-
CoA

,,"
Leu \
Propionil-CoA
+ Acetil-CoA
fe
V
Tioésteres c,B-insaturados
de la acil CoA correspondientes
g-hidroxi-p-metil-
glutar¡l-CoA
Figura 32-24. Catabolismo de los aminoácidos de cadena
¡amificada. Las reacciones @, @ y @ son comunes a los tres
aminoácidos. Las líneas que cruzan las flechas señalan los
siüos de los bloqueos metabólicos en dos enfermedades
humanas poco comunes; en @, la enfermedad de la orina de
larabe de arce, un defecto en el catabolismo de los tres
aminoácidos; y en @, la acidemia isovalérica, un defecto del
catabolismo de la leucina.
Cuatro reacciones son específicas
del eatabolismo de la valina
A. Reacción 4V
La hidratación de la metilacrilil-CoA se cataliza por la
¡otonasa, una hidrolasa de amplia especificidad para los
lroésteres de los p-hidroxi ácidos de la coenzima A
;on 4 a 9 átomos de carbono (figura 32-27).
B. Reacción 5V
Como la p-hidroxiisobutiril-CoA
no es un sustrato para
.a reacción subsecuente, se desacila a p-hidroxiiso-
lutirato.
C. Reacción 6V
-a
oxidación reversible, dependiente del NAD*, del
;rupo alcohol primario en el B-hidroxiisobutirato, pro-
:uce un aldehído y forma metilmalonato semialdehído.
D. Reacción 7V
--a transaminación del metilmalonato semialdehído forma
l- aminoisobutirato, un aminoácido urinario normal.
E. Reacción 8V
De manera opcional, el metilmalonato semialdehído se
acila de manera oxidativa para formar metilmalonil-CoA.
F. Reacción 9V
La isomerización de la metilrnalonil-CoA a succinil-CoA
se cataliza por la metilmalonil-CoA mutasa, una enzima
parala cual la coenzima es el derivado adenosilcoba-
lamina de la vitamina B12 (reacción 9V). Esta reacción
de isomerización también funciona para la conversión
en succinil-CoA de la propionil-CoA proveniente de
la isoleucina (frgtra32-28). En la deficiencia de vira-
mina B,, se deteriora la actividad de 1a mutasa: esto
produce un "defecto metabólico dietético" en los ru-
miantes, los cuales uttlizancomo fuente de energía el
propionato proveniente de la fermentación en el rumen.
Tres reacciones son exclusivas
del catabolisrno de la isoleuc¡na
A. Reacción 4l
La hidratación de la tiglil-CoA, igual que la reaccrón
análoga en el catabolismo de la valina (reacción .1V),
se caializa por la crotonasa (figura 32 28).
B. Reacción 5l
La deshidrogenación de la o-metil-B-hidroributiril-
CoA es análoga a la reacción 5V del catabolismo de
1a valina.
C. Reacción 6l
La escisión tiolítica del enlace que une los carbonos 2
y 3 de la s-metilacetoacetil-CoA semeja la tiolisis de
la acetoacetil-CoAa cargo de la
B-cetotiolasa. Los pro-
ductos, la acetil-CoA (cetogénica) y la propionil-CoA
(glucogénica), explican las propiedades cetogénica y
glucogénica de Ia isoleucina.
TRA§TORNCI§ M ETABÓLICOS
DEL CATABOLISI!¡IO DE LO§
AMI NOACI DOS RAMI FICABOS
1) Enfermedad de la orina de jarabe de arce (ceto-
nuria de cadena ramificada): La característica
más impactante de este trastomo hereditario auto-
sómico recesivo (incidencia mundial 1:185 000),
es el olor de la orina, que semeja el del jarabe de
arce o el de az'6car quemada. Aumenta la concen-
tración plasmática y urinaria de leucina, isoleucina,
valina y de sus cx-cetoácidos. En la orina también se
presentan cantidades pequeñas de ácidos o-hidroxi
de cadena ramificada, formados mediante la reduc-
ción de los g-cetoácidos. La enfermedad se eviden.
cia hacia el fin de la primera semana de vida extra-

455. 396 . Bioquímica de Harper (Capítulo 32)
?*' W
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-C*-"r"rcH-"-o
II
o
l-leucina
*,"-lX'-"r,-W
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o-celoisocaproatc
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Hrc-ckcH.-t-u -
"oolsovaleril.CoA
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c- .c.
HIC/
\'CH/ -S-Co,q
B-metitcrotonil-CoA
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o-""toá"ido
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a-aminoácido
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lsobuiirll-CoA
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Metacrilil-CoA
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L-isoler¡cine
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a-cetoácido
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(x-celo-S-metilvalerato
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-
coA
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CHs
Tiglil-CoA
Figura 32-25. Primeras tres reacciones análogas del catabolismo de leucina, valina e isoleucina. Obsérvese también la
analogía de las reacciones ) y i con las reacciones en el catabolismo de los ácidos grasos (capítulo 24). La analogía con el
catabolismo de los ácidos grasos continúa, como se muestra en las figuras subsecuentes.
uterina. El lactante presenta dificultad para alimen-
tarse, puede vomitar y estar letargico. El diagnóstico
antes de la primera semana de edad sólo es posible
mediante análisis enzimático o genético. En los niños
sobrevivientes se presenta lesión cerebral extensa.
Sin tratamiento, el fallecimiento por 1o general
acontece hacia el final del primer año. El defecto
bioquímico consiste en la ausencia o disminución
notable de la actividad de la g-cetoácido descar-
boxilasa (reacción 2, frgxa 3225). Se desconoce
el mecanismo de toxicidad. El tratamiento iniciado
en la primera semana de vida evita, en gran medi-
da, las consecuencias. La terapéutica incluye la sus-
titución de proteínas dietéticas por una mezcla de
aminoácidos en la que se excluyen la leucina, la
isoleucina y la valina. Cuando la concentración plas-
mática de estos aminoácidos baja hasta lo normal,
se restaura con leche y otros alimentos en cantida-
des que nunca excedan la demanda metabólica.
Cuando la mutación deteriora la dihidrolipoato
reductasa
@3),
se presenta una incapacidad combi-
nadaparu descarboxilar el piruvato, el cr-cetoglu-
tarato y los cx-cetoácidos de cadena ramif,rcada. Si
se considera la complejidad del sistema multienzi-
mático que convierte los cr-cetoácidos de cadena
ramif,rcada en tioésteres de acil-CoA correspondien-
tes, no sorprende que la enfermedad de la orina de
jarabe de arce se origine por muy diversas muta-
ciones. Por ejemplo, el defecto en los menonitas
de la Orden Antigua en los condados de Lancaster
y Líbano de Pensilvania, en quienes la incidencia
de esta enfermedad es de 1:175, consiste en una
mutación homocigótica de la Tir 395 por Asn, en
la subunidad cr El de la descarboxilasa, la cual de-
teriora la vinculación de esta subunidad con la
subunidad p E1.
2) Cetonuria intermitente de cadena ramificada:
Es probable que esta variante de la enferrnedad de
la orina de jarabe de arce refleje una modificación
estructural menos intensa de la cr-cetoácido descar-
boxilasa, ya que en las personas afectadas qiste
un deterioro parcial del catabolismo de la leuclna,
L-

456. Catabolismo de los esqueletos de carbono de los aminoácidos . 397
'C: :X:::::
'
valina y la isoleucina, por lo que los síntomas se
manifiestan en etapas tardías de la vida y sólo de
manera intennitente; el pronóstico de la terapéuti-
ca dietética es más favorable.
La enfermedad de la orina de jarabe de arce y la
cetonuria intermitente de cadena ramificada, ilus-
tran mutaciones que derivan en diferentes cambios
en la estructura primaria de la misma enzima. Por tan-
to, individualmente puede presentarse una amplia
gama de actividad de la enzima, que van desde la
enfermedad franca hasta los valores normales, pa-
sando por las manifestaciones intermitentes.
3) Acidemia isovalérica: La enzima afectada es la iso-
valeril-CoA deshidrogenasa (reacción 3, figura
32-25). La isovaleril-CoA se acumula, se hidroliza
a isovalerato y se excreta en orina y sudor. Los sín-
tomas, precipitados por la ingestión excesiva de
proteínas, incluyen un olor "a queso" del aliento y
de los líquidos corporales, vómito, acidosis y coma.
TRASTORNOS DEL CATABOLISMO
DE LA METILMALONIL-CoA
1) Aciduria metilmalónica: La metilmalonil-CoA se
isomeriza a succinil-CoA en una reacción depen-
diente de la coenzima vitamina Br: (reacción 9\.
ñgura 32-27). La aciduria metilmalónrca de ios
pacientes con deficiencia adquirida de 1a r itarnina
B12 desaparece con la administración de una canridad
suficiente de vitamina B¡,. Se conocen dos tlpos: una
responde a concentraciones farmacoló_eicas de la
vitamina B¡2; la otra, requiere dosis masivas r 1 u d)
de dicha vitamina.
2) Acidemia propiónica: La deficiencia de 1a propio-
nil-CoA carboxilasa se caracteriza por el auntento
de la concentración sérica de propionato. E1 trata-
miento incluye una dieta baja enproteínas r.medidas
adecuadas para contrarestar la acidosis metabó1ica.
Lq§§ilM§r,¡
Cuando los aminoácidos exceden de 1as necesidades
metabólicas, sus esqueletos de carbono se catabolizan
a intermediarios anfibólicos, para utilizarse como fuen-
tes de energía o como sustratos para la biosíntesis de
carbohidratos y lípidos. En el catabolismo de los ami-
noácidos, la reacción inicial más fi'ecuente es la
remoción del nitrógeno o,-amino mediante transamina-
ción. Las reacciones subsecuentes remueven cualquier
nitrógeno adicional y reestructuran el esqueleto de
?*. ?
ffi-c--cH-"-a,-"oo
p-metilcrotonll-CoA
o cH3 O
.Coz
llltl
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^ ^
-ot"tc+rt "--cH-"'s
-- coA
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-o-ci'a*r-c-cH, *A- ¡16
-
Acetoacetato
Figura 32-26. Catabolismo de la B-metilcrotonil-CoA formada a partir de r-leucina. Los asteriscos indican ios álon"os de
carbono provenientes del COr.
I
i
I
H¿o
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457. j98 . Bioquímicq de Harper (Capítulo 32)
o
II
HzC.-:.a-c-r,-"o¡
¡
CH.
Metacr¡l¡l-CoA
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I.."*-,1..s-coA
I
CHs
p-hldrodisobutlrll-GoA
o
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H"c-%lc-s-coA-T
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Tiglil-CoA
I
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H-c'-cH-
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CHs
0-metil-S-hidrox¡butir¡l-CoA
@
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,,
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_c- _c-
u"c- *cH- -s-coR
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CHs
a-metilacetoacetil-CoA
HOO
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Metilmatonil-CoA
@ l"o=*r,ror,,
+
o
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HeC_
-S-CoA-a'
I
o
succlnll-CoA
@F:::,.
ffi-"*-c'-o-
I
CHa
p-hidroxiisobutirato
Figwa 32-27. Catabolismo subsecuente de la metacrilil-CoA
formada a partir de la valina (figuia 32-25). (o-CA, cr-ceto-
ácido; c¡-AA, o-aminoácido.)
\
hidrocarburo restante, para su conversión a interme-
diarios anfibólicos como oxaloacetato,
ot-cetoglutarato, piruvato y acetil-CoA. Por ejemplo,
la desaminación de la asparagina forma aspartato, y
I
c
-c-
H.c---s-coA + cHl
-
-s-coA
CHs
Acet¡l-CoA PropÍon¡l-CoA
Figura 32-28. Catabolismo subsecuente de la tiglil-CoA for-
mada a partir de la l-isoleucina.
éste se convierte en oxaloacetato. La glutamina y el
glutamato forman cr-cetoglutarato mediante reaccio-
nes análogas. No se conocen trastornos metabólicos
vinculados con el cata-bolismo de estos ciratro
aminoácidos. Dos hiperpro- linemias se vinculan con
laviacatabílica por la cual la prolina se convierte en
cr-cetoglutarato. La reacción inicial del catabolismo
de la arginina se cataliza mediante la arginasa, una
enzirrra de la síntesis de la urea. A continuación, la
transaminación del nitrógeno 6 de la omitina produce
glutamato-y-semialdehído, y en este punto el
catabolismo de la arginina se fusiona con el de la
histidina.
Seis aminoácidos forman piruvato. Las enferme-
dades metabólicas vinculadas con el catabolismo de
la glicina inc§en glicinuria e hiperoxaluriaprimaria.
La transaminación de la alanina forma directamente
piruvato, en tanto que la serina se cataboliza a través
de glicina. Después de la reducción de la cistina a
cisteína, la conversión de ésta en piruvato está a cargo
6;, f*
r.rao.
" |.-
NADH + H*
oo
il ll
HC- -C-
-CH-
I
CH.
Metilmalonato semialdehído
CoASH ,i$
-- )4 uaon \'
(7V)
WÁ \ic'cn
/ \NADH*H* \
NHr* o
tlt
H.C _ -C-
' -cH-
I
CHs
0-am¡noisobut¡rato

458. Catabolismo de los esqueletos de carbono de los qminoácidos .
399
de dos conjuntos de reacciones. Las enfermedades
metabólicas vinculadas con el catabolismo de la cisteína
inc§en la cistinlisinuria, la enfermedadpor almacena-
miento de cistina y las homocistinurias. El catabolismo
de la treonina se integra con el de la glicina después
de que la treonina aldolasa escinde la treonina en
glicina y acetaldehído. La oxidación del acetaldehído
forma acetato, y finalmente acetil-CoA. La hidroxipro-
l!.emia se acompaña de un defecto en la cap acidadpara
degradar la 4-hidroxiprolina a piruvato y glioxilato.
Doce aminoácidos forman acetil-CoA. Después
de su transaminación, el esqueleto de carbono áe la
tirosina se degrada a fumarato y acetoacetato por una
larga secuencia de reacciones. Las enfermedadés meta-
bólicas vinculadas con los defectos enzimáticos del
catabolismo de la tirosina incluyen tirosinosis, síndrome
de Richner-Hanhart, tirosinemia neonatal y alcaptonuria.
La hidroxilación de la fenilalanina forma tirosina; los
trastornos metabólicos en el catabolismo de la feni-
lalanina incluyen fenilcetonuria (FC) y varias hiper-
fenilalaninemias.
Ningún nitrógeno de la lisina es objeto de transa-
minación. El nitrógeno cx, se remueve indirectamente
a través de la sacaropina. Las enfermedades metabó-
licas del catabolismo de la lisina incluyen las formas
periódica y persistente de la hiperl isinemia/amonemia.
En la insuficiencia de la vitamina Bu se acumula un
metabolito anormal del triptófano, el xanturenato.
La metionina, la isoleucina y la valina se catabo-
lizan a succinil-CoA. El catabolismo de la leucina, la
valina y la isoleucina presenta muchas analogías con
el catabolismo de los ácidos grasos. La descarboxilación
oxidativa de los g-cetoácidos
de cadena ramificada es
análoga a la conversión del piruvato en acetil-CoA, y
la deshidrogenación de tioésteres ramificados de la
acil-CoA es análoga a una reacción del catabolismo
de los ácidos grasos. Tres reacciones son específicas del
catabolismo de la leucina, cuatro del catabolismo de la
valina y tres del de la isoleucina. Los trastornos metabó-
licos del catabolismo de aminoácidos de cadena ramifi-
cada incluyen la hipervalinemia, la enfermedad de la ori-
na dejarabe de arce, la cetonuria intermitente de cadena
ramificada, la acidemia isovalérica y ia aciduria metil-
malónica. I
REFERENCIAS
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acids. Annu Rev Biochem 1983;52:187.
Earris RA et al.: Molecular cloning of the branched-chain
s-ketoacid dehydrogenase kinase and the CoA-depen-
dent methylmalonate semialdehyde dehydrogenase. Adv
Enzyme Regul 1 993 ;33 :255.
Scriver CR et al. (editors): The Metubolic antl )folecu-
lar Bases of Inherited Disea.se, Tth ed. lvfcGrarv-Hill,
1 995.
Watanabe K et al.: In situ deten¡ination of phenl lpvmvate
in urine using a phenylpyruvate-selectir,e membrane
electrode. Anal Sci (Japan) 1997;13:209.
I

459. 33
Conversión de Ios aminoácidos
a productos especi alizados
VictorW. Rodwell, PhD
tr-drRüütiüclóru
Este capítulo presenta ejemplos de la biosíntesis de com-
puestos nitrogenados importantes, diferentes de las
proteínas, derivados de los aminoácidos. Además de
los tópicos que se discuten, se dirige la atención del
lector a los procesos descritos en detalle en otros ca-
pÍtulos de esta obra. En el caso de estos procesos se
rehere a los lectores a los capítulos apropiados. Por
tanto, el material se fusiona con las vías metabólicas
analizadas en otras partes de esta obra.
I M PÜRTAFICIA ts iüTU E D I CA
Los productos de imporlancia fisiológica derivados
de los aminoácidos incluyenhem, purinas, pirimidinas,
hormonas, neurotransmisores y péptidos con activi-
dad biológica. Además, muchas proteínas contienen
aminoácidos que se han modificado para una función
específica; por ejemplo, el enlace del calcio o como
intermediarios que sirven para estabilizar a las proteí-
nas, generalmente proteínas estructurales, por entre-
cruzamiento covalente subsecuente. Los residuos de
aminoácidos en tales proteínas sirven como precurso-
res de los residuos modificados. Por último, existen
péptidos pequeños o moléculas semejantes a péptidos
no sintetizadas en los ribosomas, que tienen funciones
específicas en las células. La histamina, formada me-
diante descarboxilación de la histidina, tiene una
lunción central en muchas reacciones alérgicas. Los
reurotransmisores específicos provenientes de los ami-
roácidos incluyen el y-aminobutirato, derivado del
rlutamato; la 5-hidroxitriptamina, (serotonina) deri-
''
ada del triptófano; y la dopamina, la noradrenalina y
¡drenalina, derivadas de la tirosina. Muchos fármacos
utilizados para el tratamiento de los estados neuroló-
gicos y psiquiátricos afectan el metabolismo de los
neurotransmisores mencionados.
LA GLICINA PARTICIPA
EN LA BIOSINTESIS
DE CONJUGADOS DE
GLICINA, CREATINA,
HEM Y PURINAS
1) Conjugados de glicina: Muchos metabolitos y fár-
macos se excretan como conjugados de glicina
hidrosolubles. Los ejemplos incluyen el ácido bi-
liar conjugado, ácido glucocélico (figura 28-7) y
el ácido hipúrico formado a partir del aditivo ali-
mentario benzoato (figura 33-1). La capacidad del
hígado para convertir el benzoato en ácido hipúrico
se usó anteriormente para valorar la función hepática.
Además del benzoato, muchos f,írmacos y metaboli-
tos que contienen grupos carboxilo se excretan en
la orina como conjugados de glicina.
2) Creatina: El componente sarcosina (1y'-metilglicina) de
la creatina deriva de la glicina y 1a,S-adenosilmetio-
nina (f,rgura 33-10).
Los temas que se analizan en otra parte del libro
incluyen los siguientes:
3) Hem: El nitrógeno y el carbono o de la glicina con-
tribuyen al nitrógeno y los carbonos s de los anillos
pirrol, y a los carbonos de los puentes metileno del
hem (hgura 34-5). En el capítulo 34 se discuten los
trastornos metabólicos del metabolismo del hem.
4) Purinas: La totalidad de la molécula de glicina se
conviefte en los átomos 4,5 y 7 de las purinas (fi-
gura 36 1).
401
f/

460. (Capínlo 33,
402 , Bioquímica de HarPer
O"-o-
Benzoato
nrp
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nrrae * ee¡ {
U
Í
ffi
nAnrrTffi
qcu¡cH-"-o-
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Carnoslna
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KJ-r¿H-.-o-
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NAruu,* TH
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[
Homocarnosina
Fioura 33-2. Compuestos relacionado§ con la histidina' Los
reEt¿ngutos encieiran los componentes no derivados de la
histidiná. El grupo SH de la ergotionina proviene de la Q¡steína'
,Z-¡¡"-r-"oo
\-./
Bénzoil'CoA
V-
cti"i""
""o.*
*{
o
lt
o
ll
1t ,-1c-*.cH'-"-o
lllHll
\-,' o
H¡Purato
Figura 33-1. Biosíntesis del hipurato
La cr-alanina y la glicina constituyen una fracción im-
portante del nitrógeno amino del plasma humano' En
ias bacterias ambos compuestos, la L-alanina y la o-ala-
nina, constituyen el componente principal de las pare-
des celulares.
"I
o
Ansérlna
La mayor parte de la p-alanina de los tejidos de mamí-
feros ie piesenta como coenzima A (figura 52-6) y
como dipéptidos B-alanilo,
principalmente carnosina
(véase dispués). En tanto que los microorganismos
iorr.ru.r p-álanina mediante o-descarboxilación del
asparüato, en los tejidos de mamíferos se produce como
cltubolito de la citosina (figura 36-16), carnosina y
anserina (figura 331); estos tejidos transaminan la
p-alanina para formar malonato semialdehído que se
oxida a acetato y finalmente a CO2. En el poco fre-
cuente trastorno metabólico hiperp-alaninemia se
incrementan las concentraciones de B-alanina,
taurina
y p-amino\obutirato erl líquidos y tejidos corporales'
La camosina, un dipéptido de p-alanilo (frgura 33-2), se
presenta en el músculo esquelético humano, peroro en
Ll cardiaco. En el humano, el dipéptido de p-alanil§
anserina (N-metilcamosina, figura 33-2) proviene de
la dieta y se presenta en el músculo esquelético carac-
feizado poiuna actividad contráctil rrápida (p' ej', la
pata del óonejo y el músculo pectoral de las aves)' Por
ianto, la anserina puede satisfacer funciones fisiológi-
cas diferentes a lai de la camosina. El B-alanilimidazol
amortigua el pH de la contracción anaerobia del múscu-
lo esqJeléticó. La carnosina y la anserina activan ala
miosinaAlPasa; ambos dipéptidos también quelan el
cobre y promueven su caPtura.

461. Conversión de los aminoácidos a productos especializados .
403
Los dipéptidos de B-alanilo se sintet¡zan
y degradan por vías cortas
La biosíntesis de la carnosina (figlra33-2) se cataliza
por la enzima carnosina sintetasa. La reacción de dos
etapas involucra la formación inicial de un acil-adeni-
lato de la p-alanina enlazado ala enztma. La transfe-
rencia subsecuente de la porción
B-alanilo
a la r-histi-
dina forma la carnosina.
ATP + p-alanina +
B-alanil-AMP
+ AMP + PPi
p-alanil-AMP + l-histidina + Carnosina + AMP
Algunos animales, pero no los humanos, utilizan la S-
adenosilmetionina para metilar camosina, una reacción
cafalizada por la carnosina ly'-metiltransferasa:
$adenosilmetionina + Carnosina ->
$adenosilhomocisteína + Anserina
La hidrólisis de la camosina en
B-alanina
y r-histidina
se calaliza por la carnosinasa (camosina hidrolasa).
Los humanos poseen dos isoenzimas de la carrrosinasa
con propiedades diferentes: una se presenta en el sue-
ro, y la otra en el citosol de lamayorparte de los tejidos.
El trastomo hereditario denominado deficiencia de
carnosinasa se catacterizapor carnosinuria y persis-
te, incluso, cuando se excluye la carnosina de la dieta.
La homocarnos¡na es un dipéptido
del sistema nervioso central
La homocarnosina (figura 33-2), presente en el en-
céfalo humano cuya concentraciórt varia entre las
regiones, se relaciona estructural y metabólicamente
con la camosina, pero se presenta en concentración
I 00 veces superior a la correspondiente de la carnosina.
La síntesis de la homocarnosina en el encéfalo huma-
no se cataliza por la carnosina sintetasa. Sin embargo,
la carnosinasa sérica no hidroliza a la homocamosina.
La homocamosinosis, una enfermedad genética
poco frecuente, probablemente debida a la deficien-
cia de camosinasa, se acompaña con paraplejía espástica
progresiva y retraso mental.
EN LAS PROTEINAS SE PRESENTAN
RESIDUOS FOSFOSERILO,
FOSFOTREONILO Y FOSFOTIROSILO
La mayor parte de la serina de las fosfoproteínas se
presenta como O-fosfoserina. En cierlas proteínas tam-
bién se presentan la treonina y la tirosina como
O-fosfotreonina y O-fosfotirosina, respectivamente. En
¿l sitio activo de las enzimas también se presenta fosfo-
ristidina, por ejemplo, en la fosfoglicerolmutasa.
La fosforilación reversible (por proteincinasas) y
la subsecuente desfosforilación (por proteinfosfatasas)
de residuos fosforilados específicos tienen funciones
reguladoras importantes. La fosforilación logra cam-
bios rápidos en la actividad de enzimas metabólicas
clave, lo cual se traduce en un control reversible y fi-
namente calibrado del flujo metabólico a través de las
vías biosintetizadoras y degradadoras, como el meta-
bolismo de carbohidratos y lípidos, y las vías de trans-
ducción de señales.
La serina participa en la biosíntesis de la esfingo-
sina (capítulo 26)y de purinas y pirimidinas, en las
cuales el carbono p proporciona el carbono de los gru-
pos metilo de la timina (y de la colina) y los carbonos
2 y 8 de las purinas (figura36-2).
Puesto que la treonina no se transamina en los
mamíferos, éstos no pueden utilizar ni los o-cetoácidos
de treonina ni la D-treonina.
LA $ADENOSILMETIONINA
PROPORCIONA GRUPOS METI LO
PARA LA BIOSÍNTESIS
La s-adenosilmetionina constituye la principal fuente
corporal de grupos metilo. Además, participa en 1a bio-
síntesis de las porciones 3-diaminopropano de las
poliaminas espermina y espermidina (frgura 33-5).
EL SULFATO URINARIO PROVIENE
DE LA CISTEÍNA
El sulfato urinario se origina casi por completo de la
oxidación de Ia r-cisteína. Sin embargo, el azufre de
la metionina, igual que en la homocisteína, se tranfiere
a la serina (figura 30 9) y de esta manera contribuye
de manera indirecta al sulfato urinario, es decir, a tra-
vés de la cisteína. La l-cisteína es el precursor de la
porción tioetanolamina de la coenzima A y de la tau-
rina, que se conjuga con ácidos biliares como el ácido
taurocólico (f, gura 28-7).
LA HISTAMINA SE FORMA POR LA
DESCARBOXILACIÓN DE LA HISTIDINA
La descarboxilación de 1a histidina forma histamina,
una reacción catalizada, en los tejidos de mamíferos,
por una L-aminoácido aromático descarboxilasa de
amplia especifi cidad, la cual también catalizala descar-
boxilación de dopa, 5-hidroxitriptófano, fenilalanina,
tirosina y triptófano (véase después). Los aminoácidos
cx-metilo, inhibidores de la actividad de la descarboxi-
lasa, tienen aplicación clínica como antihipertensores.
I

462. 401 . Bioquímica de Harper (Capínrlo 3 3
Una enzima diferente, la histidina descarboxilasa,
presente en la mayor parte de las células, también cata-
liza la descarboxilación de la histidina.
Los compuestos de lahistidinapresentes en el cuetpo
humano incluyen ergotioneína, camosina y anserinapor
la dieta (figura 33-2). Es probable que la 1-metilhisti-
dina de la orina de humanos sanos provenga de la anse-
rina. La 3-metilhistidina, presente en la orina humana
normal en rma concentración de alrededor de 50 mg/dl,
tiene una concentración muy baja en la orina de los
pacientes con enfermedad de Wilson (capítulo 59).
LA ORNITINA Y, POR TANTO, LA
ARGININA FCIRMAN POLIAMINAS
En los primates, la arginina es el donador de formami-
dina para la síntesis de creatina (figura 33-l 0), y en el
Streptomyces para la sintesis de estreptomicina. Otros
destinos incluyen la conversión, vía ornitina, a
putrescina, espermina y espermidina (figura 33-3) así
como a fosfato de arginina en el mirsculo de los in-
verlebrados, en los cuales su función como reselva de
fosfato de alta energía resulta análoga a la del fosfato
de creatina en el músculo de los verlebrados.
La r-arginina también sirve como precursor del
óxido nítrico (NO), una molécula de señalamiento
intracelular. El NO sirve como neurotransmisor, rela-
.jante del músculo liso y vasodilatador. La conversión
de la r-arginina en NO, cafalízada por el NO sintasa,
involucra la reacción de la arginina con el Or, depen-
diente del NADPH, para producir L-citrulina y NO
(capítulo 58).
Además de su función en la biosíntesis de la urea
(capítulo 31), la ornitina (unto con la metionina) sirve
como precursor de las ubicuas poliaminas espermidina
y espermina de mamíferos y bacterias (figura 33-4).
Los humanos sintetizan cerca de 0.5 mmol de esper-
mina diariamente. La espermidina y la espermina
participan en diversos procesos frsiológicos que tie-
nen como factor común, una estrecha relación con la
proliferación y el crecimiento celular. Son factores de
crecimiento para células cultivadas de mamíferos y
bacterias y participan en la estabilización de las células
intactas, de los organelos subcelulares y de las mem-
branas. Las dosis farmacológicas de las poliaminas son
hipotérmicas e hipotensoras. Puesto que poseen múl-
tiples cargas positivas, las poliaminas se vinculan con
rapidez a los polianiones como el DNA y el RNA, y
pueden estimular la biosíntesis de ambos, la estabiliza-
ción del DNA y el empacado del DNA en los bacterió-
fagos. Las poliaminas también dan lugar a diversos
efectos sobre la síntesis proteínica e inhiben ciertas en-
zimas, entre las que se incluyen las proteincinasas.
Ciertos experimentos sugieren que las poliaminas
son fundamentales en el metabolismo de los mamífe-
ros. La adición de inhibidores de la ornitina descarbo-
xilasa (p. ej., cr-metilornitina o difluorometilornitina),
la enzima catalizadora de la reacción inicial en la
biosíntesis de las poliaminas (figura 33-5), a células
cultivadas de mamíferos desencadena la sobreproduc-
ción de dicha enzima. Esto sugiere una función
fisiológica flmdamental de esta eruima,cuya única firn-
ción conocida es la biosíntesis de las poliaminas.
lpaorErdq
1t
ll Fxroo
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¡ rosrrñl
lllNAl +
IDECREATINA,I
-- |
CHEATTNINA
I
\
fF€sFAro I
Iqea¡cryr1¡]
Figura 33-3. Metabolismo de la arginina, la ornitina y la prolina. Todas las reacciones con flechas continuas se presentan en
los tejidos de mamíferos. La síntesis de la putrescina y de Ia espermina tiene lugar en mamíferos y bacterias. El fosfato de
arginina del músculo invertebrado funciona como un fosfágeno análogo al fosfato de creatina del músculo de los mamíferos.
FRoTETNASI I
lt \
FRoLñl m
\/
Glutamalo-./-
semialdehído
I
L-

463. Conversión de los aminoácidos a productos especializados .
405
Hr*
"H¡N_
_CHr_ .N. _CHr_ _CH - f _CH - _CH,-" -cHr- ' -cHr- -cHr- '-cHr- '-
t'l
- -
'c-,- '-NHi
H2
Espirmina
'H.N_
.CH,- -CHr_ -NH,-
cHi 'cH; 'cH,-
1,6{¡aminopentano
(cadaverina)
Figura 33-4. Estructura de las poliaminas naturales. Obsérvese que la espermidina y la espermina son polímeros del dramino-
cropano (A) y del diaminobutano (B). En los tejidos de mamíferos también se presenta el diaminopentano (cadavepna).
*¡1.ttl-6Hlc
r-,"*r-*r"
l,Sdiaminopropano
{A)
-H"N-
_cH, - _cH"
' -
cH.-
' -
cH .- '-
N"r*
l,¿d¡am¡nobutano (B)
(putrescina)
Las poliarninas son irnportantes
eñ eÉ crecim¡ento eeluiary tisular
La figura 33-5 resume la biosíntesis de las poliaminas
:n ios tejidos de mamíferos. La porción putrescina de
. a espermidina y la espermina proviene de la L-omitina,
_. la porción diaminopropano de la L-metionina vía
.a S-adenosilmetionina. La ornitina descarboxilasa y la
,i-adenosilmetionina descarboxilasa son enzimas
:nducibles, de vida media cofta; por el contrario, las
:nzimas espermina y espermidina sintasas no son
nducibles ni particularmente lábiles.
De las enzimas vinculadas con la biosíntesis de
-rs poliaminas en los mamíferos existen dos, ornitina
je
scarboxilasa y,S-adenosilmetionina descarboxilasa,
;ue resultan de interés respecto a su regulación y su
:otencial en la quimioterapia dirigida a etzimas. La
'
:da media de la ornitina descarboxilasa, cerca de
.1,) minutos, está entre ias más corlas de las enzimas
:e rnamíferos, y su actividad responde con rapidez
de manera drástica a muchos estímulos. La adminis-
.::ción, a un cultivo de céluias de mamíferos, de
-.
:,rrnona del crecimiento. coúicosteroides, testosterona
. t-actor del crecimiento epidérmico, va seguida de
" ,-rementos de 10 a 200 veces en la actividad de la
ritina descarboxilasa. Las poliaminas, agregadas a
s cultivos celulares, inducen la síntesis de una proteí-
-,
inhibidora de la actividad de la ornitina descar-
: rilasa.
L a
^S-adenosilmetionina
descarboxilasa contiene
. ,:no cofactor enlazado piruvato, en lugar de fosfato
-. :iridoxal. Esta enzima tiene una vida media de 1 a
Hr*
'H.¡N-
-CHr- -N- -CH _CH _
cH;
'cH,' 'cH..
CHr'
-NH,"
Esp¡rmidina
2 horas y responde a los promotores del crecimrento
celular de forma cualitativamente similar a la ornitina
descarboxilasa. La,S-adenosilmetionina descarborilasa
(ftgura 33-5) se inhibe por la ,S-adenosilmerronina
descarboxilada y se activa por putrescina.
Los catabolitos de las poliaminas
se excretan en la orina
La ñgura 33-6 resume el catabolismo de las poliaminas
en los tejidos de mamíferos. La poliamina oxidasa
de los peroxisomas hepáticos oxida la espermina para
producir espermidina, y a continuación oxida 1a
espermidina a putrescina. Ambas porciones antino-
propano se conviefien en B-aminopropionaldehído.
Subsecuentemente, la putrescina se oxida parcialmente
a NH1* y COr.Sin embargo, en la orina se excretan
proporciones imporlantes de putrescina y espermi-
dina como conjugados, en particular como derivados
acetilo.
EL TRIPTÓFANO FORMA §EROTONINA
La hidroxilación del triptófano a 5-hidroxitriptófano
se cataliza por la tirosina hidroxilasa hepática. La descar-
boxilación subsecuente forma serotonina (5-hidro-
xitriptamina), un potente vasoconstrictor y estimulante
de la contracción del músculo liso (figura 33,7). El
catabolismo de la serotonina se inicia con la desami-
nación oxidativa a 5-hidroxiindolacetato catalizada por

464. 406 , Bioquímica de HarPer
(Capínlo 3-1,
Meiionina + Mg-ATP
I
§
*n-*",*r,
I
i CHs't"|ffi
*nsNw?lr"T-
*
H
OH OH
§-adenosilñetio*
ffi
@
*HsN\-.'\*
coo-
L-Ornit¡na
OH OH
S-adenos¡lmet¡onina
déscarboxilasa
**'*\-^'-."
**.*
*HrN\,,-Jil'.---.-**,
Espermidina
CH
I
c
+
r3
t
--'.--..---
I I oHNrrrNA I
I loescnneoxrms¡ I
lI
lt-
"o.
+
Putrescina
I
\
l-
I IESPEHMIDINAI
I I stt$rASA
I
l-
4
I
-'-*
,4*
S-adenosilmetionina
descarboxilasa
Met¡ltio-
adenosina
*HrN
\--Jil'.---.----. N
z-----^
t ttt",
*"*
E§Permina
Figura 33-5. lntermediarios y enzimas participantes en la biosíntesis de la espermidina y la espermina' Los grupos metileno
se'abrevian para facilitar la visualización del proceso en su conjunto'
Los carcino¡des mal¡gnos incrementan
la producción de serotonina
En el carcinoide (argentafinoma) se presenta una so-
breproducción de serotonina proveniente de las células
fumorales en el tejido argentafin de la cavidad abdo-
la monoaminooxidasa (figura 33-7); los humanos ex-
cretan en la orina el 5-hidroxiindolacetato (2 a 8 mg/d)'
La estimulación psíquica que sigue a la administra-
ción de iproniacida se atribuye alacapacídad de este
compuesto para prolongar la acción de la serotonina
mediante la inhibición de la monoaminooxidasa.

465. Conversión de los aminoácidos a productos especializados .
407
. H^+
'
HtN
-r---,------ N'-.---.---
*
f\-- *r^-
Hr*
Espermina
Fa,AMMr
l( "
T3 L**,.
p.áminopropionaldehído
Espermidina
l.o,
_,/
I
eot-rnurrua | [
I
oxroASA
I I
,ro,
4
B-am¡nopropionardehrdo
'H.N
-
NH.*
ñ¡h!¡chl
I
+
I
*
NH4+ + CO2
Figura 33-6. Catabolismo de las poliaminas. Las estructuras
se abrevian para facilitar la presentación.
rinal. Entre los catabolitos de la serotonina presentes
:n 1a orina de los pacientes con carcinoide se incluyen
:1 glucurónido de ly'-acetilserotonina y el conjugado
:e glicina del 5-hidroxiindolacetato, e1 5-hidroxiindo-
lceturato. El aumento de Ia conversión del triptófano
:r serotonina disminuye la síntesis del ácido nicotinico,
:,-,r 1o que es posible que los pacientes con carcinoide
::esenten síntomas de pelagra.
-a serotonina forma melatonina
-:
.\Lacetilación de la serotonina, seguida de la O-
^-.:tilación
en la glándula pineal, forma melatonina
.r_eura 33-7). También se presenta la metilación di-
:.;¡a de la serotonina y del 5-metoxiindolacetato
..*rra 33-7). La serotonina y la 5-hidroxitriptamina
,: rnetabolizan a los ácidos correspondientes median-
. .a monoaminooxidasa. Todos los tejidos, incluso
. :ncéfalo, capfuran la melatonina circulante, pero ésta
,: metaboliza con rapidez mediante hidroxilación en
la posición seis, a 1o cual sigue su conjugación con
sulfato o con ácido glucurónico.
Los nretabolitos del tript*fano
se exeretan en or¡na y he0es
El triptófano forma derivados indol adicionales (figu-
ra 33-7). El riñón, el hígado
1,
1as bacterias fecales
humanas descarboxilan el triptófano para producir
triptamina cuya oxidación foma indol-3-acetato. Los
principales catabolitos urinarios normales del triptó-
fano son 5-hidroxiindolacetato e indol-3-acetato.
LAS MELANINAS SON POLIMEROS
DE CATABOLITOS DE TIROSINA
La figura 33-8 resume los intermediarios conocidos
de la biosíntesis de eumelanina y feomelanina por los
melanosomas, vinculados con la membrana de 1as cé-
lulas pigmentadas (melanocitos). La reacción inicial
se cataliza por la tirosina hidroxilasa. una enzima de-
pendiente de cobre. Se estima que el polímero de la
eumelanina en desarrollo atrapa radicales libres y es
objeto de una degradación parcial mediante H,O. ge-
nerado durante el proceso de autooxidación. Las
feomelaninas y eumelaninas forman complejos con las
proteínas delamafriz del melanosoma para producir
melanoproteínas.
El albinismo se asoc¡a con defectos
en la síntesis de la melanina
El término albinismo incluye un conjunto de síndromes
clínicos caracterizados por hipomelanosis debida a de-
fectos hereditarios en los melanocitos oculares y dér-
micos. Si bien las l0 variantes humanas del albinismo
oculocutáneo pueden diferenciarse con base en ca-
racterísticas clínicas, bioquímicas, ultraestructurales
y genéticas, todas incluyen la disminución de pigmen-
tación de piel y los ojos. A continuación se describen
algunas variantes.
Los albinos negativos a la tirosina hidroxilasa
carecen de pigmentos visuales. Los folículos pilosos
de estos pacientes no pueden convertir la tirosina exó-
gena en pigmento, y los melanocitos contienen melano-
somas sin pigmentar.
Los albinos positivos a la tiroxina hidroxilasa
presentan algún pigmento visible y cabello de blanco
amarillento a castaño claro. Los melanocitos de los
folículos pilosos pueden contener melanosomas lige-
ramente pigmentados, qloe, in vitro. convierlen la tiro-
sina en eumelanina negra.
El albinismo ocula.r se presenta como rasgo auto-
sómico recesivo y como rasgo ligado a X. Los mela-
nocitos de los albinos oculares ligados a X y de los
I

466. 408 ' Bioquímica de HarPer
(Capínlo 3 3 t
cHa-
-NHr*.CH'
.ffi
5-hidroxitriptófano
f-'- "o'
|
*o-Z'--------acHr-cHr-*-i-"*.
o,
I
l-"" $,1 "
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"acetilserotonina '**'-' {
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-*'o(úcH'-"-o-
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u[H
s-metoxiindol- |
s'metox¡¡ndol'
a-aceraro
I i'acerato
i
-'"-"r-q7""-"ll-[-'*'
II
VH
Excretado como Melatonina Excretado como
con.iugado (rv-acetil'5'metoxiseroton¡na) conjugado
./
HO.
\
Excretado como
conjugado
Figura 33-7. BiosÍntesis y metabolismo de la melatonina
heterocigotos (no así en los autosómicos recesivos)
contienen macromelanosomas. Las retinas de las muje-
res heterocigotas para e1 albinismo ocular ligado a X
(variante de Nettleship) presentan un patrón en mo-
([NH¿.] por transaminación; MAO, monoaminooxidasa')
saico de la distribución pigmentaria como consecuen-
cia de la inactivación aleatoria del cromosoma X. Se
desconoce el def-ecto metabólico preciso que da lugal'
a la hipomelanosis en el albinisn'ro ocular.

467. Conversión de los antinoácidos a productos especializatlos .
409
-="-_l^oHoxiLASAllt!o
Ho.-,-\-I^-.,-\^-
*.{/.^^-
Ir..
"
Ho' \7Dopa ''"'
(3,4-dihidroxifenilalanine)
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HoX¡LASAll(1)o
o--.-\-^--\^_
l'il"
?--2
NH,*
Glutatión O-?\l'
r\ñ3
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Dopaqu¡nona
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dopas , lL ,l ,/
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|
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i ,,,t"u"oooo'"'o*ool.-\.r--r-i-
.-'t\i^-.,.-tAr- i ,,'''
----
-o' V =li,
l''--i,,tH'
-*.*\o NH.* I r' ,----"¿
Dopacromo
o lzumsu¡rr^¡ñ ) ^
5-S-ciste¡n¡l-dopa
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s-s-cistein¡l-dopaqu¡nona
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de iñtermed¡o
+
s- mErÁ¡rNA$El
| rlPoMlrlo
I
*HrN
O Benzoliacina
lntermedi¡r¡a
I
*
:
;ura 33-8. lntermediarios y reacciones conocidos de la biosíntesis de la eumelanina y la feomelanina. Los polímeros de
-= anina coniienen eumelanina y feomelantna en proporciones varlables. Las flechas punteadas indican que los intermedia-
'-s
contribuyen en proporciones variables a la síntesis de las eumelaninas. Los números dentro de un círculo indican las
-':rables reacciones reguladas de la vía biosintética. En el albinismo oculocutáneo negativo a la tirosinasa, la reacción e
.-'.= zada por la tirosinasa es defectuosa.

468. (Capítulo 33 t
410 ' Bioquímica de HarPer
La tincsina forma adrenalina
y r¡ffiradrenaiina
Las células de origen neural convierten la tirosina en
J.errati.,u y noraárenalina (figura 33 9)' Si bien la
ááp"
""rttii"ve
un intermediario en la producción de
iu il"turlnu (águra 33-S) y de la noradrenalina (figu-
iu
j:-sl,
1a hidioxilación de la tirosina en los melano-
.iat V
én otros tipos celulares eslá a cargo de enzimas
áii"r""t"t. La dópa descarboxilasa, una enzima de-
"""¿i.",.
del fosiato de piridoxal' forma dopamina'
Lá rriá.o*irr.ión subsecuente de la dopamina por la
;;p"*i"" B-oxidasa,
una enzima dependiente de cobre
ñ; ;d"iJ* vitamina C, forma noradrenalina.' En la
áédrrlu trpturrenal, la feniletanolamina-N-metrltrans-
i"tu*
"tiür"
la S-adenosilmetionina
para metilar la
u-i"u pri-u¡a de la noradrenalina y formar adrenalina
(hgura 33-9).
'--"
L, tirorirra también es un precursor de las hormo-
,ru, ti.áiá"u, triyodotironina y tiroxina (capítulo 46)'
LA EXCRECIÓN DE LA CREATININA
ES UNA FUNCIÓN DE LA MASA
MUSCULAR
En el músculo, el encéfalo y la sangre se encuentran la
;;tñ, y su variante de'reserva energética' la fos-
io"i"rtiou.iuprimera
(anhídrido de creatina) se forma
.,
"i
-t
*."f"'apartr del fosfato de creatina' median-
iájá á"tn¿*tación y la pérdida del fosfato noenzimá-
ticas e irreversibles (figura 3 3 I 0) ' La excrecron unna-
Au á".t"u,*-a en 24 ñoras en una persona determinada
l, p.opor.iorral a la masa muscular y es notablemente
constánte cada día. En la orina también se presentan
normalmente cantidades pequeñas de creatina'
En 1a biosíntesis de creatina participan 1a glicina'
tu urgi.tlrru y la metionina' En el riñón' pero no en hí-
g"á"?Át í"ulo cardiaco, acontece la transferencia de
i" g*po guanidino, de ia arginina a la.glicina' para
ptof,""lt g-uani doacetato (gluco ciamina)' La síntesis
ie la
"..utirla
,e completa mediante metilación del gua-
.ri¿oucetato por la S-adenosilmetionina
en el hígado
(frgura 33-10).
FORMACIÓN Y CATABOLISMO
DEL y-AMINOBUTIRATO
Si bien ambos procesos ocuffen en el riñón y en las
células de los islotes pancreáticos, el ácido y-amino-
butírico (GABA) se presenta sobre todo en el tejido
"n""faf.f
, donde funóiona como neurotransmisor inhi-
bidor alterando las diferencias de potencial transmem-
branales.
lZ'
ao' bioPterrna
I rraosrt¡¡ | f
I HIDRoXILASA I L
lt
*r'b¡opterina
HO. -z-- NH.*
Y'l] l"
l_ rl
-cH_ -o'
'\..-
- cH;
-c'
-ll
o
L-tirosina
NHo*
I
CH
un2
Dopa
OH
HO
CH".
' -
NHr*
lrsitsutl l^:'
I
vitamina C
I z S'adenosrlmetionina
I FENTLETANoL- I f
I alatrue al-uertl- 1 1
I TRANSFERASA I I\
I
-lrop
I DOPA II
loesceneoxtt-¡s¡l L
t ^^
I
rr,
OH
,o__/\
s?"""m
OH
Noradrenalina
OH
I
Ho_,/\
I
li
-c*z- -cH:
\-^ cH'
'N
I Hzo
OH
Adrenalina
Fioura 33-9. Conversión de tirosina en adrenalina y
"áYriáüi"á
en celulas neuronales y suprarrenales (FDP'
fosfato de Piridoxal.)
Biosíntesis
El y-aminobutirato (GABA I se forma mediante, descar-
Uo^itu.iOn del r--glutamato, una reacción catalizada
nor la L-elutu*uio descarboxilasa, enzima depen-
diente dei-fosfato de piridoxai (hgura 33-1 l) presente
Dopamina

469. Conver,sión de los aminoácidos a productos especializados .
4l l
NH
I
CH,
I
CH,
I
CH,
I
H-c *NH3+
I
coo-
l-arginina
o
H//
N-C
/t
HN:C I
\l
N-CH2
i
cHs
Creatin¡na
(Hiñón)
mG[NA-cLrctr\A-l
I
TRANSAMTptNASA
I
/\
,NH,
H"N:C
HN
-
CH2* COO-
Glueociamina
(guan¡doacetato)
(Hígado)
*H3N
-
cH2* coo-
Glicina
Ornitina
S-adenosil-
met¡onina
S-adenosil-
homocisteína
ATP
ADP
Ino ENzrAnc;-l
le¡¡
el ¡ilúscur_o
J
/
7
p¡
+ H2O
NH -(D
/-
HN:C
N *
CH2* COO-
I
cHg
Foslato de crealina
Figura 33-10. Biosíntesis de Ia creatina y la creatinina.
coo-
I
H
-
C
-NH3+
I
CH,
I
?,,
coo-
L-glulamato
,ñnArtrsA'lr\AE
f-cHr-crir-cnr-coo-
T-am¡nobulirato
tol
FDP
1-htdroxibulirato
i^
v-u
I
CH.
t'
CH,
I
coo-
c-cetoglutafato
cH2oH
I
CHz
I
CH¿
l
coo-
NAD-
f-;*^¿----l
,{ loesr-rronoceruesrl
NADH+ H' /
|
l^ ":,,o
//
C_H
I
l- sEMTALDEsiD¿_l
I succfrrrrco I
I
oesnronoceruesn
,
coo-
l
tt
HzO NAD+
\.- :"
uHz
coo-
NADH+H+ I
-
a^^
Succinato semialdehído
Succinato
: gura 33-1 l. Metabolismo del y-aminobutirato. (o-CA, cr-cetoácidos; c¡_AA, o_aminoácidos; FDp, fosfato de piridoxal.)
I
cr-CA

470. (Capítulo 3:
412 . Bioquímica de Harper
en tejidos del sistema nervioso central, en parlicular en
la materia gris. Dos secuencias de reacciones también
convierlen a laputrescina (figura 33J) en y-aminobu-
tirato, ya sea mediante la desaminación por la diamina
oxidasa o a través de intermediarios /y'-acetiiados. La
importancia relativa de estas tres vías para la síntesis
de y-aminobutirato varía entre los tejidos y con la eta-
pa del desarrollo.
Catabolismo
La transaminación del y-aminobutir aio, cafaltzada
por la y-aminobutirato transaminasa, produce suc-
iinato semialdehído (figura 33 11). A continuación,
el succinato semialdehído puede reducirse a 1-hidroxi-
butirato en una reacción caializada por la r'-lactato
deshidrogenasa, o de oxidación a succinato y conver-
sión inmeáiata a CO2 y H.O mediante el ciclo del ácido
cítrico.
Un trastomo genético poco frecuente del meta-
bolismo del GABA involucraun defecto en la GABA
transaminasa, la enzima que participa en el catabolismo
del GABA subsecuente a su acción posináptica en el
tejido encefálico.
RESUMEN
Además de satisfacer funciones específicas estructu-
rales y funcionales en proteínas y polipéptidos, los
aminoácidos participan en una amplia gama de prr-
cesos biosintéticos que se discutcn a través del hbr¡
Por ejemplo. la glicina participa en la biosíntesis de
hem, las purinas y la creatina, y se corrjuga con ácido'
biliares y metabolitos urinarios de muchos fáruacos
Además de participar en la biosíntesis de fosfolípldo'
y esf,rngosina, la serina proporciona los carbonos 2 I
s
áe las purinas y el grupo metilo de la tiamina. El deri-
vado S-adenosilmetionina de la metionina, dor-rador dei
grupo metilo para muchos procesos biosintéticos' tarn-
Úien participa de manera directa en la biosíntesis de
espermina y espennidina. El glutamato y la or¡itin¡
foin,an el neurotransmisor y-aminobutirato (GABA I
La tioetanolamina de la coenzima A y la taurina del
ácido taurocólico y de otros ácidos biliares enlazados
a ésta provienen de 1a cisteína. La descarboxilación
de la hlstidina produce histamina, en tanto que algu-
nos dipéptidos provienen de la histidina y de un ami-
noácido no proteínico o de la p-alanina, un catabolito
de la citosina. La arginina sirve como donador de
fonr"ramidina para la biosíntesis de la creatina y, me-
diante ornitiña, participa en la biosíntesis de las
poliaminas. La arginina talnbién sirve como fuente de
,it.óg.rro para la síntcsis del ácido nítrico (NO)' En-
tre lós
-étabolitos
importantes dcl triptófano se
incluyen la serotonina y la melarrina. A su vez' la
serotonina, un vasoconstrictor potente, sirve como
precursor de la melatonina. La tirosina produce
ádrenalina y noradrenalina y, mediante yodación, hor-
monas tiroideas. I
REFERENCIAS
Scriver CR et al. (editors): The Metabolic and Molecular
Base.s of Inherited Disease, Tth ed. McGraw-Hill, 1995'
Tabor CW, Tabor H: Polyamines. Annu Rcv Biochen'r
1 984:53:749.

471. 34
Poffirinas y p¡gmentos biliares
Robert K. Murray, MD, PhD
TNTRoDUCcIót*J
En este capítulo se presenta la bioquímica de las porñ-
rinas y de los pigmentos biliares. Estos temas están
estrechamente relacionados, ya que el hem se sinteti-
za apartir de las porfirinas y el hier:ro, y los productos
de la degradación del hem son los pigmentos biliares
1 el hierro.
IMPORTANCIA BIOMÉDICA
E1 conocimiento de la bioquímica de las porfirinas y
del hem es básico paralacomprensión de las diversas
:unciones de las hemoproteínas (véase adelante) en el
ruelpo. Las porfirias son un grupo de enfermedades
oroducidas por anormalidades en la vía de biosíntesis
le las diversas porfirinas. No tienen gran prevalencia,
¡ero los médicos deben estar alerta, en parlicular los
Jermatólogos, los hepatólogos y los psiquiatras, quienes
:ncontrarán pacientes con estos trastomos. La ictericia,
jebida
al aumento de la bilimrbina plasmática, consti-
.uve la manifestación clinica más prevalente. Este
.rmento se debe a la sobreproducción de bilimrbina o
. 1a insuficiencia de su excreción, y se presenta en nu-
-erosas enfermedades, que incluyen desde las anemias
: :trolíticas hasta la hepatitis üral y el cáncer del páncreas.
LAS T{ ETALOPORFI RINAS
Y LAS HEMOPROTEíNAS
SON IMPORTANTES
EN LA NATURALEZA
-:s
porflrinas son compuestos cíclicos formados por
: 3nlace de cuatro anillos pirrol a través de puentes
::eniio ( HC:; figura 34-l). Una propiedad carac-
r .itica de las porfirinas es la formación de complejos
con iones metálicos enlazados a los átor¡os de nitróee-
no de los anillos pirrol. Los ejemplos son 1as porfirinas
férricas como el hem de la hemoglobtna. asi como la
clorofila, una porfirina con magnesio que es e1 pig-
mento fotosintético de los vegetales.
Las proteínas que contienen hem (herloproteínas)
están ampliamente distribuidas en la naruraleza. En e1
cuadro 34-1 se enlistan los ejemplos de ir.nponancia
en los humanos y en los animales.
Las porf!rinas naturales poseen
cadenas laterales sustituyentes
en e¡ núcleo de porfirina
Las porfirinas presentes en la naturaleza son compues-
tos en los cuales diversas cadenas laterales sristituven
a los ocho átomos de hidrógeno del núcleo porfina
numerados en la figura 34 1. Fischer propuso una tbr-
ma abreviada de mostrar estas sustifuciones mediante
una fórmula en la cual los puentes metenilo se omrten
y cada anillo pirrol se muestra como un corchete con
las ocho posiciones de sustitución numeradas según
se observa en la figura 34-2. En las figuras 34-2. 3.1-3
y 341 se representan diversas porñrinas.
El arreglo de los sustituyentes acetato (A) y
propionato (P) en la uroporfirina presentado en la fi-
gra34-2 es asimétrico (en el anillo lV se invierte el
orden esperado de los sustituyentes A y P). Una porfi-
rina con este tipo de sustitución asimétrica se clasifica
como porfirina de tipo III. Una porfirina con un arre-
glo completamente simétrico de los sustituyentes se
clasifica como porf,rrina tipo I. En la naturaleza sólo
se presentan los tipos I y lll; la serie del tipo III es la
más abundante (figura 3a-3) y de mayor imporlancia,
ya que incluye el hem.
El hem y su precursor inmediato, la protoporfirina
IX (figura 34-4), pertenecen al tipo III de las porfirinas
(es decir, los grupos metilo se distribuyen de modo
417
I
I
i

472. 414 . Bioquímica de Harper (Capínrlo
-1-
HC-CH
ilil
HC _ ,Ct1
-N-
H
Pirrol
Á,i
a-e
6ttl
HC-C- -C=CH
Il
-'t'l-
I ¡
3HC-C C:CH
1r / I
ll tv NH HN tt I
l¡11
7HC-C C:CH
tt NtÁ
¡¡é -c"
-c:ér
1 I lll 1 S
C:C
HH
65
Porfir¡na
(croH14N4)
Figura 34-l . La molécula de la porfirina. Los anillos se enu-
meran como l, ll, lll y lV. Las posiciones sustituidas en el
anillo se mencionan como 1, 2,3, 4,5,6,7 y 8. Los puentes
metenilo (-HC:) se mencionan como o,, F,
y y 6.
asimétrico como en la coproporfirina tipo III). Sin
embargo, a veces se identifican como pedenecientes a
la serie lX debido a que fireron designadas en noveno
lugar en una serie de isómeros postulada por Hans
Fischer, el investigador pionero en el campo de la quí-
mica de las porfirinas.
EL HEM SE SINTETIZAA PARTIR
DE LA SUCCINIL-CoA Y LA GLICINA
En las células vivas el hem se sintetiza por una vía que
ha sido objeto de mucho estudio. Los dos materiales
de pafiida son la succinil-CoA, proveniente del ciclo del
ácido cítrico en las mitocondrias, y el aminoácido
gticina. En esta reacción también se necesita el fosfato
de piridoxal para "activar" la glicina. El producto de
la reacción de condensación entre la succinil-CoA y la
glicina es el ácido u-amino-B-cetoadípico, el cual se
Figura 34-2. La uroporfirina lll. A (acetato) =
-CHzCooH;
P (ProPionato) =
-CHzCHzCOOH.
descarboxila con rapidez para formar 8-aminolevuli-
nato (dLA) (figua 34-5). Esta secuencia de reacciones
se cataliza por la ALA sintasa que es la enzima
controladora de la velocidad de la biosíntesis de la
porfirina en el hígado de los mamíferos. La síntesis de
la ALA tiene lugar en las mitocondrias, En el citosol
se condensan dos moléculas de ALA, mediante la enzi-
ma ALA deshidratasa, para formar dos moléculas de
agua y una de porfobilinógeno (PBG) (frgura 34-5).
La ALA deshidratasa es una enzima con cinc sensible
a la inhibición por plomo, como puede suceder en la
intoxicación por éste.
La formación de un tetrapirrol cíclico, es decir,
una porfirina, tiene lugar mediante la condensación
de cuatro moléculas de PBG (figua 34-6). Estas cuatro
moléculas se condensan cabeza con cola y forman un
tetrapirrol lineal, el hidroximetilbilano. Esta reacción
se cataliza por la uroporfirinógeno I sintasa, también
conocida como PBG desaminasa. El hidroximetilbi-
lano se cicliza espontáneamente y produce el uropor-
firinógeno I (en el lado izquierdo de la ftgwa34-6),
o se convierte en uroporfirinógeno III por la acción
de la uroporfirinógeno III cosintasa (en el lado dere-
cho de la figura 34-6). En condiciones normales el
uroporfirinógeno formado corresponde de manera casi
exclusiva al isómero tipo III, pero en ciertas porfirias
(discutidas más adelante) se forman en exceso los isó-
meros de tipo I de los porfirinógenos.
Obsérvese que ambos uroporfirinógenos poseen
los anillos pirrol unidos mediante puentes metileno
(-CHr-), los cuales no formanun sistema de anillos
conjugados. Por tanto, estos compuestos (igual que
todos los porfirinógenos) son incoloros. Sin embargo,
los porfirinógenos se autooxidan con rapidez a sus co-
rrespondientes porFrinas coloridas. Estas oxidaciones
se catalizanpor la luz y por las porfirinas ya formadas.
El uroporfirinógeno III se convierte en copropor-
firinógeno III mediante la descarboxilación de todos
los grupos acelato (A), que cambian así a sustituyentes
metilo (M). La reacción se catalizapor la uroporfiri-
nógeno descarboxilasa que tiene capacidad también
pma convertir el uroporfirinógeno I en coproporfiri-
nógeno I (figura 34-7). El coproporfirinógeno III
ingresa a las mitocondrias y se convierte en protopor-
firinógeno III y a continuación en protoporfiri4a III.
12
,fl 3
ñ-;l
L---
--l
'!!4
65
AP
^flAñ;r
ll
p lul
P
Lr
PA
Hemoglobim
MioglobPra' ..
.
Citocromo c -
Citocrcmo P450
Catalasa
Triptófam p¡trolasa
'Las fwioresde las protehas merc¡omdas se descibenenwios capfrulos del
l¡bru.
Cuadro 3¿Fl. E¡emplos de algunas hemoproteínas
humanas y an¡males importanles*
Proieína Func¡ón
L-

473. Porfirinas y pigmentos biliares .
415
AP
A[-IA
-¡rl
,Ll
'
PA
Uroporfir¡na lll
MP
M[lM
-¡ll
,
L]
P
PM
Coproporfir¡na tll
Figura34-3.Lasuroporfirinasylascoproporfirinas.A(acetato); p(propionato);
M(metilo) =-cH:,V(vinilo) =-cH:cH:.
AP
P[*IA
-'rtl
^Ll '
PA
Uroporlirina I
MP
'nMr--l
rt
,L_] P
PM
Ccproportir¡na I
Esta conversión involucra varios pasos. La enzíma
mitocondrial coproporfirinógeno oxidasa cataliza la
descarboxilación y la oxidación de dos cadenas late-
rales propiónicas para formar el protoporfirinógeno.
Esta enzima sólo tiene capacidadpara actüar sobre el
coproporfirinógeno tipo III, lo que podría explicar la
escasa presencia en la naturalezade las protoporfirinas
de tipo I. La oxidación del protoporfirinógeno para
producir protoporfirina se catalizapor oka enzima mi-
tocondrial, laprotoporfirinógeno oxidasa. En el híga-
do de mamífero la conversión de coproporfirinógeno
en protoporfirina requiere de oxígeno molecular.
La formación del hem involucra !a
incorporación de hierro a la
protoporfirina
El paso final en la síntesis del hem involucra la incor-
poración de hierro ferroso a la protoporfirina en una
reacción catalizada por la hem sintasa o ferroque-
Iatasa. otra enzima mitocondrial ({igura 34-4).
En la figura 34-8 se presenta un resumen de los
pasos en la biosíntesis de los derivados porfirina a
MV
,l-lM
r-
tr
L'-,
---l
' L__.1
v
PM
Pro¡oportir¡na ll¡ (lX)
(porfirina progenitora del hem)
Las copropoñirinas se enc¡ntraron
por primera vez en Jas heces. pero
también se encuentran en ia orina
paftir del PBG. La biosíntesis del hem tiene lugar en
la mayor parte de las células de mamíferos. excepto
en los eritrocitos maduros, que carecen de mitocon-
drias. Sin embargo, alrededor de 85% de 1a sintesis del
hem acontece en las células precursoras eritroides de
la médula ósea y la mayor parte del resto en 1os he-
patocitos.
Los porfirinógenos descritos anteriormente son
incoloros y contienen seis átomos de hidrógeno adicio-
nales respecto de las porfirinas coloridas correspon-
dientes. Estas porfirinas reducidas (los porfirinó-
genos), y no las porfirinas correspondientes. son los
verdaderos intermediarios en la biosíntesis de 1a
protoporfirina y del hem.
La ALA sintasa es la enzima reguladora
clave en la blosíntesis del núcleo hem
La reacción limitante de la velocidad en la síntesis del
hem es lacatalizadapor IaALA sintasa (hgura 34-5),
una enzima reguladora. A1 parecer el hem, quizá me-
diante una molécula aporrepresora, actúa como un
regulador negativo de la síntesis de la ALA sintasa.
MV
MIIN/
| ."'* |
Pllv
tt
PM
Hém
(grupo prostético de la hemoglobina)
Las uroporfirinas se encontraron
por primera vez en la orina, pero
no están restring¡das a la misma
Fe2*
\
fEHRoauEr,qrA$l
Figura 34-4. La adición de hierro a Ia protoporfirina para formar el grupo hem.

474. f-AL^ I
I
srNrASA
I
CoA. SH
I
Fosfato
de piridoxal
I ?oo*
I CH"
) ¿-.
't
¿:"
l,+----r
!
s- coA
lH
I
r-l----J
fA;-_l
I s,*ms¡
]
co¿
^t
Succin¡l-CoA
(succinalo
"activo")
(
Glicina (
l'.
cooH
I
ctl,
I
CH¿
I
c=O
I
H-C*NH2
I
ffi
cooH
I
CHz
I
CHz
I
C:O
I
H*C-NH2
I
H
H*C-NH2
I
cooH
G-amino-p-cetoadipato
cooH
l
CH¿
cooH
l
CHz
I
CHz
2H20
)
6-aminolevulinato (ALA)
cooH
I
cooH cH2
tl
CH" CH,
t-
c-c
ltll
^ ^u
t;----- r
c/,H, oFc
l''' -:-*-*-
I
cia H-r-c*H
lH'
t'-
L*'7
I
.NH
NHz
Dos moléculas de
ó-aminolevulinato
Figura 34-5. La biosíntesis del porfobilinógeno
deshidratasa lo está en el citosol.
cHz N
1H
NH¿
Porlobilinógeno
(Primer
Precursor P¡rrol)
La ALA sintasa se encuentra en las mitocondrias, en tanto que la ALA
Este mecanismo de represióny desrepresión se mues-
tra en el diagrama de la figura 34-9. Es posible que en
este paso también existauna importante inhibición por
retroalimentación, pero el efecto regulador principal
del hem parece consistir en que la velocidad de la sín-
tesis de la ALA sintasa se incrementa en gran medida
en ausencia de hem y disminuye en su presencia. En el
hígado de mamíferos suele ser rápida 1a velocidad del
recambio de la ALA sintasa (vida media de alrededor
de una hora), carasterística común en r¡na efizima caÍa-
lizadora de una reacción limitante de la velocidad.
Muchos fármacos (capítulo 61) administrados a
los humanos pueden resultar en un incremento notable
de la ALA sintasa hepática. La mayor parte de estos
fármacos se metaboliza en un sistema hepático, que uti-
liza una hemoproteína específica, el citocromo P450.
Durante el metabolismo de estos fármacos, se incrementa
en gran medidalaúllizaciín del hem por el citocromo
P450 y esto, a su vez, disminuye la concentración intra-
celular del hem. Este último acontecimiento da lugar
a una desrepresión de la ALA sintasa con el correspon-
diente incremento de la velocidad de síntesis del hem
para satisfacff las necesidades de las células.
Diversos factores afectan la desrepresión de la
ALA sintasa hepática mediada por fármacos. En par-
ticular, puede evitarse con la administración de glucosa
al igual que con la administración de hematina (una
variante oxidada del hem).
Más adelante, al describir las porfirias, se discute
la impofiancia de algunos de estos mecanismos regu-
ladores.
LAS PORFIRINAS TIEI'..¡EN COLOR
Y SON FLUORESCENTES
Los diversos porfirinógenos son incoloros, en tanto
que las diversas porfirinas son coloridas' En el estu-
dio de las porflrinas y de sus derivados es muy útil el
espectro'de absorción característico que cada uno pre-
senta, tanto en las regiones visibles como en las
ultravioleta de1 espectro. Un ejemplo corresponde a
la curva de absorción de una solución de porfirina en
ácido clorhídrico a 5%o (figura 34-10). Obsérvese en
padicular el pico de la banda de absorción cercana a
ios 400 nm. Esta es una característica distintiva del
anillo porfina y se presenta en todas las porfirinas, in-
dependientemente del tipo de cadenas laterales. A esta
bJnda se le denomina la banda de Soret en honor de
su descubridor.
Al iluminar las porfirinas disueltas en ácidos mi-
nerales fuertes o en solventes orgánicos con luz
ultravioleta, emiten una intensa fluorescencia roja.
Esta fluorescencia es tan característica que con fre-
cuencia se utiliza para detectar pequeñas cantidades
de porfirinas libres. Los enlaces dobles que unen los
anillos pirrol en las porfirinas son responsables de la
L-

475. PorJirinas y pigmentos biliares .
417
cooH I
rl
cH- lP
'l
CH,
)
I
ll
CH
N
H
APAPAPAP
r I ._ I I I I I I
C-C H2 C-C C_C H2 C_C
[_
r
-N,-c-.[.
rr
.N ] r 3,.\3 * ]
I
.*. \*/
| l\*/
-\*/i
1.. H ¡r I I u u I
9H, 9H, 9H, cHz
IHr¡l ls"l
1rt-.- -,,N I l,rñ',r .rñ... t
[
,,
!t"r[
ur fi f'rv'fi:",,fi'rrr
'f
c--c H, C-c C-c É, ó-i
%*x, Á Mh-¡ i
I Hooc
A1
|
I H.C
r-l
f
lt
,'c
HzC
M
Cuátro moléculas
de pof'obilinógeno
)_
o*r,./l
lG%m.-i
l-
Hidroximelílbilano
{tetrapirrol iineal)
absorción y la fluorescencia características de estos
compuestos; estos dobles enlaces están ausentes en los
porfirinógenos.
Una aplicación interesante de las propiedades foto-
dinámicas de las porfirinas es su posible utilización
parueltratamiento de ciertos tipos de cáncer, procedi-
miento denominado fototerapéutica del cánier. Los
fumores con frecuencia capturan más porfirinas que
los tejidos normales. Por tanto, a los pacientes cof el
tumor apropiado se les administra hematoporfirina u
otros compuestos conexos. Ei tumor se expone des-
pués a un láser de argón, el cual excita las porfirinas y
produce efectos ci totóxicos.
La espectrofotometría se util¡za
para el análisis de las porfirinas
y sus precursores
Las coproporfirinas y las uroporfirinas son de interés
clínico debido al aumento de su excreción en las por-
flrias. Cuando estos compuestos se presentan en la
orina o en las heces, se pueden separar mediante ex-
tracción con mezclas de solventes apropiadas. A
continuación se pueden identificar y cuantificar con
métodos espectrofotométri cos.
Mediante pruebas colorimétricas apropiadas es
posible medir la ALA y el PBG en la orina.
LAS PORFIRIAS SON TRASTORNOS
GENENCOS DEL METABOLISMO
DEL GRUPO HEM
Las porfirias constituyen un grupo de trastornos de-
bidos a anormalidades en la vía de biosíntesis del hem;
Uroporlirlnógeno
tipo lll
Figura 34-6. La conversión del porfobilinógeno en uroporfiri-
-ógenos.
La uroporfirinógeno sintasa I también se denomina
:orfobilinógeno desaminasa y HMB sintasa.
AP
'TiA
l''
,,1
o- l ,', fJ
lt
PA
Uroporfirinógeno I
AP
^[IA
l,u
',
I
t*-l
',,
[-t
II
PA
Uroporfirinógeno lll
MP
'lll
M
tr;l
¡¡ lur i
p
lt
PM
Coproporfirinógeno I
MP
, f, I
M
trTt
p
lrl]
p
tt
PM
Coproportirinógenv lll
ACA2
)
)
4CO2
./\
I crcuzacróru | ,/ trrnoto€Jrnr^¡ocENo r,r I
i eseourÁuea L/ l---éiñ;;i;'*"1u./
\-
/\
Uroporflrinrigeno
lipo I
= |ura34-7. La descarboxilación citosólica de los uroporfirinógenos en coproporfrrinógenos. (A, acetilo, M metilo;
p, propionilo.)

476. (Capínrlo::
4lB . Bioquímica de HarPer
Porfobilinógeno
Hidroximetilbilano
I
unoroRrlntNóeruo t
§INTA§A
uRoPoRFtRtNócENo lll
SINTASA
E§PONTANEO
Uroporfirina
ll
Uropor{ir¡nógeno
It
m
Protoporiirinógeno lll
1
Uroporfirinógeno
I
Uropotfirina
I
Coproporfirina
I
6H
I
,.
Luz
6H
\
\
Luz
J
a
o
h
()
r
o
Z
O
O
o
b
Coproporf irina
ilr
II
6H i l'

4co, -/l
I
CoProPorfirinógeno
UROPORFIRINÓGENO
DESCABBOXILASA
--ll
--l §0.o, )'
Coproporfirinóge".
t
Luz
COPROPORFIRINÓGENO
OXIDASA
PRoroPoFFtRtNÓGENo
OXIDASA I
ot*inuit,o
Nu*
Protoporfirina lll
Y'*.
Hem
Figura 34-8. Los pasos en la biosíntesis de los derivados de la porfirina a partir del porfobilinógeno'
FEBROOUELATASA
pueden ser genéticas o adquiridas. Su prevalencia es
po.u, p".o tiene importancia considerarlas en ciertas
Lircunstancias (p. ej., en el diagnóstico diferencial del
dolor abdominal y en diversos casos neuropslqua-
tricos); de 1o contrario, los pacientes serán objeto de
tratamientos inapropiados. Se ha especulado que el rey
Jorge III padecía de porfiriajaspeada, 1o cual podría
"*p1i"u.
sus confinamientos periódicos en el Castillo
de Windsor y qaizá algunos de sus puntos de vista
respecto a los colonos americanos. De manera adicio-
nal, la fotosensibilidad (favorecedora de las activi-
dades nocturnas) y la deformación intensa presentes
en algunos pacientes de porfiria erihopoyética congé-
nita han dado lugar a la sugerencia de que estas
personas pueden haber sido los prototipos de los "hom-
bres lobo".
La bioquímica sustenta las causas, los
diagnósticos y los tratamientos de
las porfirias
Se han descrito seis tipos principales de porfiria, por
la disminución de la actividad de las enzimas 3 a 8
mostradas en la figura 34 9 (cuadro 34-l )' Por tanto'
para el diagnóstico definitivo de un caso sospechosc''
-de
porfiria resulta in,poftante el análisis de la actir i-
dad de una o más de estas enzimas en una fuente
apropiada de las mismas (p- ej., eritrocitos)' Las per-
rbrui .on disminución de la actividad de la enzima I
(ALA sintasa) no desarrollan porfiria (cuadro 34-2)'
Se ha informado de personas con actividad escasa dc
la enzima 2 (ALA deshidratasa)' pero son muy pocas'
Por lo general, las porfirias descritas se heredan
de manera autosómica dominante, excepto la porfiria
eritropoyética congénita, que se hereda de manera rece-
siva.
-En
algunos casos se han detenninado las anor-
malidades precisas en los genes que dirigen la síntesis
tle las enzimas involucradas en la biosíntesis de1 gru-
po hern. Esto ha posibilitado el diagnóstico prenatal
de algunas porfirias.
Óo*o én la mayor parte de los errores innatos del
metabolismo, los signos y síntomas clínicos de la por-
firia derivah de una insuficiencia de los productos
metabólicos posteriores al punto del bloqueo enzimá-
tico o de la acumulación de los metabolitos antes de
dicho bloqueo.
-l

477. Porfirinas y pigmentos biliares .
419
HemoproteÍnas
t
I
Proteinas
4
Hem
----*
Proloporfi¡ina lll
3_.1
/----
APorrePresor
I
I
Protoporfirinógeno llI
Coproporfirinógeno lll
Uroporfirinógeno lll
H¡droximeti¡bilano
Succinil-CoA + Glicina
e1 sistelna nervioso central, y originar el dolor ab-
inal y los síntomas neuropsiquiátricos obsenados
este tipo de porfiria. Las bases bioquímicas de es-
síntomas son que la ALA pudiera inhibir una
en el tejido netvioso, o que la ALA pudiera
capturada por el encéfalo y que de alguna manera
Figura 34-9. Los intermediarios, las enzimas y
la regulacrón de la síntesis del hem. Los núme-
ros de las enzimas corresponden a los
mencionados en el cuadro 34-1. Las enztmas
1,6,7 y B se localizan en las mitocondnas las
demás en el citosol. Las mutaciones de las en_
zimas 2 a B producen las porfirias, si bien sólo
se han identificado pocos casos debido a la rn_
suficiencia de la enzima 2. La regulación de la
síntesis del hem tiene lugar en la ALA sintasa
por un mecanismo de represión y desrepresión
mediado por el hem, y de un hipotét co
aporrepresor de ésta. Las Iíneas punteadas in-
dican la regulación negativa (O) mediante
represión.
Por otra parte, los bloqueos enzimáticos tardios
en la r¡ía resultan en la acumulación de ios porfiri-
nógenos señalados en 1as figuras 34 9 y 3.{-1 l. Los
productos de su oxidación, los correspondientes deri-
vados porfirina, producen fotosensibilidad, una
reacción alaluz visible en la longitud de onda cerca-
na a los 400 nm. Se considera que las porfirinas
expuestas alaltz de esta longitud de onda se
.,exci-
tan" y reaccionan con el oxígeno molecular para formar
radicales de oxígeno. Estas últimas especies lesionan
los lisosomas y otros organelos. Los lisosomas lesio-
nados liberan las enzimas degradadoras que contienen
lo que causa lesiones dérmicas de intensidad variable,
las cuales llegan a incluir la formación de cicatrices.
Porfobilinógeno
f-;^*---l
I
oesuonarese
I
t-,.^*-l
I
srr'¡rnse
i
ALA
t
l*-4}-------/
I
Cuando la lesión enzimática tiene lugar en los
:rimeros pasos de Ia vía antes de la fomación de los
:ol1irinógenos (p. ej., laenzima3 de la figura 34 9 en
: porfiria aguda intermitente), la ALA y el
pBG
se
.;umulan en los tejidos y los líquidos corporales (fi-
.ura 34-11). Uno o ambos compuestos pueden
- roducir eÍbctos tóxicos en los nervios abdominales y
una parálisis de conducción.
DE§CARBOXILASA
4. uBoPoRFtRtNócENo ilr
SINIASA

478. (Capítttlo 31t
420 ' Bioquímica de HarPer
i*_Lil
ffi
300 400 500 600 700
Longrlud de onda (nm)
Figura 34-10. El espectro de absorción de la hematoporfirina
(solución a 0.01% en HCI a 5%).
Las porfirias se pueden clasiñcar con base en los
órganos o células más afectados. Por 1o general co-
rráponden a órganos o céluias en los cuales la síntesis
del ñem es parlicularmente activa. La médula ósea sin-
tetiza cantidades considerables de hemoglobina y el
hígado sintetiza de manera activa otra hemoproteína,
eliitocromo P450. Por tanto, una clasificación de las
porfirias consiste en designarlas como predominante-
mente eritropoyéticas o hepáticas; en el cuadro 34 2
se indican loi tipos de porfirias incLuidos en estas dos
categorías. ¿A
qué se debe que tipos específicos de
porf,rrias afccten ciertos órganos de manera más inten-
sa que a otros? Una respuesta parcial se encuentra en
1a notable variación, entre los diferentes órganos o
células. de ias concentraciones de los metabolitos cau-
santes de la lesión (p. ej., ALA, PBG o porfirinas
específlcas) de acuerdo con las variaciones en la acti-
vidad de las enzimas formadoras de hem.
Como se describió, la ALA sintasa es la enzima
reguladora clave de la vía biosintetizadora del hem'
Por tanto, rcsulta irnportante conocer la regulación de
Mutaciones en el DNA
G
'ó
C
at
!
o
!^
6J
G
o
tn
aé
J
I
Figura 34-1 1. Las causas bioquímicas de los signos y sin-
tomas principales de las porfirias.
la enzima con objeto de comprender algunas caracte-
rísticas de estas enfermedades. La ALA sintasa está
sujeta a inducción y represión, y en ciertas condicio-
nes su activida<l puede aumentar de manera notable
(hasta 50 veces). La enzima se induce por una gran
cantidad de fánnacos (p. ej., barbitúricos, griseoful-
vina). La mayor parle de estos fámacos induce a 1a
enzima mediante 1a inducción del citocromo P450 (ca-
pítulo 61), que utiliza el hem y de esta manera desrepri-
me (induce) la ALA sintasa. En los pacientes con
porhria, el incremento de la actividad de la ALA sintasr
iesulta en el aulnento de la concentración de precur-
sores del hem potencialmente dañinos anteriores ai
bloqueo metabólico. Por tanto, los ataques de porhria
Cuadro 34-2. Resumen de los pr¡ncipales descubrimientos en las porf¡rias*
Tipo, clase e índice Sisnos v.slntmas
Resultado:"11f,fl"ot"
Enzima involucradar ¿"11i"?JiÍiÉiliii'i'it*l
-'-
p*l¡pár"" de rabomtorio
1. ALA siitasa Anemia siderobláslica ligada a X1 (elitropoÉtrca) Anemia l
DisminÚción de las cifras de erilrocilos y de
2. ALA deshidratasa
'*,i,.ll*iu"i'","
oto deshidratasa (hepatica). Dolor eúromrna.. sintomas reuropsiquiátricos. Acido ¡-amirclewlinico urinario'
3. Uroporfirinógerc I sintasa
po,t
riu imrit",,t" usuda thepática)
Dolor abdomiMl. sntomas reuropsiquiátricos' Poñobiiinógerc urinario positi@ uroporfirim oo-
(lM 176 ooo).
sitiva
4. uroportirinógerc lll sintasa PorfÍ ria eritropoyética congénita (eritropoyética) L Sin fotosensibilidad
Uroporfirim posiliE' polobil¡rcgerc regatiw'
rIMM 263 700).
s. Uroporfirinógeno descarbo-
poiirl-c,ianéa taraiu (hepática) (lMNil 176 1oo) l FotoseÉibilidad
Uroporfirim posiliva' porfobilircgerc regativo'
IoPurrrrra t'rcurLa¡Ia !
neuroosiouiat.icos.
ria positiva. protopolirim fecal positiva.
T.protoporritinósercoxidasa
ieorfiria;aspeadaltrepárica) (rMM1762oo)
iüffi§;¡t¡;j*oororaroominar."-** [i{i!!lürÉ*r,:*ii;l*:,Hl}:;i1"",-",f::""
L Feroouelarasa
protoporfiria (erikopoyética) {lMM 177 0oo) iái"ili"ioiiia"o l Protopolirina..fecal positiva' protoporfirina en-
trocihna PosltiE'
Acumulación de la ALA Y
del PGB, o disminución del
en las células y líquidos
Acumulación de los
porfirinógenos en la
piel y los tejidos
ffisdurantelasetapasacli%sdeeStaseñfemedadeS,ciertaSarcmalidadesb¡oquímicaSSepWdendetectardurante¡aSetapasdelalerciadelos
trastorcs mercionados. Los irastornos 3, 5 y 8 soñ por lo general la"
P"d'l?! Til {iY1i-i1"1";,
"t Loin,:rlio" asiSnu¿os a las enz¡mas en'eitá
"ü¿rá "orrépon¿en
a ios üiliados en la figura 34-9
I La areúia sideroblástica ligada a X m es ,ná pomtiu, p"ro !e in"luye en el cuadro debidta la afección de la ácido ó-amimlewlínico sintasa'

479. Porfirinas
1; pigmentos biliare.s .
421
pueden precipitarse con 1a ingestión de fármacos
inductores del citocromo P450 (también denomina-
dos inductores microsómicos).
Por 1o general se puede establecer el diagnóstico
de un tipo específico de porfiria mediante la conside-
ración de los antecedentes familiares y clínicos, del
examen clínico y de las pruebas de laboratorio apro-
piadas. En el cuadro 341 se enlistan los hallazgos más
rmpofiantes en los seis tipos principales de porfiria.
Las grandes concentraciones de plomo pueden
efectar el metabolismo del hem al combinarse éste con
los grupos SH en las enzimas como la ferroquelatasa
t la ALA deshidratasa. Esto afecta el metabolismo de
la porfirina. En los eritrocitos se encuentran concen-
traciones elevadas de protoporfirina, y en la orina de
\LA y de coproporflrina.
Se espera que el tratamiento génico de las porfirias
se convierta en una realidad. Entre tanto, el tratamien-
to resulta fundamentalmente sintomático. Es impor-
:ante que los pacientes eviten todos los anestésicos y
iármacos, incluso el alcohol, inductores del citocromo
P'150. La ingestión de grandes cantidades de alimento
:ico en carbohidratos (carga de glucosa) o la adminis-
:ración de hematina (un hidróxido del hem) pueden
:eprimir la ALA sintasa y resultar en la disminución
Je 1a producción de precursores dañinos clel hem. Los
:acientes con fotosensibilidad pueden beneficiarse con
.a administración de
B-caroteno; ai parecer, este com-
:uesto disminr-rye la producción de radicales libres,
:si como la fotosensibilidad. En tales pacientes tam-
rrén pueden resultar útiles los filtros solares paraluz
',
rsible.
-n el humano adulto en condiciones fisiológicas, se
-3struyen I a2 * 10t eritrocitos por hora. por
tanto,
=r
un día un humano de 70 kg recambia alrededor cle
-
,u de hemoglobina. Con la destrucción de la hemog-
:bina en el cuerpo, la globina se degrada hasta los
.ninoácidos que 1a constitul,en, los cuales se reutilizan,
:1 hierro del hem ingresa a la reserva del hierro tam-
rren para su reutilización. Tambiélr se <iegrada la
¡rción porfirina libre de hierro del hem. sobre todo
;:' 1as células reticuloendoteiiales hepáticas. esplénicas
le Ia médula ósea.
Al parecer el catabolistro ciel hem proveniente
-; ia totalidad de las hemoproteínas se lleva a cabo en
. :iacción microsomal de las células mediante un r;orn-
: :io sistema enzimático denominaclo hern oxigenasa.
.-.rndo el hem de ias hemoproteínas llega al iiste*o
-. la hem oxigenasa, por 1o general el hierro se ha
El sistema de la hem oxigenasa es inducible por sus-
trato. Se localiza cercano al sistema microsomal de
transpofte de electrones. Como se muestra en la figura
34-12,la hemina se reduce a hem con el NADpH y,
con a1.uda de más NADPH. se añade oxígeno al puente
cr-metenilo entre los pirroles I y II de la porfirina. El
ion ferroso se oxida de nuevo a la variante férrica.
Con la adición subsecuente de orígeno. se libera el
ion férrico, se produce monórido de carbono y de la
escisión del anillo tetrapinólico r.esulta ,nu .urtidud
equimolar de biliverdina IX-q,.
En las aves y los anfibios se excreta 1a biliverdina
IX-cr de color verde; en los marníferos una enzirua
soluble denominada biliverdina reductasa reduce el
puente metenilo entre los pir:roles III
1. I\- a un srupo
metileno para producir bilirrubina IX-a. un prgn-rer.r-
to amarillo (l-rgura 34-12).
Se estima que un gramo de hen-ro_slobina produce
35 mg de bilimlbina. En los adultos humanos la lor.-
n.ración diaria de bilirrubina es de alrededor de l_r0 a
350 mg, provenientes principalmente de la hernoglo-
bina, pero también de 1a eritropoyesis tneficaz v de
varias hemoproteínas adicionalés conto el citoc,.Lrlo
P450.
Es posible observar in viyo la conr ersiein cluintica
del hem en bilirrubina por las cé1ulas reticuloendo-
teliales conforme el color rojo púrpura del hem en un
hematoma se convierte lentamente en ei prgrlento
amarillo de la bilimrbina.
La bilirrubina formada en los tejidos peril-ericos
se transporta al hígado mediante la albumina plas-
mática. EI metabolisl¡o subsecuente de 1a br]rmrbina
tiene lugar sobre todo en el hígado. Drcho r¡erabolis-
mo puede dividirse en tres procesos: 1 ) captura de la
bilirrubina por las células parenquirnatosas hepátrcas.
2) conjugación de la bilirrubina en ei reticLrlo endoplás-
mico liso; y 3) secreción en la bilis de Ia bjLinubina
conjugada. Cada uno de estos procesos se considerará
por separado.
La bilirrubina os esc¿isamente hidrosoluble, pero su
solubilldad en ci plasrna se incrementa mediante su
enlace no covalente con la albúmina. Al parccer cada
rnolécula de albúmina posce un sitio de alta afrnídarl y
otro de baja afinidad por la bilir:rubina. En e1 sitio de
alta afinidad pneden enlazarse fuerlcmente alrededor
de 25 mg de bilirubina por cada 1 00 mL de plasma. La
bilirrLrbina que excede esta cantidad puede enlazarse
sólo de manera lara y, por tanto, puede ciesprendci.-
se con facilidad y difundir hacia los tejiclcs. Diversos
compuestos, coino los antibióticos y otros iármacos.
a la variante férrica y constitu¡,e 1a hemina.

480. (Capíttilo 311
422 ' Bioquímica de HatPet
compiten con ia bilimrbina para enlazarse al sitio de
alta áfinidad. Por tanto, estos compuestos pueden des-
plazar a la bilirrubina de la albúmina y dar lugar a
electos cl in icos signi licativos.
En el hígado lu bilimrbina se remueve de la albú-
mina ¡,
se caftura en la superficie sinusoidal.de los he-
patocitos pot ,.t sistema saturable mediado por
"cuneudo..'Este
sistema de transporte facilitado tiene
una gran capacidad, de manera que, incluso-en condi-
"lonE
putofOgicas, el sistema no parece ser.el limitante
de la velocidád en el metabolismo de la bilimrbina'
Toda vez que este sistema de transporte facilita-
do permite el equilibrio de labilimrbina a través de la
*"hbtuttu sinuioidal del hepatocito, la captura neta
del compuesto depende de su remoción por las vías
metabólicas subsecuentes.
B¡lirrub¡na lx'o
.::: )
Fe3r (reutilizado)
CO (exhalado)
Biliverdina lX'r
Fiou¡a34-12. Esquema del sistema microsomal de la hem oxigenasa'
páipivi¡nt. Dolphiñ D [editor]
Academic Press, 1978)'
Hem
(ú
9
c
o
o
'x
o
E
o
§
d
o
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-6
E
o
I
-1)
E
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E
o
6
-N-
,r\- rer* -r.//'
lV N- t"a+
-N.
ll
(Modificado de Schmid R, McDonough AF in: Ihe
I
[-:
mk'
NADPH
§
*oo,

481. La conjugación de Ia bifirrubina
con el ácÍdo glucurónlco tiene lugar
en el hígado
La bilimlbina es un compuesto no polar, y persistiria
en las células (p. ej., enlazada a los lípidos) á" no con_
verlirse en hidrosoluble. Los hepatocitos conviefien
la bilimrbina en una variante pola¡ la cual se excreta
con facilidad a la bilis, mediante la adición de molé_
culas de ácido glucurónico. Este proceso se denomina
conjugación y puede utllizar moléculas polares dife-
rentes al ácido glucurónico (p. ej., sulfato). Como prepa-
ración para su excreción, muchas hormonas esteioiáes
y fármacos también se convierten en derivados
hidrosolubles mediante conjugación (capítulo 61).
El hígado contiene al menos dos isoformas de la
glucuronosiltransferasa, las cuales actúan sobre la
bilimrbina. Estas enzimas se localizan sobre todo en
el reticulo endoplásmico liso y utilizan ácido UDp-
glucurónico como el donador de glucuronosilo. El
monoglucurónido de bilimtbina es un intermediario
que se convierte posteriormente al diglucurónido (fi-
guras 34 13 y 34-14). La mayorparre de labilimrbina
excretada en la bilis de los mamíferos está en forma
de diglucurónido de bilimrbina. Sin embargo, cuando
existen anormalmente conjugados de bilimrbina en el
plasma humano (p. ej., en la ictericia obstructiva), éstos
son de manera predominante monoglucurónidos. La
actividad de la UDP-glucuronosiltransferasa puede
inducirse mediante diversos lármacos útiles enla clí-
nica, entre los cuales se incluye el fenobarbital. Mayor
información respecto a la glucuronosilación se pre-
senta más adelante, al comentarse los trastornos
hereditarios de la conjugación de la bilimrbina.
La bilírrubina se $ecreta en la bilis
La secreción en la bilis de la bilirrubina conjugada
:iene lugar mediante un mecanismo de transporle acti-
t uDe.GLUcosA_l
i
pESHIpRoGENASA
I
7:....<\*
Ácido uDp-srucurónico
2NAD+ 2NADH +2H+
:
gura 34-'14. La conjugación de la bilirrub¡na
,:n el ácldo glucurónico. El donador del glucuro_
-:io,
e¡ ácido ADP-glucurónico, se forma a parttr
:: la UDP-glucosa de la manera descrita. En el
-
Sado humano se presentan al menos dos
Ácido UDP-glucurónico
+
Bil¡rrubina
Ácido UDP-glucurónico
+
Monoglucurónido de bilirrubina
Diglucurónido de bilirrubina
+
UDP
+
UDP
:rformas de la glucuroniltransferasa, las cua-
oo
I t¡
-ooc(cHro)4c*o*c
c*o*c(cHro)¿coo*
ll
H,C CHZ
I
r
t,?
?t, M
"{+.{,1"
MV
f._
lrrl
-
-lrl
Figura 34-13. La estructura del diglucurónido de bilirrubina
(conjugada, bilirrubina de "reacción directa,,). EI ácido glucuró_
nico se incorpora, a través de un enlace éster, a los doJgrupos
de ácido propiónico de la bilirrubrna para formar un áilglr-
curónido.
vo, que puede ser el limitante de la r elocidad de todo
el proceso del metabolismo hepático de 1a billnubina.
El transporte hepático de la bilin-ubina conjusada ha-
cia la bilis es inducible por los mismos lánnacos capa-
ces de inducir la conjugación de la btlimlbina. por
tanto, los sistemas de conjugacíón v de ercreción se
comportan como una unidad funcional coordrnada.
En condiciones fisiológicas, básicamenre 1a rota-
lidad de la bilirrubina secretada a la bilis se encuenrra
conjugada. Só1o después de la fototerapéutica es po-
sible encontrar en la bilis cantidades imponantes de
bilirrubina no conjugada.
En el hígado existen múltiples sisremas para la
secreción a la bilis de compuestos naturales r- famta-
céuticos, una vez que éstos se metabolizan. -{lgunos
de estos sistemas secretores son compaftidos Jon el
diglucurónido de bilirrubina, pero otros operan inde-
pendientemente.
La figura 34-15 resume los tres procesos princi-
pales involucrados en la transferencia de la bilimrbina
entre la sangre y la bilis. También se indican 1os sitios
afectados en diversos trastornos que causan ictericia
(véase adelante).
UDP-glucosa
utilizan como sustrato a la bilirrubina. Monoglucurónido de bilirrubina

482. 424 '
Bioquímica de HarPer
UDP-GlcUA
UDP-GlcUA
(CaPítttlo )-
terminal y en el intestino grueso y se excreta de nuer '-
a través del hígado para cJnstiruii el ciclo enterohepa-
1." o"i rt"uríinógeno'
E'n condiciones anormales' er
nu,ri.rtu, por la formación ercesir a de pigmento l' -
i;t ;;;;rá; ta enre'me¿a¿ hepática interfiere con ¿
.i.fo itn
"fr.pático,
es posible que el urobilinógeno
s;
excrete en la orina'
','-^
Ñorlrut-ente
la mayorparte de los urobilinógeno'
in.oloros fornlados en el colon pol'la flora fecal :;
o*iáu u
"tot
llinas (compuestos coloridos) y se excret:
;l"til;;; ifigu.a:+1to¡'
El oscutecimiento
de la'
;;;ñ;;As-a
la luz se debe a la oxidación de los ur'"-
t itirrOg"rro. residtlales en urobilinas'
;¡
I
Figura34-l5.Diagramadelostresprocesosprincipales
lcaotura, coniugaclon
y secreción) involucrados en la trans-
[ffi;i;.ÜffiÍiriuoiná
de la sangre a la bilis
.En
l:,:ip]T:
li"jr"tiíi"rÜrá'poi
ios trepatocitos están involucradas crer-
;". ñi;i;;; .iracelulares como la ligandina v la proteína
V."r!'it"ie. ." prásenta el proceso afectado en los drversos
trastornos causantes de ictericia'
Las bacterias intestinales reducen la
;il'.ñrbi; óon¡ugaoa a urob¡linógeno
Conforme la bilimrbina conjugada llega al íleon termi-
"uiy
ár int"ttino grueso,. enzimas bit]:i11T:::p"'-
i,..', lp-
gr u., ro n-Í d a s a s ) re m uev e n
":
ql:
t":l:
I I :::
r .r-nlnri"n,o se reduce' mediante la flora feca[' a un
'""",;f il;;;u-"rt*ttt*pit'ólicosincolorosdenomi-
"o-a-íos
uronuinógenos 1figura
34- l6)' Una proporclon
;q*ñ'"á;
b;uirobilinóg"enos
se reabsorbe en el íleon
LA FI IPERB¡LIRRUBiI§EMIA
PRÜDUCE ICTERIEIA
La hiperbil irrubi nem ia se pres.:ntl-cYlnd:,P
bil i nu
Ui"" tl.*r.a excede de f mg/dl-.!
]
7 I
UmoL/L
)' Pued-
JJ"it"á U producción de más bilimrbina de la que e-
híoarlonomalescapazdeexctetar'opuederesultar
;."ñ*ft"*ncia
de un hígado lesionado para.excretai
i;;ffiil;Áal
de bili"nubina' En ausencia de le-
,jo" r-r.pati.. tarnbién se produce,hip1!i Iinu!i;1emr'
"i"tl,á*.
f" excreción de la bilimrbina por la obs-
;;ió" át los conductos excretores hepáticos' En
;;;;;ilt
"^"s
la bilimrbina se acumula en la san-
ore v una vez que alcanza cierta concentración
iru.ü.iála.-l ii's mgrdLl' ditunde hacia los teii-
H:;t;"i,; raquitt"ni,n color amaril lo El trastorni
s" á"nomina ictericia'
""
;; i;* ;.tudios clínicos de la ictericia resulta de
oran valor 1a medición de la bilimrbina sérica' El pn-
ilJ';ñ;;;;;u ü á"t"'-i"ación cuantitativa de 1a
;iii';;;i;; sérica tue diseñado por Va.n der Bergh'
""i.^
.oli.¿ la prueba de Ehrlich a la bilimrbina un-
;ffi. í;;;iá" ¿' Ehrlich se basa en el acopla-
*l*," J"i¿"ido sulfanílico diazolizado(reactivo
diazo
á" Éfrtfl.frl V
la bilinubina para producir un compues-
IVI E
\/
_-ll
,
iJ_ o*
\N-
oH M
H L-J
/-1
HNI
\-l
-ft- [.
-¡''\-"",ll I
p'M
Mesobilirrubinógeno
Estercobilinógeno
(c33H44o6N4)
(l-urobilinógeno)
Figura34-'16'Lasestructurasdealgunospigmentos
Estercobilina
(L-urobilina)
3. SECRECION
Sindrome de Dubin-Johnson
Síndrome de Rotor
ñucrlu-osBILIARES
Diglucurónido de bilirrubina
biliares

483. Porfirinas y pigmentos biliares .
425
to azo de color púrpura rojizo. En el procedimiento
original descrito por Ehrlich, se utiliza metanol para
proporcionar una solución en la cual son solubles la
bilimrbina y el reactivo diazo. En una ocasión en que
intentaba analizar bilis humana para detectar pigmentos
biliares Van der Bergh omitió sin darse cuenta cl
inetanol. Para su sorpresa, el desarrollo del color tuvo
lugar "directamente". Así, se denominó como
..reac-
ción directa" a la variante de la bilimrbína capaz de
reaccionar sin la adición de metanol. Más tarde se en-
contró que esta misma reacción directa tarnbién se
podía desar:rollar en el suero de los pacientes con icte-
ilcia debida a una obstrucción biliar. Sin embargo,
todavía era necesario añadir metanol para detectar la
bilirrubina en el suero normal o el exceso de ésta que
se presentaba en el suero de los casos con ictericia
hemolítica sin evidencia de obstrucción. A la variante
de la bilirrubina que se podía medir sólo después de la
adición de metanol se apiicó el término,,reacción in-
directa".
Posteriormente se descubrió que la bilimubina
rndirecta corresponde a la bilimrbina "libre" (no con-
-lugada)
proveniente de los tejidos reticuloendoteliales,
en los cuales se produce por la degradación de las
hemoporfirinas, y en camino hacia el hígado. Toda vez
que esta bilirrubina no es hidrosoluble, se necesita del
metanol para iniciar el acoplamiento al reactivo diazo.
En el hígado la bilirrubina libre se conjuga con el ácido
glucurónico, y el conjugado resultante, e1 glucurónido
de bilimrbina, puede así excretarse a Ia bilis. Además,
la bilirrubina conjugada, al ser hidrosoluble, puede
reaccionar directamente con el reactivo diazo, de ma-
nera que la "btlirrubina directa" de Van der Bergh en
realidad comesponde a un conjugado de bilirmbina
r glucurónido de bilirrubina).
La hiperbilimrbinemia puede clasificarse por e1
tipo de bilimlbina presente en el plasma, es deciq con-
tugada o no conjugada, como hiperbilirrubinemia por
retención, debida a sobreproducción; o hiperbilirru-
binemia por regurgitación, debida al reflujo hacia el
:Lrrrente sanguíneo como consecuencia de la obstruc-
:rón biliar.
Debido a las características hidrofóbicas de la bili-
rrbina no conjugada, sólo éstapuede cruzar la barrera
iematoencefálica y llegar al sistema nervioso central;
:or tanto, la encefalopatía producida por la hiperbilirru-
¡inemia (querníctero) sólo puede presentarse con la
::limrbinano conjugada, como es el caso de la hiperbi-
mrbinemia por retención. Por otra parle, como resulta-
:.. de su hidrosolubilidad sólo la bilimrbina conjugada
:,rede presentarse en la orina. Como consecuencia, la
ictericia colúrica (la coluria consiste en la presencia de
:.gmentos biliares en la orina) se presenta sólo en hi-
::rbilimrbinemia porregurgitación, y la ictericia aco-
lúrica tiene lugar sólo en presencia de un exceso de
: .inubina no conjugada.
: , .. :. .'.r:,: .t .¡: .:;a.:.ri:
,",r i :,,:..:.,.:,'::
.
"',
i :" i ;,.:l
A. Anemias hemolíticas
Las anemias hemolíticas son causas impofiantes de
hiperbilinubinemia no conjugada, si bien este trastor-
no por 1o general resr¡lta ler.'e (<:1 rngidl-; <68.4 pmol/
L), incluso en el caso de hemólisis extensa, por la gran
capacidad del higado para metabolizar la bilinubina.
Sin embargo, se puede presenrar la hiperbilimrbinemia
no conjugada cuando el metabolisrlo de Ia bilimtbina
resulta defectuoso como consecuencra de un defbcto
adquirido o de una anormalidad hereditaria. Las causas
más frecuentes de estos trastol'nos son las siguientes.
B. " I ctericia fisiol óg i ca" n eo n ata I
Este trastomo pasajero constitu).e la causa más fi.e-
cuente de hiperbilirmbinernia no conjugada. Resulta
de la hemólisis acelerada y de un sisrenta hepátrco rn-
maduro para la captura, conjugación v secreción de la
bilirrubina. No sólo está disminuida la actir idad de la
UDP-glr-rcuronosiltransferasa, sino que plobab1emen-
te disminuye la síntesis del sustrato para esta enzirna.
el ácido UDP-glucurónico. Ya que el aumento de la
bilirmbina corresponde a la no conju-eada. ésta riene
la capacidad de penetrar la barcra hematoencetálica
una vez que la concentración en e1 plasrna erceda 1a
que puede enlazarse firmemente a la a1búmina (20 a
25 mg/dl-). Esto puede resultar en una encefalopatía
tóxica hiperbilimrbinémica, querníctero. la cual pro-
duce rctardo mental. Debido al conocimiento de la
inducibilidad del sistema metabolizador de 1a bilinu-
bina, a los neonatos ictéricos se les ha adrlinistrado
fenobarbital, que resulta eficaz en este trastomo. Ade-
más, la exposición a la luz azul (fototerapéutrca)
promueve la excreción hepática de la bilimrbina no
conjugada al convertir una pafie de ésta en otros d, i-i-
vados, como los fragmentos maleimida y los isórleros
geométricos, los cuales se excretan en la bilis.
C. Síndrome de Crigler-Najjar tipo l;
ictericia congénita no hemolítica
El síndrome de Crigler-Najjar tipo I, un trastomo auro-
sómico recesivo infrecuente de los humanos. se debe
a un defecto metabólico primario en la conjugación
de la bilimtbina. Se caracte riza por ictericia congénita
intensa debida a la ausencia hereditaria de la activi-
dad de la bilirubina UDP-glucuronosiltransferasa en
los tejido§ÍépáfCor. La eirfermedad por 1o general
resulta mofial en los primeros 15 meses de vida, pero
se ha informado de algunos casos de adolescentes que
no desarrollan problemas hasta Ia pubertad. Estos ni-
ños se han tratado con fototerapia con una disminución
de las concentraciones plasmáticas de bilirrubina par-
cial. En ios pacientes con síndrome de Crigler-Najjar
I
_=_r
d

484. Bioquímica de Ha
tipo I el fenobarbital no tiene efecto alguno sobre la
fomación de los glucurónidos de bilimrbina' Sin tra-
i"-i"ra,lá uitiñruma se¡ca por 1o general excede
los 20 mg/dl.
D. Síndrome de Crigter-Naily lipo
ll
-^
Este infrecuente trastoÁo hereáitario
parece. resultar
de un defecto leve en
"i
*i'tt*u de conjugación
de la
bilimrbina y presenta una evolución más benigna' Las
;ffiil;i";..
¿e tauliirruuina
sérica por 1o g.eneral
ll"lrcedl;1;*
zo -g¡ái'
pero la.totalidad
de 1a bili-
rrubina acumuiada
"ot'ÁpfnAt.ul
tipo no conjugado'
il;;l; t;tp.endente
qot lu uilit de estos pacientes
;;;;;"*;;onoglucurónido
de bilinubina' v
se ha
;"ñ;';ñ;
.i ¿'t"á g"nético puede ill:ll"u' lu
UDP- glucuronosr ttransfiasa hepática
-que
agre ga el
;óreffi;po
gtttt"á"iio al Áonoglucurónido
de
bilirrubina.
Los pactentes con este síndrome, respon-
den al tratamitnto
"o"
ltandes
dosis de fenobarbital'
E. Síndrome de Gilbert
Éste consiste en un grupo heterogéneo de trastonros'
;;h*'á; ús cuale-s en la actua[dad
se sabe Que
se
,ffi ;; ;r,"morisis-tompensada
acompañada
de
fri".tUilit-r"Uinelnia
no conjugada- Sin embargo' e¡
;ilin;' ;;:;;;;;;;'
han enóoñtrado
pequeñas repett-
.iffiil;;ilidut
dt nucleótidos en la región promo-
;;;';i'ñ;i"á¿'r*""ü
¿e la UDP-glucuronosil-
transferasa t, to
"t'ur
it"'lta en la disminución
de las
Lr*".r.á.r,ine'
de r"lrr'i-"' Este trastomo resulta
comPletamente
inocuo'
F. HiPerbitirrubinemia
tóxica
La hiperbilimrbinemra
io conjugada
lY:i: :::"Lut
rte la disfunción trtpattcu i-nJ"idu"pot t*ina' como la
;iláil;; ;;;'.t
I ro'oiá'*á' lai arsrenaminas'
el
i"t"ü;ü;;JJe
carbono'
"t
acetaminofeno'
la hepatitis
il;i'ü;ñ,ii v
tu intoxicacion
por hongos d¡t eé-
:¿;;;;;;;;. §iÚl"o la mavor pa.te de estos trastomos
;;;;;i;;; ;. deben a la iesibn de Ia célula paren-
HHffi;h;rati"u,
ro
"t-rut
¿"t"tiotu la conjugación'
:;I'ffi il;i. . *itit un' to*pon"nte.
de obstrucción
;i#;;ibilil
intrahepático
que resultaen Ia presen-
cia de cierla hiperbilirrubinemta
conJugaoa'
La obstruccién del árbol biliar
II r"
"ár.a
más común de la
;íÑb',1 ñ* binemia coniu gada
El témino de ictericia colestática
se utiliza para
ir"t,ii. il;;l"t casos de ictericia obstructiva extra-
'h;;i";.;i
término también incluye 1os c¿sos de
i:",';i ;; Jo,r'
-r,'p
ttu i r irrubinemia
c onj u g ada deb i -
;:;;;;i;;oád'truccion
de 1o s canal ículos bil i are'
intrahepáticos como consecuencia
de la tumefaccion
ili;;-h"";;,""itos
lesionados (p' ej'' como puede acor.t-
tecer en ia hepatitis infecciosa)'
B. tctericia idioPática crÓnica
láiiiíá;,ié;a"Z:i!;!!!"lJ.o#u"oirnoconsiste
Este trastorno autosom
I,, l; ;;;;;t"ia
de hiperbilirrubinemia
c onju gada du-
;""""i;"i;;;ciu
o'tu uida adulta' A1 parecer la
irir"iliii.*uinemia
se debe a un defecto en la' secre-
:ifi
';"oiü"1"
ült ¿" r" bilirrubina conju.saoa,!111
;;;,";;..tor
de los compuestos
conjugados no esta
;ffi;ñ;;iu uli'*u io u''i'.'o qot tamb ién involucra
1a secreción ¿e to' e'trOeenos conjugados y de los
[-p""ti"t ¿;p*"uu táilo el colorinte bromosulf-
taleína. En los paclentás con-este.síndrome'^los
he-
p"r*ii", á. fa iegión centrolobulillar
contrenen un
pigmento negro anorrnal que no se ha identificado'
C. Síndrome de Rotor
ísteeffitraJ"t*
u*lg"o infr ecuente cracteizado
r"r f.ttr*urirt*binemia
c-onj ugada crónica e histología
il""i,i*
""Á1.
No se ha identificado
la causa precr-
H5H ffi;i¿;p,,'á"-J"u""e
a un defecto en e1
transporte de los amones orgánicos' incluso de la
üitiáuinr. Por
los hePatocitos'
Una parte de la bilirrubina coniug.ada
Duede enlazarse de manera covalente
á la albúmina
Por el aumento considerable
y p-eryan:lte de las con-
ü;il;; prut*at"ut ¿" iá uitir"ruina conjugada
una parle de ésta puede átu'ut'" de manera coval&rte
"""í"}L"-r;u
iuitit't'uit'u
delta)' Debido a este en-
1ace, dicha fracción presenta una vida medii ql"*-"]i:."
-á.
f"tg, ¿" la corréspondiente
a labilir:mbina
con¡u-
;;;;;";;".iona1'
Pór tanto' esta porción pennanece
Írr**"á" ált*e la fase de recuperación
de la icte-
ricia obstructi uu,unuii'que
el reito a1!!1t1rrutina
;;;j"";"d. disminuye hasta las concentractones
nor-
malesl esto expltca quá utg'not pacientes. continúen
"'"T#iñ;;¿'
á"i ilg'áo a 1á norrnalidad de las
;;;;;;;";i;;es
de la biirrubina conjugada'
rt
t
A. Obstrucción det árbol biliar .r^,rol ,- L:ri,rr,-i, '
Lahiperbilimibinemia.oÑrgu¿uamenudo*tyl11l:l El urobilinógeno
y la biliffubina ur¡na-
;lü,í; d.'i;, .án¿"tn* népáticos o del colédoco'
ilI'to" i"Oicadoies clínicos
Ü'"iüñ#*-üoá"
Üli'*uin'u no se excreta'det
f#igTJfl:#i#Tü"ffffir1X"::iliüüH"J
N"*.T"I"enraorinasepresentansóloindiciosde
i"""
"r
la sangre y
"o
tu oriru (ictericia
"otirri"j)iP
;;;;ii"óc""o'
Bn ru obstrucción completa del con-

485. Porfirinas y pigmentos biliares .
427
ducto biliar no existe urobilinógeno en la orina, ya
que la bilimrbina no tiene acceso al intestino. en el
cual puede conveftirse en urobilinógeno. En este caso
la presencia de bilimrbina (conjugada), sin urobili-
nógeno, en la orina sugiere ictericia obstructiva, ya
sea intrahepática o extrahepáfica.
En la ictericia hemolítica el incremento de la
producción de bilimrbina da lugar al aumento en la
producción de urobilinógeno y éste aparece en 1a ori-
na en grandes cantidades. En la ictericia hemolítica
por 1o general no se presenta bilimrbina en la orina
(debido a que la bilirrubina no conjugada no pasa
hacia la orina), de manera que el aumento del uro-
bilinógeno combinado con la ausencia de bilimrbina
sugiere icteriiia hemolítica. Por supuesto que el au-
mento de la destrucción sanguínea por cualquier causa
(p. ej., anemia pemiciosa) también da lugar a un aumen-
to del urobilinógeno urinario.
El cuadro 34-3 resume los resultados de labora-
torio obtenidos en los pacientes con tres causas
diferentes de ictericia: anemia hernolítica (una causa
prehepática), hepatitis (una causa hepática), y la obs-
tmcción del colédoco (una causa poshepática). Las
pruebas de laboratorio en sangre (para evaluar la po-
sibilidad de una anemia hemolítica) y en suero (p. ej.,
actividades de las enzimas alaninotransferasa IALT]
¡,'fosfatasa alcalina) tienen importancia para ayudar a
diferenciar entre las causas prehepáticas, hepáticas y
poshepáticas de la ictericia.
Hf'.SlJñdtrf'r
Las hemoproteínas, como la hemoglobina y los cito-
Jromos, contienen hem. Este es una porfirina férrica
iFe2--protoporfirina IX) en la cual cuatro anillos pirol
se enlazan mediante puentes metenilo. Los ocho gru-
¡os laterales (metilo, vinilo y propionilo) en los cuatro
rrillos pir:rol del hem se arreglan en una secuencia
:specífica.
La biosíntesis del anillo hem tiene lugar en las
mitocondrias y en el citosol a través de ocho pasos
enzimáticos. Comienza con la fomación de 6-arnino-
levulinato (ALA) a partir de la succinil-CoA y de la
glicina en una reacci ótt catahzadapor la ALA sintasa,
la enzima reguladora de esta vía.
Las porfirias hereditarias resultan de las an«¡rma-
lidades determinadas genéticamente en siete de las
ocho enzimas involucradas en la biosíntesis del hem.
Los eritrocitos y el hí_eado son los sitios principales de
la expresión metabólica de las porfirias. La fotosensi-
bilidad y los problemas neurales constituyen quejas
frecuentes. La ingestión de ciertos compuestos (como
el plomo) puede producir portirias adquiridas. para
facilitar el diagnóstico se pueden detectar los aumen-
tos, en la sangre y en la orina. de 1a cantidad de porfi-
rinas o de los precursores de éstas.
El inicio del catabolismo del anillo del hen esta
catalizado por la enzima hem oxt_senasa. r' produce un
tetrapirrol lineal.
La biliverdina es un producto temprano de1
catabolismo y su reducción produce bilimrbin.r. Esra
se transpofia mediante la albúmina desde los te-1idos
periféricos hasta el hígado para su captura por los
hepatocitos. El hiemo del hem y los arninoacrdo: de 1a
globina se conservan y utilizan de nuevo.
En el hígado la bilimrbina se hace hidr.osoluble
mediante la conjugación con dos moléculas de ácido
glucurónico y se secreta a la bilis. La accrón de las
enzimas bacterianas en el intestino produce urobilinó-
geno y urobilina, los cuales se excretan en 1as heccs v
en la orina.
La ictericia se debe al aumento en la concentración
de la bilirrubina sanguínea. Las causas de la ictericia
se pueden clasif-tcar como prehepáticas (p. ej., las ane-
mias hemoliticas), hepáticas (p. ej., lá hépatitis)
¡.
poshepáticas (p. ej., la obstrucción del colédoco). La
medición de las bilirrubinas plasmáticas total v no
conjugada, del urobilinógeno y la bilimrbina uiina-
rios y de ciefias enzimas séricas, así como la inspección
de muestras de heces, ayudan a diferenciar entre
,:j-
chas causas. I
Bilirrubina sérica
Directa: 0.1-0.4 mg/dl
hd¡recta: 0.2-0.7 mg/dL
1 lnd¡recta
t D¡recta e irdirecla
t Directa
Urobilinógeno
fecal
Normal
Anemia hemolftica
Hepatitis
btericia obstru¡cliva.
0-4 mgl24 h
Aumento.
Disminución en presencia
de microobstrucción.
Ausente.
Ausente.
Ausente.
Presente en caso de m¡-
croobstrucción.
Presente-
40-280 mgl24h
Aumento.
Disminución.
lndicios o ausente.
' Las causas más frecuentes de icter¡cia obstructiva (poshepática) corresponden al cárcer de la cabeza del páncreas y los cálculos biliares
aloiados en el colédoco- En ocasior¡es la presercia de bilinubina en la or¡na se derom¡na colur¡a, por tanto,'lá n"patit¡'" vL obstrucción del
colédoco producen ictericia colúnca mlentras que la ictericia de la anemia hemolítica se denomina acolúrica. En És pacíentes con hepat¡t¡s
los resultados de laboratorio varán según la extensión de la lesión de tas células parerquimatosas y la extensión de'la m¡croobstrucción de
bs canal'lculos biliares. En la hepatitis por lo general aumentan de manera consierable ás concentraciones séricas de la ALTyde ASll en
tanto que las concentrac¡ones séricas de la fostatasa alcalina aumenlan en la eñfermedad hepática obstructiva.
Cuadro 34-3. Resultados de laboratorio normales y en pacientes con tres causas diferentes de icteric¡a
Estado
fl*-..-*..

486. Sección IV
Estructura, función
y repl¡cación de
macromolécu las i nformativas
Capítulo 35. Nucleótidos ........ ................. 431
Capítulo36.Metabolismodenucleótidosdepurinaypirimidina........
Capítulo 37. Estructura y función de los ácidos nucleicos ......... 461
Capítulo 38. Organización, replicación y reparación delDNA .. 473
Capítulo 39. Síntesis, procesamiento y modificación del RNA ................... 499
Capítulo 40. Síntesis de proteínas y el código genético
Capítulo 41. Regulación de la expresión génica .t...............
Capítulo 42. Tecnología del DNA recombinante .....
517
5J5
557)
429

487. 35
Nucleótidos
VictorW. Rodwell, PhD
tNTRODLie e rór.t
En este capítulo se introducen las bases púricas y piri-
mídicas heterocíclicas aromáticas y sus principiles
derivados, los nucleósidos y los nucléótidos; los cuales
suministran las unidades de monómeros o bloques de
construcción de los ácidos nucleicos, y desempeñan
diversas funciones esenciales paralavida y la salud.
Las principales funciones bioquímicas de los nu-
cleótidos de purina y de pirimidina, incluyen numero-
sas reacciones de transferencia de fosfatos det AIp y
de otros nucleósidos trifosfatados que impulsan reac-
ciones que de otra manera serían endergónicas. La
UDP-glucosay la UDP-galactosa pafticipan en la bio-
síntesis de carbohidratos, y el CDp-acilglicerol en la
biosíntesis de lípidos, como "intermediarios de alta
energía" para la síntesis de enlaces covalentes. Los
nucleótidos formanparte de las coenzimas, como FAD,
NADU, NADP*, coenzima A, y,S-adenosilmetionina.
Los nucleótidos también desempeñan funciones
reguladoras. Los niveles de ADP regulan la tasa de
fosforilación oxidativa mitocondrial, y los nucleótidos
específicos actuan como reguladores alostéricos de la
actividad enzimática; el cAMP y el cGMp tienen fun-
ciones de "segundo mensajero". Finalmente, los
nucleósidos trifosfatados sirven como precursores de
las unidades de monómeros de los ácidos nucleicos
RNA y DNA.
I MFSRTAÍ-dTrA B¡OMEüICA
La capacidad de los nucleótidos para absor-ber luz
.rltravioleta
-como
consecuencia de su estructura
quírnica- hace que la luz ultravioleta sea un potente
mutágeno. En la quimioterapia del cáncer, SIDA y otras
situaciones de interés médico. se emplen un conjunto
Je análogos de purina y pirimidina sintetizadoi quí-
nicamente; en la farmacopea del oncólogo se incluye
rna gran cantidad de análogos sintéticos de las purinas,
:irimidinas y sus nucleósidos. Muchas aplicaciones
clínicas explotan la función de los nucleótidos como
precursores de ácidos nucleicos, así como el hecho de
que cuando la célula está por dividirse
-se
replica
su DNA. Los ejemplos incluyen al alopurinol emplea-
do para tratar hiperuricemia y gota, y 1a azatioprrna
que se usa para suprimir la respuesta inmunoloeica
durante el transplante de órganos.
En tanto que las moléculas como la sal de urato. a
un pH alcalino son relativamente solubles. el ácido
úrico es insoluble en la orina ácida. Los catabo[¡os de
la purina, la xantina y el ácido úrico, pueden presen-
tarse en los cálculos de las vías urinarias. Los aná1ogos
sintéticos de las bases que se presentan de forma natu-
ral, 1os nucleósidos o los nucleótidos, que se empiean
para inhibir el crecimiento de las células cancerosas o
de ciertos virus, incluyen el 5-fluorouracilo, 5'-r'odo-
2'-desoxiuridina, 6-triguanina, 6-mercaptopurina.
6-azauridina, y arabinosil citosina
-medicamentosque inJriben enzimas específ,rcas o reemplazan a 1as
purinas y pirimidinas naturales durante lá síntesis de
DNA y RNA. Además, estos análogos proporcionan
elementos valiosos para los investigadoies en el área
de investigación biomédica.
QUIMICA DE LAS PURINAS,
PiRIMIDINAS, SUS NUCLEÓSIDOS
Y NUCLEÓTIDO§
Las purinas y las pírirnidinas
son cornpuestos heterocíclicos
Los compuestos heterocíclicos son compuestos en forma
de anillo (cíclicos) que contienen átomos de carbono
y átomos no carbono (hetero). Mientras que los hetero-
cíclicos que contienen azufre u oxígenb son impor-
tantes tanto a nivel biológico como terapéutico, el átomo
hetero más común en la biología es el nitrógeno.
Las purinas y las pirimidinas constituyen una cla-
se de heterociclos que contienen nitrógeno de gran
imporlanciabiológica. Los principales derivados son los
13t

488. 132 . Bioquímica de Harper
nucleósidos y los nucleótidos, los cuales contienen
un azúcar cíclico. con frecnencia una pentosa, unida
a un átomo hetero de nitrógeno por medio de un enla-
ce B-N-glucosidico.
Los nucleótidos contienen,
además. uno o más grupos fosforilo esterificados con
los grupos hidroxilo del azúcar.
Es importante notar la paradoja de que la pirimidiña
heteroiíclica más pequeña (seis átomos) tiene el nom-
bre más largo, en tanto que la purina heterocíclica más
larga (nueve átomos) tiene el nombre más corlo. Tam-
bién hay que señalar que el sentido de las manecillas
del reloj e, la que se numeran 1os átomos del anillo de
las pirimidinas, es opuesto a la forma de numeración
de los átomos en las purinas (figura 35-1).
Vistas de perfil, las purinas y pirimidinas son molécu-
las esencialmente planas. En el sitio en que sus anil.los
Figura 35-1. Purina y pirimidina. Los átomos se numeran de
acuerdo con el sistema internacional.
se pliegan, las bases púricas y pirimídicas se agrupa-
ríanlaxamente en el interiorde ladoble hélice delDNA
o de los híbridos de DNA-RNA, con pérdida de la
estabilidad de 1a hélice (capítulo 38).
Las bases heterocíclicas más abundantes, o principa-
les, de los ácidos nucleicos son las purinas adenina y
guanina, y en las pirimidinas son la citosina, la timina
v el uracilo. Todos los ácidos nucleicos contienen
ádenina, guanina y citosina. El DNA (pero no eI RNA)
también contiene timina, en tanto que el RNA (pero
no el DNA), contiene uracilo (cuadro 35-1).
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(Capítulo 35)
H
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1
Pirimidina
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Cuadro 35-1 . Bases, nucleósidos y nucleótidos
Fórmula de la base
Base
X=H
Nucleósido X = ribosa
o desoxirribosa
Los nucleótidos, en los que
.X=ribosafosfato
NH,
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Adenina
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Citosina
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Uracilo
U
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T
Adenosina
A
Guanos¡na
Citidina
Uridina
U
Timidina
T
Monofosfato de adenosina
AMP
Monofosfato de guanosina
GMP
Citidina monofosfato
CMP
Uridinmonofosfato
UMP
Monofosfato de timidina
TMP

489. Nucleótidos .
433
La mayoría de las purinas y pirimidinas
existen en las células como nucleótidos
Los nucleósidos están formados de una purina o una
pirimidina y un az\car cíclico; la más frecuente es la
D-ribosa, o la 2-desoxi-n-ribosa, unidas a través de un
enlace covalente
B-N-glucósido en la posición N-9 de
unapurina, o en laN-l de unapirimidina. Lanumera-
ción de los átomos del azúcar emplea nirmeros primos
(p. ej , 3'- o 5'-) para distinguir los átomos del azúcar
de los de la base heterocíclica. Los nucleótidos se nom-
bran como ribonucleótidos o desoxirribonucleótidos
con base en si el az\car es ribosa o 2-desoxiribosa.
Los grupos oxo- y amino-
heterocíclicos ex¡sten como mezcla
tautomérica
En el capítulo 15 se describió el tautomerismo ceto-enol
de los grupos oxo- e hidroxi- de las aldosas y cetosas.
Debido al carácter aromático de las purinas o piri-
midinas, cuando están presentes los substituyentes oxo-
o amino-, participan en el tautomerismo ceto-enol y
amino-imino (figura 35-2). Por tanto, estos grupos
firncionales existen como mezclas tautoméricas de
pares amino-imino y oxo-hidroxi que difieren respec-
to a la posición de un átomo de hidrógeno y ciertos
electrones. Aunque las condiciones fisiológicas favo-
recen fuertemente las formas amino y lactámicas, los
tautómeros no favorecidos pueden participar en pro-
cesos mutagénicos (capítulos 39 y 4l).
Los N-glucósidos héterocíclicos
forman confórmeros Syn y Anti
El impedimento estérico por las bases heterocíclicas
dicta que, unayez formados, no exista libertad de ro-
tación alrededor del enlace B-N-glucosídico que une
al azicar con las purinas o pirimidinas. Por este moti-
r-o los nucleósidos y nucleótidos existen como
confórmeros estables, no interconvertlbles syn y anti
i figura 35*3), que sólo pueden interconvertirse por la
rrptura y nueva formación del enlace glucosídico. En
'anto que ambos confófineros están presentes en la
:.afvraleza, predominan los confórmeros anti, y es el
confórmero anti de los nucleótidos el que participa en
;l apareamiento de bases en los dos cordones del DNA
capítulo 38).
Figura 35-3. Los confórmeros sy, y anti de la adenosina
difieren respecto a su orientación alrededor del enlace
N-glucosídico.
.. .i...
Además de las bases principales, algunos DNA y RNA
específicos, tanto de procariotes como de eucariotes,
contienen cantidades considerablemente pequeñas de
purinas y pirimidinas adicionales conocidas como
"menores" o "poco comunes". Ninguno de los térmi-
nos es particularmente apto, debido a que estas bases
son funcionalmente importantes y por tanto, no de
menor importancia biológica, además de que se en-
cuentran ampliamente distribuidas en la naturaleza. La
5-metilcitosina (figura 35-4) está presente en el DNA
tanto humano como bacteriano. Bases adicionales
menores que se encuentran en el RNA de los seres
humanos, incluyen a la N6-metiladenina, Nó.,V6-
dimetiladenina y Nó,N7-metilguanina de1 RNA
mensajero (mRNA) (Figura 35-5), y varias bases
derivatizadas en el RNA de transferencia (IRNA).
Otras bases menores, por ejemplo la 5-hidrorime-
tilcitosina del DNA de bacteriófagos, se presenran de
manera exclusiva en los ácidos nucleicos de bactenas
y virus. Las bases poco comunes en el DNA 1,en
e1
RNA desempeñan importantes funciones en el reco-
nocimiento de los oligonucleótidos. y tienen una
función en la regulación de la vida media de1 RNA.
La presencia de bases nucleótidas metiladas específi-
cas permite a las DNAsas, que derlvan de la infección
por patógenos virales o bacterianos, distinguir entre
oligonucleótidos propios y extraños.
N
N
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OH OH
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gura 35-2. El tautomerismo de los grupos funcionales
:- 10 y oxo de purinas y pirimidinas.
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5-h¡drcx¡metilc¡toslna
Flgura 35-4. Dos pirimidinas no comunes que se presentan
de manera natural.
E--

490. 434 . Bioquímica de Harper (CLpítulo 3:
J"*-I
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D¡métilaminoeden¡na
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Figura 3F7. Metilxant¡nas
?F
,,_(x)
Cafefna
(1,3,7-trimetil-
xantina)
Teof¡lina
(f
,3-dimetil-
xant¡na)
Teobrom¡na
(3,7-dimetil-
xantina)
presentes en los alimentos
lace B-N-glucosídico
en N-9 (purinas) o N-l (piri-
midinas).
Los nucleótidos son nucleósidos
fosforilados
Los mononucleótidos son nucleósidos con una sola
fosforilación en los grupos hidroxilo del azúcar (f,rgu-
ra 35-9). Por ejemplo, el AMP (monofosfato de
adenosina) es adenina
-|
ribosa + fosfato. En el cuadro
35 I se enlistan las principales purinas y pirimidinas
y sus derivados nucleósido y nucleótido. El proceso
de modificación postraduccional de las bases de los
polinucleótidos preformados, puede generar bases
adicionales. En la pseudouridina, la o-ribosa está unida
al carbono cinco del uracilo por un enlace carbono-
carbono; su mononucleótido, el ácido pseudouridílico
(Y) surge por un reacomodo postraduccional del áci-
do uridílico en el IRNApreformado. De manera similar,
ei TMP (monofosfato de timidina, del inglés thymidine
monophosphare), el cual contiene ribosa en lugar de
desoxirribosa (figura 3 5 I 0), surge cuando el UMP, de
un tRNA preformado, se metila mediante la ,S-
adenosilmetionina.
Nomenclatura
Las abreviaturas A, G, C, T y U se refieren a ias bases,
tanto libres como formando parle de los nucleósidos o
nucleótidos, de adenina, guanina, citosina, timina y
uracilo, respectivamente. Cuando están presentes, e1
t
7-metilguanina
Figura 35-5. Dos purinas no comunes que se presentan de
manera natural.
Los nucleótidos presentes en estado libre en las
células, incluyen hipoxantina y xantina (figura 35-6),
que son intermediarios en el metabolismo de la adenina
y la guanina, y ácido úrico, que representa el producto
oxidado final del catabolismo de las purinas y que en
los seres humanos se excreta en la orina.
Las purinas metiladas de los vegetales
tienen prop¡edades farmacológicas.
Los vegetales contienen bases heterocíclicas adiciona-
les, muchas de las cuales son de interés farmacológico.
Los ejemplos incluyen a los derivados metilados de
xantina, como la cafeína (1,3,7-trimetilxantina) del
cafe, la teofilina (1,3-dimetilxantina) del té, y la teobro-
mina (3,7-dimetilxantina) de 1a cocoa (figura 35 7).
LAS PURINAS Y LAS PIRIMIDINAS
FORMAN NUCLEÓSIDOS
Y NUCLEÓTIDOS
Los nucleósidos cont¡enen
monosacáridos
Los ribonucleósidos adenosina, guanosina, citidina y
uridina, están formados de o-ribosa o 2-desoxi-o-
ribosa unida vía un enlace B-N-glucosídico
en N-9 de
una purina o N-1 de una pirimidina (f,gura 35-8). La
estructura de los 2'-desoxirribonucleósidos desoxiade-
nosina, desoxiguanosina, desoxicitidina, desoxiuridi-
nia, y (desoxi) timidina son similares, excepto que la
2-desoxi-o-ribosa en vez de la o-ribosa forma el en-
*h
N
\
N
H
lllpoxantina
{6-oxopur¡na)
Figura 35-6. Estructura
Xantina
(2,6-dioxopurina)
de hipoxantina y xantina.

491. Nucleótidos .
435
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OH OH
Guanoelna
Figura 35-8. Estructura de ribonucleósidos, representados como los confórmeros syn.
o"-tr'o
-o'to
UMP TMP
Figura 35-10. Ácido uridílico (UMP) y ácido timidílico (TMP).
prefijo "d" (desoxi) indica que el aácar es la 2'-desoxr-
o-ribosa, es decir, dGTP.
Los nucleósidos fosforilados en el carbono 3'- o 5'-
de la ribosa se denominan nucleósido 3'-monofosfatos
y nucleósido 5'-monofosfatos, respectivamente. Un
ejemplo es la adenosina 3'-monofosfato, o 3'-AMP
{figura 35-11). Sin embargo, el 5'-hidroxilo es el que
con mayor frecuencia se esterifica; por convención, el
"5'-"
se omite cuando se nombran los 5'-nucleótidos.
Por tanto, las abreviaturas como "UMP" o "AMP"
Jenotan nucleótidos en los cuales el fosfato está
:sterificado en el carbono 5 de la pentosa.
Los fosfatos adicionales unidos por enlaces tipo
:nhídrido de ácido al fosfato existente de un mononu-
I
*,-\
- A*/
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oil oH
cleótido, forman nucleósidos di y trifosfato, como ADP
(difosfato de adenosina, del inglés adenosine
diphosphate) y ATP (trifosfato de adenosina, del in-
glés adenosine triphosphate) (figura 35-12).
Los nucleótidos desempeñan diversas
funciones fisiológicas
Nucleótidos específicos participan en reacciones que
cumplen funciones fisiológicas tan diversas como la
síntesis de proteínas, la síntesis de ácidos nucleicos,
cascadas reguladoras y las vías de transducción de
señales intra y extracelulares. Ejemplos representati-
vos aparecen más adelante.
ffi
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A*/
I
),,"!
w
OH OH
Cltid¡na
OHI
AMP
35-9. Ácido adenÍlico (AMP) y ácido 2'-desoxiade-
(
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(dAMP).
Uridina
dAMP
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492. 436 . Bioquímica de Harper (Capírulo
-:
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I
-O-P=o
I
o-
3"AMP
Figura 3Fl 1. Adenosina 3'-monofosfato (3-AMP) y 2'-deso-
xiadenosina-5'-monofosfato (dAM P).
Los nucleósidos trifosfato
tienen un alto potencial
de transferencia de grupos
Los anhídridos de ácido, a diferencia del éster de fos-
fato, tienen un alto potencial de transferencia de grupos.
Et AGo para la hidrólisis de ambos fosfatos terminales de
todos los nucleósidos tifosfato es de cerca de 7 kcaUmol.
El alto potencial para la transferencia de grupos de los
nucleósidos trifosfato de las purinas y pirimidinas, les
permite participar como reactivos que transfieren gru-
pos en numerosas reacciones para formar enlaces cova-
Ientes. En estas reacciones, la ruptura de un enlace
anhídrido de ácido está acoplada a un proceso altamente
endergónico, como la síntesis de enlaces covalentes.
Un ejemplo importante es la polimerización de los
o- o o-/
I il t/
HO-P*O*P-O-P
il l li
oo*o
\*__*_______-J
Adenosina 5'-monofosfato (AMP)
#
Adenosina 5'-difosfato (ADP)
principales nucleósidos trifosfato para formar un ácr
do nucleico.
A. Derivados de adenosina
El ADP y el ATP son sustratos y productos, respecti-
vamente, de una fosforilación oxidativa, y el AIP sinre
como principal transductor biológico de energía libra
La concentración promedio intracelular de AIP, el
nucleótido más abundante en las células de mamífe-
ros, es de cerca de 1 mmol/L.
El fosfodiéster cíclico cAMP (3',5'-monofosfa¡o
de adenosina) se forma a partir del ATP en una reac-
ción cafalizada por la adenilil ciclasa (figura 35-13).
La actividad de la adenilil ciclasa está regulada pu
interacciones complejas, muchas de las cuales involu-
cran a los receptores de hormonas (capítulo 44). El
"segundo mensajero" cAMPparticipa en diversas fun-
ciones reguladoras en las células, es decir, regulación
de la actividad de la proteína cinasa dependiente de cAMP
Como molécula reguladora requiere, comparativamen-
te, muy poco cAMP, por consiguiente la concentración
intracelular del cAMP (cerca de 1 nmollI-) es de tres
órdenes de magnitud por debajo de la del AIP. Los ni-
veles de cAMP se mantie¡en por la interacción entre la
adenilil ciclasa y la cAMP fosfodiesterasa, que cataliza
la hidrólisis de cAMP a 5'-AMP (figura 35-13).
La adenosina 3'-fosfato-5'-fosfosulfato (fosfoade-
nosina fosfosulfato), o "sulfato activo" (figura 35-14)'
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3',5'-AMF clclico
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DTESTERASA I I
-t
5'-AMP
Figura 3S-13. Formación de cAMP a partir de ATP por me-
dio de la adenililciclasa e hidrólisis de cAMP en AMP por
medio de la cAMP fosfodiesterasa.
Adenos¡na 5'-trifosfato (ATP)
Figura 35-'12. ATP, su difosfato y su monofosfato.
f

493. Nucleótidos .
437
AMP
-P-P
(ArP)
Soo-
P-P
rñ
Y
Adenina
-
Ribos"
- @ -
O - SOr-
Figura 35-14. Formación de adenosina 3'-fosfato-S'-fos-
fosulfato.
es el donador de sulfato para la formación de proteo-
slucanos sulfatados (capítulo 57), y de metabolitos
urinarios de los medicamentos excretados como sul-
latos conjugados.
La ,S-adenosilmetionina (figura 35-15), es una
torma de metionina "activa" que sirve como un dona-
dor de metilos en las reacciones de metilación y como
una fuente de propilamina para la síntesis de poliaminas
rcapítulo 33).
B. Derivados de guanosina
I os nucleótidos de guanosina participan en la conver-
sión de succinil-CoA en succinato, que es una reacción
:coplada a la fosforilación, anivel de sustrato, del GDP
:n GTP. El GTR que se requiere para la activación de
.a adenilil ciclasa por algunas hormonas, sirve como
ln regulador alostérico y como una fuente de energía
:ara Ia sintesis de proteínas.
El GMP cíclico (cGMP; guanosina 3',5'-monofos-
-to; figura 35-16), es una señal intracelular o segun-
irr mensajero que puede actuar de manera antagónica
.l cAMP. El cGMP se forma a partir de GTP por la
suanilil ciclasa en una reacción análogaalacafalizada
:or la adenilil ciclasa. Ambas ciclasas están regula-
:ls por efectores que incluyen a las hormonas. Como
NHz
-/-t
(*A*)
COO- CH, ,CH: I
I t.7 I o I
cH- cH2- cHr-!'
t
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HO OH
\--*-Y---*-J
\.---r
Metionina Adenostna
Figura 35-1 5. S-adenosilmetionina.
Figura 35-16. 3',5'-guanosina monofosfato cÍclico (GMp
cíclico; cGMP).
para el cAMP, una fosfodiesterasa hidroliza al cGMp
a su 5'-monofosfato, el GMP. Un aumenro en 1a con-
centración de cGMP en respuesta a1 factor de relajación
derivado del endotelio, el óxido nítrico (\O. del in-
glés nitric oxide), sirve como el principal sesundo
mensajero durante los eventos que caracterizan Ia re-
lajación del músculo liso (capírulo 58).
C. Derivados de la hipoxantina
El ribonucleótido de la hipoxantina (IMP de1 inglés
hipoxanthine ribonucleotide), es un precursor de 1os
ribonucleótidos de purina (capítulo 36), se forma por
desaminación delAMP, una reacción que, en e1 tejido
muscula¡ forma parte del ciclo de los nucleótidos de pun-
na (figura 35-17). La aminación del IMP rtielr'e a ior-
mar AMP, en tanto que la desfosforilación del I\{P
forma el nucleósido inosina (ribósido de hipoxantina).
que es un intermediario en el ciclo de recuperación de
las purinas (capítulo 36).
D. Derivados del uracilo
Los derivados del UDP-azúcar, participan en la
epimerización de los azúcares como la interconr,er-
sión de glucosa 1 -fosfato y galactosa 1-fosfato. La LDP-
glucosa es el donador de glucosilo para la biosíntesis
de glucógeno y glucosil disacáridos; otros UDP-azú-
cares actúan como donadores de azicar para la
biosíntesis de los oligosacáridos de las glucoproteínas
y los proteoglicanos (capítulos 56 y 57). E1 ácido
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Figura 35-17. El ciclo de los nucleótidos de purina.
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Er,¡il-osr;ccrNAsA-]
+ PP;

494. Muchas coenzimas son der¡vadas
de nucleótidos
438. Bioquímica de Harper
glucurónico-UPD es el donador de ácido glucosídico
para las reacciones de conjugación que forman los
conjugados urinarios glucurónido de labilimrbina (ca-
pítulo 34), o fiírmacos como la aspirina.
E. Derivados de citosina
Para labiosíntesis de algunos fosfoglicéridos entejidos
animales se requiere CTP, en tanto que las reacciones
que involucran ala ceramida y CDP-colina, forman
esfingomielina y. otras esfingosinas substituidas (ca-
pítulo 26).
Muchas coenzimas incorporan nucleótidos así como
estructuras similares a nucleótidos de purina y
pirimidina (cuadro 35*2y capítulo 8).
Cuadro 35-2. Muchas coenzimas y compuestos
relacionados son derivados del monofosfato de
adenosina
(Capítulo 35)
Los nucleótidos son ácidos
polifuncionales
El pK de los grupos fosforilo primarios (pK cerca de
1.0) y de los grupos fosforilo secundarios (pK cerca
de 6.i) de mononucléotidos, asegura que los nucleó-
tidos tengan carga negativa a pH fisiológico' Por el
contrario, las bases libres de los nucleósidos de purina
o pirimidina no tienen carga elécttica a pH fisiológi-
co; sin embargo, pueden actuar como donadores o
aceptores de protones a valores de pH, 2 o más unida-
des separados de la neutralidad.
Los nucleotidos absorben
la luz ultravioleta
Los dobles enlaces conjugados de la base heterocíclica
de purinas y pirimidinas aseguran que los nucleósidos.
nucleótidos y polinucleótidos, absorban luz ulhavio-
leta. Su espectro depende del pH, debido a laprotonación
y desprotonación que afecta la distribución de las cargas.
Sin embargo, apH7.0,todos los nucleótidos comunes
absorben la luz auna longitud de onda cercanaa260 nm.
Por tanto, las concentraciones de nucleótidos y ácidos
nucléicos se expresan en términos de "absorbencia
a 260 nm". El espectro de los nucleótidos cambia a
medida que cambia el pH. El espectro depende del
pH, de esta forma aytrda en la identificación de nucleó-
tidos individuales. La luz ultravioleta es un mutágeno
potente, como consecuencia de la capacidad los
nucleótidos presentes en el DNA de absotter la luz
ultravioleta.
EOT¡DI
a ,1t ili
Los análogos sintetizados químicamente de las purinas
y pirimidinas, sus nucleósidos y sus nucleótidos, tie-
nen numerosas aplicaciones en medicina clínica y en
la investigación en ciencias médicas. La administra-
ción de un análogo en el cual se ha alterado el anillo
heterocíclico o el azicar, induce efectos tóxicos cuando
el análogo se incorpora a constituyentes celulares es-
pecíficos. Sus efectos reflejan 1 de 2 procesos: 1) inhi-
bición por el medicamento de enzimas específicas
esenciales para la síntesis de ácidos nucleicos, o 2) in-
corporación de los metabolitos del medicamento a los
ácidos nucleicos en los que afecta el apareamiento de
las bases, esencial para una transferencia precisa de la
información. En la farmacopea del oncólogo se inclu-
ye un grupo de análogos sintéticos de las purinas, las
pirimidinas y sus nucleósidos. Muchas aplicaciones
t
I
1
R-
-
CH,
* Reemplaa al grupo fosforilo.
1 B es un deriEdo de la ütamiB B.
o
I
-o-P-o*
I
o-
Adenina
Coenzima R R' R" n
Metionina activa Met¡on¡ña* H H o
H H 1
so.- H PO"'- 1
3',51AMP cíclico H Po"'
'I
t
H H 2
t
H 2
FAD t H H 2
t H PO"'- 2
L-

495. Nucleótidos .
439
clínicas explotan la función de los nucleótidos como
precursores de los ácidos nucleicos, y el hecho de que
cuando la célula estápróxima a dividirse, se replica su
DNA. Los ejemplos incluyen a los derivados S-fluoro
o S-yodo del uracilo o la desoxiuridina, los cuales sirven
como análogos de timina o timidina respectivamente
(figura 35-18). Ambas, la 6-tioguanina y la 6-mer-
captopurina, en las cuales los grupos tiol reemplazan
a los grupos hidroxilo en la posición seis, se usan am-
pliamente en Ia clínica. Los análogos como la 5- o
6-azauridina,5- o 6-aztcitidina, y la 8-azaguanina
(figura 35-19), compuestos en los cuales un átomo de
nitrógeno reemplazaa un átomo de carbono en el ani-
1lo heterocíclico, también se emplean en la clínica.
El análogo de la purina 4-hidroxipirazolopirimidina
(alopurinol), usados en el tratamiento de la hiperuri-
cemia y la gota, inhiben la biosíntesis de nuevas pwinas
y la actividad de la xantina oxidasa. El nucleósido
citarabina (arabinosil citosina; ara-C), en el cual la arabi-
nosa reemplaza a la ribosa, se usa en la quimioterapia
para el ciincer y en las infecciones virales (figura 35-20).
La azatioprina, la cual se cataboliza a 6-mercap-
topurina, se usa durante el transplante de órganos para
suprimir los eventos relacionados con el rechazo inmu-
nológico. Uno de los análogos con actividad antiviral,
1a S-yododesoxiuridina (véase antes), es efectivo en
el tratamiento de la keratitis herpética, que es una in-
fección de la cómea por herpes virus.
Figura 3$-19. 6-azauridina y 8-azaguanina.
Alopurinol
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s-yodo-2Ldesoxiuridina
6-mercaptopurina
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5-fluorourac¡lo
Arabinosil
c¡tosina
Azat¡oprina
Figura 35-20. 4-hidroxipirazolopirimidina (alopurinol), arabi-
nosil citosina (citarabina) y azatioprina.
(
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6tioguanina
:
gura 35-18. Análogos sintéticos selectos de pirimidina y
: -'rna.
ffi
Nr'a\-:\--'
rll
\-A

496. Los análogos sintéticos de nucleósidos no hidrolizables
proporcio-nan valiosos instrumentos para la investiga-
iiOn m¿¿ica. Estos análogos de los nucleótidos (figura
i5{) petniriten alos investigadores detetminar si los
;i."t";'d.los nucleósidos di- o trifosfato requierenla
trun fererrcia de fosforilos, o si sus efecto§ están me-
ááJá* pot
"r
u"oplamiento a sitios de unión específicos
en hs énzimas o en proteínas reguladoras'
410 . Bioquímica de HarPer
(Capítulo 3:
Mientras que se puede representar la fomación de ur
nucleótido como la etiminación de agua entre un pa:
de monómeros, en un medio acuoso la K", favorece
fuertemente la hidrólisis del fosfodiéster' Aunque estc
podtía sugerir que el enlace fosfodiéster presente e:
.t »N,t ti"r" una estabilidad insuficiente pataperr:.'
-
tir por largos periodos, sucede 1o contrado' Debid':
'
tu grun t u:t ..a energética de 1a reacción de hidróI'
'
.o"lu ur."rr.ia de cátálisis por medio de enzimas : '-
nocidas como fosfodisterasas, es un proceso ::- -
lento. ElDNApersiste porlargos periodos 1l
oul1 ::
-
-
detectado en fósiles. Sin embargo, efl preseflc': -:
.utatisls, la hidrólisis del enlace fosfodiéster es rl: --
pát
":.ápfo,
cuando se digieren los ácidos nucl¡ -
ir nÑe á. mucho menos estable que eI DNA' d: -
u qr.
"t
grupo 2'-hidroxilo del RNA funciona : -
uJnu"f.6nfo en la hidrólisis de sus enlaces 3
":
-'
fodiéster.
t_
El grupo 5'-fosforilo esterif,rcado de un nucleótido pue-
de esterificar un grupo funcional alcohol secundario
(-OfD, para formaiun diéster' Muy frecuentemen-
ie. este'sézundo
grupo
-OH
reside en la pentosa de
*i áálLr"iÁo,láo]pot
ejemplo, en el nucleótido cíclico
;Aüi:;i f;.ruto e.ta oouiemente esterificado en el
5ii'* r, pÁ*i"ión 5', y en el --oH en la posición 3'
d"i;;;;porción
dáia o-ribosa' De manera alter-
;;;i;;"yor
frecuencia), el segundo cruq:
-oH
"*ia
or"r.ot" en la pentosa de un segundo polinucléo-
,i¿".'B*t"
""g.aundinucleótido
en el cual elsegmento
;;ilñt;sí"*ta *i¿o por
1l1.enlac9
3,'.,+.s' fosfo-
ñé;;J;;;áa""
fotÁu el "esqueleto" de polinu-
cléotióos como eI RNA Y
eI DNA'
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Pu/PY-R- O-P- O- P-O-P-O-
rll
o- o- o-
Nueleósido lrifoslato madre
ooo
llllll--
PurPY -
n -O-P -
O -
P -CH2-P-
O-
rll
o- o- o-
Derivados P,.l-metileno
ooo
llllHll
Pu/PY -R-
O- P- O -P-N-
P- O-
'lll
o* o- o*
Derivados f],f imino
Fioura 35-21' Derivados sintéticos de los nucleósidos
ilf";á,";#rá. o" ll"u"r a
"abo
la liberación hidrolítica
^"i"",."
,.ino terminal. (Pu/Py una base de purtna o
Iii#iiiIá,"n. ;ú;;; á oeioxirrinosa ) se muestran los
Xlli,i"i.ii;t ii,t"táá lniororizante;
madre (parte superior)
;i;t ;;ñ;;;; no rri¿ rotizantes B-metileno
(parte central ) v
y-amino (Parte inferior)'
?:';i:i3*":1,";'3fi
'""jJ:3:x'¿T;ü jtffil
i:l:f,"iffi*,'jl?,.',::?l:;3i"13itiryiF.H
ios polinucleótidos. Por ejemplo, la termir'- : *
"*t "*o
con un 5'-hidroxilo libre o fosfon''::
El carácter individual de los polinucleótr: '
'
-
la secuencia de sus bases constitutir.as ''
-
estructura primaria' Existen algurta' : :- -
Dresentar la estructura primaria de lot p - '
Ln los siguientes ejemplos' P o p repr:"- -'
ce fosfodiéster, las bases se representa:. :
-
letra, y las pentosas por una línea r.efit;''
$$$.
POLINUCLEÓNDOS
La K.nfavorece la hidrólisis
del fosfodiéster
Los polinucleótidos
"áñ
ñtáótomoléculas direccionales

497. Nucleótido.s .
44 I
En donde todos los enlaces fosfodiéster son 5'-+ 3'.
es posible una notación más compacta:
pGpcpApTpcpA
La representación anterior implica que el 5'-hidroxilo
está fosforilado y el 3'-hidroxilo no está derivatizado.
En la representación más compacta, en la que se
muestra sólo la secuencia de bases, la terminal 5'-
se muestra por convención a la izquierda, y la termi-
nal 3'- se muestra a la derecha:
GGATCA
Los grupos amino- y oxo- de las purinas y pirimidinas,
) de sus derivados, existen como pares tautoméricos
-NH2/==NH)
o ceto y enol (-CHr-CHO/-
CH==CH-OH). En condiciones fisiológicas, predo-
ninan los tautómeros amino- y oxo-. Como sus deri-
''-ados,
los nucleótidos, las purinas y las pirimidinas
Jesempeñan diversas funciones. Los ácidos nucleicos
:ontienen, adernás de las purinas adenina (A) y guanina
G) y las pirimidinas cirosina (C), timina (T) y uracilo
U), trazas de derivados tales como 5-metilcitosina,
,<-hidroximetilcitosina, pseudouridina (Y), o bien va-
.ras bases N-metiladas.
Los nucleósidos contienen un monosacárido, con
rayor frecuencia la o-ribosa o la 2-desoxi-¡-ribosa
unidas al N- l (pirimidinas) o al N-9 (purinas) por un
enlace
B-glucosídico, predominando sus confórmeros
,syn. Los nucleótidos son ésteres de fosfato de los
nucleósidos. En 1os mononucléotidos, está esterificado
un sólo fosfato a un
-OH
del azlúcu. Cuando se nom-
bran los nucleótidos, el primer número localiza el
fosfato (3'-AMP,5'-GMP), aunque por lo general se
omite el 5'. La esterificación por el mismo fosfato de un
segundo
-OH
de1 mismo azúcar, forma los fosfo-
diésteres cíclicos cAMP y cGMP, que funcionan como
"segundos mensajeros" intracelulares. Los fosfatos adi-
cionales, unidos al pnmero por enlaces anhídrido,
forman nucleósidos di- y trifosfato. El segundo
,v ter-
cer fosfato de un nucleósido trifosfato tienen un alto
potencial para transferir grupos
1,
participan en la sín-
tesis de enlaces covalentes.
Los mononucléotidos unidos por enlaces fosfo-
diéster 3'-+ 5', forman polinucleótidos. que son
macromoléculas direccionales con distintas terminales
3'- y 5'-. En ausencia de fosfodiesterasas. que ca¡ahzan
su hidrólisis, los enlaces fosfodiéster son estables. en
particular los de los oligómeros de desoxirribonu-
cleótido. La secuencia de bases constltu)'e la
estructura primaria de los polinucléotidos. para
las
notaciones pTpGpTp o TGCATCA, el exrremo 5'- apa-
rece a la izquierda, y todos los enlaces fosfodrésre¡ son
3' -+ 5'. Algunos análogos sintéticos de las bases
púricas y pirimídicas se usan como agenres quimio-
terapéuticos contra el cáncer. I
REFERENCIAS
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of the Nucleic Acids, llth ed. Chapman &IJzll, 1,992.
Blackburn GM, Gait l/[.J: Nucleic Acids in Cfumistrt, &
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Sci Am 1992;269:92.
Saenger W: Prhcíples of Nucleic Acid Stntcütre. Spnngcr.
1 984.
,.
I
I
v.:

498. 36
Metabolismo de nucleótidos
de purina y pirimidina
VictorW. Rodwell, PhD
th¡TRoDUecl*tr¡
En este capítulo se hace referencia a la digestión, cata-
bolismo y biosíntesis de nucleótidos de purina y piri-
midina, y a ciertos padecimientos relacionados con los
defectos genéticos en dichos procesos.
I M PORTANC ¡R
gIOh,I
ED I CA
Aun cuando los humanos consumen una dieta rica en
nucleoproteínas, las bases púricas y pirimídicas dieté-
ticas no se incorporan de manera directa a los ácidos
nucleicos de los tejidos, sino que se biosintetizan a
partir de ácidos nucleicos, AIP, NAD*, coenzima A,
etc., y de intermediarios anfibólicos. Sin embargo, los
análogos de purina y pirimidina inyectados (incluyendo
1os medicamentos potenciales contra el cáncer), pue-
den incorporarse al DNA. La biosíntesis de oxipurinas
i'pirimidinas, y de los desoxirribonucleótidos (NTP y
dNTP), son eventos regulados de manera precisa por
mecanismos de retroalimentación que aseguran su pro-
ducción en cantidades y tiempos apropiados, que varían
de acuerdo con la demanda fisiológica (p. ej., división
;elular). Los padecimientos humanos que involucran
anormalidades en el metabolismo de purinas incluyen
:ota, síndrome de Lesch-Nyhan, deficiencia de adeno-
srna desaminasa y de la purina nucleósido fosforilasa.
' os padecimientos de la biosíntesis de pirimidinas son
nás raros e incluyen acidurias oróticas. Debido a que,
. diferencia de los uratos, los productos del catabolismo
1e la pirimidina son altamente solubles (bióxido de
-arbono, amoniaco y
B-aminoisobutirato),
se presen-
.:n sólo algunos trastomos clínicamente significativos
:¡ este catabolismo.
LAS PURINAS Y PIRIMIDINAS
NO SON ESENCIALES EN LA DIETA
Aunque los humanos ingieren ácidos nucleicos y
nucleótidos en su dieta, la sobrevivencia no requiere
de su absorción y utilización. Las personas y muchos
vertebrados pueden sintetizar grandes cantidades de
nucleótidos de purina y de pirimidirta de nor-o (es de-
cir, a partir de intermediarios anfibólicos).
Los ácidos nucleicos ingeridos
se degradan a purinas y pirimidinas
Los ácidos nucleicos liberados en el tracto gastrointes-
tinal, a partir de ácidos nucleicos y nucleoproteínas
ingeridos, se degradan a mononucleótidos por medio
de ribonucleasas, desoxirribonucleasas y polinucleo-
tidasas. Las nucleotidasas y fosfatasas hidrolizan los
mononucleótidos a nucleósidos, que son absorbidos o
degradados posteriormente por la fosforilasa intesti-
nal a bases de purina y pirimidina. Las bases de punna
son oxidadas a ácido úrico, que puede absorberse y
excretarse de manera subsecuente en la orina.
Mientras poca o ninguna cantidad de purina y
pirimidina de la dieta se incorpora a los ácidos nu-
cleicos tisulares, los compuestos administrados por vía
parenteral sí 1o hacen. Por ejemplo, la
l3H] timidina se
incorpora al DNA recién sintetizado,lo que propor-
ciona una técnica para medir la tasa de síntesis de DNA
in vivo e in vitro.
BIOSÍNTESIS DE NUCLEÓTIDOS
DE PURINA
Con excepción de los protozoarios parásitos, todas las
formas de vida sintetizan nucleótidos de purina y
a

499. 444 . Bioquímica de Harper
pirimidina. La síntesis apartir de intermediarios anfi-
bólicos procede a una velocidad controlada apropiada
para todas 1as funciones celulares. Debido a que la
demanda de nucleótidos trifosfato puede variar
-por
ejemplo, durante el crecimiento o cuando se regene-
ran los tejidos y las células próximas a dividirse- la
velocidad de biosíntesis de purinas y pirimidinas está
controlada por mecanismos intracelulares que detectan
y regulan el tamaño de las reservas de estos interme-
diarios de la síntesis de los ácidos nucleicos.
La comprensión de la vía biosintética para la
biosíntesis de nucleótidos y su regulación en los hu-
manos, se basa en investigaciones de los mismos
procesos en aves y Escherichia coli. En animales
uricotélicos (aves, anfibios y reptiles), los nucleótidos
efectúan funciones adicionales como precursores del
ácido úrico de las purinas, que es el producto final del
catabolismo del nitrógeno proteico (capítulo 31). La
excreción por las aves de grandes cantidades del áci-
do úrico se aprovechó en los primeros estudios de la
biosíntesis de purina. La administración de precurso-
res isotópicos a pichones, estableció la fuente de cada
átomo de una base púrica (figura 36-l), e inició el
estudio de reacciones e intermediarios de labiosíntesis
de purina. También se utilizó a las aves para la clona-
ción de genes que codifican a las enzimas de la bio-
síntesis de purinas, y las proteínas reguladoras que
controlan la velocidad de biosintesis de las purinas'
Existen tres procesos que contribuyen a la biosín-
tesis de nucleótidos de purinas; de acuerdo con su
impoftancia son: 1) síntesis apartir de intermediarios
anfibólicos (síntesis de novo);2) fosfonibosilación de
purinas; y 3) fosforilación de nucleósidos de purinas.
EL MONOFOSFATO DE INOSINA
(rMP) SE SINTETtZA A PARTI R
be rñrrnMEDIARtos ANFTBóLlcos
El monofosfato de inosina (IMP) es el nucleótido "pro-
genitor" a partir del cual se forma tanto AMP como GMP.
CO2 respiratorio
Glicina
/
(Capítulo 36
La síntesis del IMP a partir del intermcdiario anfiboli¡ -
o-o-ribosa-5-fosfato implica una secuencia linea1 o.
I I reacciones (figura 36-_2). Después, 1a via se ramii-re .
el1 una vía que conduce de IMP hacia AMP, y otra d;
IMP a GMP (figura 36 3).
A continuación, los nÍrmeros arábigos designar-
las correspondientes reacciones numeradas de las tt-
guras 36-2 y 36 3, y los números romanos designan :
las estructuras en la figura 36 2.
1) Además de ser el primer intermediario formadc
en la vía de novo para la biosíntesis de purinas.
el 5 -fosforibosil- 1 -pirofosfato (PRPP) (il). e.
-'+--..
un lñiérmédiario en la vía de recuperación de
las purinas, en la biosíntesis de NAD' y NADP .
y en la biosíntesis de nucleótidos de pirimidina
La síntesis de PRPP involucra la transferencta
de pirofosfato del ATP al carbono 1 de la cr-o-
ribosa-5-fosfato (l) y se cataliza por la PRPP
sintasa.
2) La síntesis de un en_lgqeN-glucoúdico ernplea giu-
tanJíñá c-omldquadar-ds nitrógeno y forma 1a
5 -fosfo- B-»-ri6liiiamina
(III). La réacción de
1a 5'-fosfor:ribosilglicinamida sintasa invierle la
configuración en e1 carbono anomérico de1 aá-
car de cx a p. La reacción es altamente favorecida
debido a que la hidrólisis del segundo producto
(pirofo sf-ato )
a orlofosfato inorgánic o, c ataliza-
da por la pirofosfatasa es una reacción altamente
exergónica.
3) La condensación de 5-fosfo-B-o-ribosilamina
(III) con 1a glicina fonna glicinamida ribosil-5-
fosfato (lV). En esta reacción, la glicina propor-
ciona 1o que serán los carbonos en las posiciones
4 y 5, y el nitrógeno en la posición 7 del IMP.
4) El carbono 8 del IMP se deriva del grupo for-
milo del M, M0-metenil-tetrahidrofolato, para
fotmar formilglicinamida ribosil-5-fosfato (V),
reacción cafalízada por la glicinamida ribosil-
5 - fo sfato formiltransferasa.
5) La transferencia a (V) del nitrógeno amida de la
glutamina, forma fomilglicinamidina ribosil-
5-fosfato (VI). Catalizada por la formilglicina-
midina ribosil-5-fosfato sintasa (sintasa VI),
esta reacción adiciona el átomo que llegará a
ser el nitrógeno{ilel IMP.
6) En la reacción catalizada por la aminoimidazol
ribosil-5-fbsfato sintasa (sintasa VII), la pérdida
de agua se acompaña por el cierre del anillo
para fbnnar la aminoimidazol ribosil-5 -fosfato
(VII). El evento inicial es la transfe-rgncia.del
fosiori(GFlJlilrícjú o¡p dqUtr. rt
subsecuente ataque nucleofilico por el nitrógeno
amino adya-cente, produce el ciere del anillo
y la liberación dc onoloslhto inorgánico.
7) La ad¡c,-lñTECol a'ómláñdé
"é1
atomo que
será el carbono 6 del lMP. La reacción,
Aspartato
\-z?>*--\.',
ll Bc
---'\ñffi-ii
/ - N1Nlc-metenil
ietrahidrofolato
Mo Jormil-
tetrahidro-
folato
V
Nilrógeno de amida de glutamina
Figura 36-'l . Fuente de los átomos de nitrógeno y carbono
del anillo de purina. Los átomos 4,5 y 7 (sombreados) deri-
van de la glicina.
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500. Metabolisnto de nttcleótidos de purinct r ¡tirímidina
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501. 446 . Bioquímica de Harper
(Capítulo 36t
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(lilP)
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Adenilsuccinato
(A!¡¡PS)
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llonofoslaüo de adenoslna
(ArrP)
I
NAD+]L/z H,o
NADH
mJw
+H*
"l i' e
I ¡t.'
catalizada por la aminoimidazol ribosil-5-
fosfato carboxilasa (carboxilasa \¡II), no requiere
de AIP ni de biotina y forma el qlllp!¡qidauol
carbo_xilato rihosi I -5-fesfato ( VI I I).
t¡ Iicondensación del aspartato con (VIII). catali-
zada por succinil carboxamida ribosil-5 -fosfato
sintasa (sintasa IX), forma aminoimidazol
succinil carboxamida ribosil- 5 -fo sfato (IX).
9) La liberación del grupo succinilo de (IX) como
fumarato, cafalizada por adeni'losuccinasa,
forma aminoimidazol carboxamida ribosil-5-
te hacer notar que las
'r Son
üé-itñv i erten,l-a-rerqitina e-.n -arginina
(figura 3l 14I
10) El carbono 2 del IMP se agrega en una reacción
que implica un segundo derivado del tetrahi-
drofolato y una segunda formiltransferasa. La
transferencia a (X) del grupo formilo del M0-
formil-tetrahidrofolato, forma formimidoimi-
dazol carboxamida ribosil-5 -fosfato (XI).
11) El ciene del anillo de (XI), catalizado por la IMP
ciclohidrolasa, forma el primer nucleótido de
purina, el monofosfato de inosina, el IMP (Xil).
Conversión det IMP en AMP Y GMP:
después de la síntesis de IMP, lavía se ramifica,
y dos secuencias de reacciones cortas conducen
a la formación de AMP y GMP (figura 36-3).
l2)Laadición de aspartato aI IMP forma adenilo-
succinato. La reacción de la adenilosuccinato
sintasa, aparentemente similar a la reacción 8,
requiere GTB así proporciona un enfoque
poiencial para la regulación de la biosíntesis
del nucleótido adenina.
13) La liberación de fumarato formando adenosina
5'-monofosfato (AMP), se cataliza por la
adenilosuccinasa,lamismaerzimaqtrccatzliza
la reacción 9.
14) La oxidación det IMP por el NAD*, catalizada
por la IMP deshidrogenasa, forma monofosfato
de xantosina (XMP).
15) La transamidación del grupo 6-oxo de la XMP
por el nitrógeno amida de la glutamina, procede
por analogía a la reacción 5.
LA TRANSFERENCIA DEL FOSFORILO
DEL ATP CONVIERTE A LOS
MONONUCLEÓTIDOS EN
NUCLEÓSIDOS DI. Y TRIFOSFATO
Los mononucleótidos AMP y GMP se convierten en
sunucleósido difosfato (ADPy GDP) mediante latrans-
ferencia del fosforilo del ATP catalizada por la
ADENILOSUCCINATO
SIÑTASA
\
(^U
\x{
fosfato
O
Glutamina Glutamato
o
A -N.
HN tl-
-\O-l-
,rt\
ArA*/
ArP
,,NA-*A*,/
H I lrur.rsauror¡¡¡sel l_^
R 5-@
R-5-(D
Monolosfato de xanlo§ina lronoloslato de guanosina
$rrP)
(GMP)
Figura 36-3. Conversión de IMP a AMP y GMP'

502. Metabolismo de nucleótidos de purina y pirimidina .
447
nucleósido monofosfato cinasa. El GDP así formado
se convierte en GTP por la nucleósido difosfato cinasa
a expensas de otroAIP (f,rgura 36-4). La conversión de
ADP en AIP se alcanza, principalmente, por medio
de la fosforilación oxidativa y secundariamente por
las reacciones de la glucólisis y el ciclo del ácido cítrico.
Los catalizadores multifuncionales
part¡cipan en la b¡osíntesis
de nucleótidos de pur¡na
En los procariotes, cada reacción de la figura 36-2 se
catalizapor diferentes polipéptidos. Por el contrario,
en los eucariotes la fusión genética ha originado
polipéptidos con múltiples funciones catalíticas. Para
la biosíntesis de purinas, tres catalizadores multifun-
cionales llevan a cabo las reacciones 3, 4 y 6; las
reacciones 7 y 8,y l0 y 11 respectivamente. La multi-
funcionalidad confiere algunas ventajas. Los sitios
catalíticos adyacentes facilitan la transferencia rápida
y completa de los intermediarios, y la fusión génica ase-
gura la producción de cantidades iguales de las dife-
rentes actividades catalíticas.
Los fármacos ant¡folato
o los análogos de la glutamina
bloquean la biosíntesis
de nucleótidos de purina
Los dos carbonos insertados en las reacciones 4 y 10
(figura 36-2) derivan delM,i/']0-metenil- y del M0-
formil-tetrahidrofolato. Mediante la inhibición de la
formación de compuestos tetrahidrofolato, se puede
bloquear la síntesis de purinas. Los compuestos inhibi-
dores y las reacciones a las que inhiben, incluyen la
azoserina (reacción 5), diazonorleucina (reacción 2),
6-mercaptopurina (reacción 13 y l4), y el ácido mico-
lenólico (reacción l4).
La deficiencia de pur¡nas
no es comÚn en los humanos
La deficiencia de purinas en los humanos se debe princi-
palmente a deficiencias de ácido fólico y, en ocasio-
nes, de vitamina B,r, cuando ésta se traduce en.una
deficiencia secundaria de 1os derivados de folato.
ATP ADP ATP ADP
LAS REACCIONE§
DE "RECUPERACIéN" COT,.IVIERTEN A
LA§ PURINAS Y SUS NTJCLEéSINOS
EN MCINONUCLEéTIDCIS
La conversión de purinas, ribonucleósidos de purina
y desoxirribonucleósidos de purina en mononucleóti-
dos, involucra a las llamadas reacciones de recupera-
ción que requieren mucho menos energía que la síntesis
de novo. Cuantitativamente, el mecanismo más impor-
tante es la fosforribosilación de una purina libre (Pu)
por la PRPP, formando una purina 5'-mononucleótido
(Pu-RP).
Pu+PP-RP'Pu-RP+PPI
La fosforribosilación de las purinas dependiente de
PRPP se cataliza por la adenina fosforribosilrransferasa
(convierte la adenina en AMP; figura 36-5) y 1a
hipoxantina-guanina fosforribosiltransferasa (.conlierle
la hipoxantina o guanina en IMP o GMP: fi-eura 36 6)
Un segundo mecanismo de recuperación incluye
la fosforilación directa de un ribonucleósido de punna
(PuR) mediante AIP:
PUR+ATP)PuR-P+ADP
La adenosina cinasa cataliza la fosforilación de la
adenosina a AMP o de la desoxiadenosina a dAMP.
La desoxicitidina cinasa fosforila la desoxicitidina,
desoxiadenosina y 2'-desoxiguanosina a dCMP. dAMP
y dGMP, respectivamente.
El hígado de los mamíferos, sitio princrpai de 1a
biosíntesis de nucleótidos de purina, proporciona purinas
y sus nucleósidos para la recuperación y utilización en
tejidos incapaces de llevar a cabo su biosíntesls. Por
ejemplo, el cerebro de los humanos tiene un nivel bajo
de PRPP amidotransferasa y, por tanto, depende en
parte de las purinas exógenas. Los eritrocitos v leuco-
citos polimorfonucleares no pueden sintetizar S-fos-
forribosilamina, por lo que utilizan purinas exógenas
para formar los nucleótidos. Sin embargo, los linfocitos
periféricos poseen una baja capacidad para sintetizar
purinas denovo.
AMP
Figura 36-5. Fosforribosilación de adenina, catalizada por la
adenina fosforribosiltransferasa.
I
fu4onofosfato de V
Difosfato o" \-
/
,rifosfato de
nucleósido nucleósido nucleósido
lcrNASAl lcrNASAl
Figura 36-4. Conversión de monofosfatos de nucleósido en
:ifosfatos de nucleósido y trifosfatos de nucleósido.
NH,
*l---\,,
* (=^,Ar)
o-H,i' I-l
.o. I
tr, ;,
,H,
OH OH

503. 448 . Bioquímica de Harper (CapítLto 36)
ol
-l
----l+---
t '..
PHPP t.
6)I*--^ '.:+ kr. ,.
S-fosforribosilamina '. I
I \l
lrt
t:i
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I l\,
* ;l
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I I ;;"
llt¿l
+ + .'..' :
AMP GMP
,,
i 1..,
ADP GDP
il
ATP GTP
§
^./\
\-
(
**\, **A-a\.,
H,r.r
/---* A *7
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\.-* A
T7
Guanina
PnPP
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I .o.'l
f- ;)
*H,
,T\','-(
)''
-T)
\*^H)'
=*A,."
Hipoxantina @-o-ur9
I;I
l.o. l
V\
l\H H/l
rH*
OH OH
IMP
R¡bosa s{osfato + ATP
Figura 36-7. Control de la tasa de síntesis de novo de nucleó-
tidos de purina. Las líneas continuas representan el flujo de
metabolitos, y las segmentadas muestran la inhibición por
retroalimentación (O) por porductos finales de la vía. Las
reacciones 0 y @ son catalizadas por la PRPP sintasa y por
la PRPP glutamil amidotransferasa (figura 36-2), respecti-
vamente.
síntesis de purinas; se inhibe por retroalimentación por
los nucleótidos de purina, en particular el AMP y el
GMP, en forma competitiva con eI PRPP (figura 36-7).
Sin embargo, la regulación de la síntesis de purinas
mediante la amidotransferasa, probablemente es de me-
nor importancia fisiológica que la regulación de la
PRPP sintasa.
El AMF y GMP regulan su fornnación
a partir de IMP por retroalimentación
Dos mecanismos regulan la conversión de IMP a GMP
y AMP (figura 36-8). El AMP regula por retroalimen-
tación a la adenilosuccinato sintasa, y el GMP inhibe
a la IMP deshidrogenasa por retroalimentación. Ade-
más, la conversión del IMP a adenilosuccinato en la
víahaciaAMP, requiere de GTR y la conve¡sión de
xantinilato (XMP) en GMR requiere deAIP. Laregu-
lación cruzada entre la vías del metabolismo de IMP
sirve para disminuir la síntesis de un nucleótido de
purina cuando existe deficiencia de otro nucleótido.
EI AMP y el GMP también inhiben a la hipoxantina-
,
I
I
I
I
I
(-)
tl
t\
OH OH
GMP
Figura 36-6. Fosforribosilación de la hipoxantina y guanina
para formar IMP y GMP, respectivamente. Ambas reacciones
se catalizan por la hipoxantina-guanina fosforribisltransferasa.
LA BIOSINTESIS HEPATICA
DE NUCLEÓTIOOS DE PURINA
SE REGULA DE MANERA ESTRICTA
El volumen de depósitos de PRPP
regula Ia biosíntesis de nucleótidos
de purina
Debido a que la biosíntesis de IMP a partir de interme.
diarios anfibólicos consume glicina, glutamina, derivados
del tetrahidrofolato, aspartato yATP, es imperativo que
la célula regule la biosíntesis de purina. La principal
determinante de la tasa general de biosíntesis de
nucleótidos de purina es la concentración de PRPP;
éste es un parámetro que refleja las tasas relativas de sín-
tesis utilización y degradación pe PRPP. La tasa de
síntesis de PRPP depende de ld disponibilidad de la
ribosa S-fosfato y de la actividad¡de la PRPP sintasa,
que es una enzima sensible tanto a
\concentración
de
fosfato como a los ribonucleótidos de pi.rina que actuan
como sus reguladores alostéricos (figura 36-7).
-
EIAMP y el GMP regulan
por retroalimentación a la PRPP
gl utamilamidotransferasa
La PRPP glutamilamidotransferása (reacción 2, fr.gu-
ra 36-2), es la primera enzima dedicada sólo a la

504. Metabolismc¡ de rutcleótidos de purina y pirimitlina .
419
reducida producida en una reacción catalizada por la
NADPH:tiorredoxina reductasa (figura 36 9).
La redr.rcción de difosfato de ribonucleósido (NDp)
a diloslato de desorirribonucleósido (dNDp.¡ esrá su-
jeta a una compleja regulación (figura 36 l0), la cual
alcanza una producción balanceada de desoxir:ribonu-
cleótidos para la síntesis de DNA.
I
'----AMp
i
ADP !' cDP
| ;i
I
f t '.
t
ATp--
.-----otp
Figura 36-€. Regulación de la interconversión de lMp a nucleó-
tidos de adenosina y de guanosina. Las líneas continuas
representan el flujo de los metabolitos, y las segmentadas
muestran lq regulación por retroalimentación positiva (@) y
negativa (Q).
guanina fosforribosiltransferasa (convierte a la hipo-
xantina y guanina en IMP y GMP; figura 36-6).
LA REMUCCIÓN DE F,¡EP TÜRMA dNDF
La reducción en el carbono 2' de los ribonucleótidos
de purina y pirimidina, catalizadapor el complejo de
la ribonucleótido reductasa (figura 36 9), forma los
difosfatos de desoxirribonucleósido (dNDp). El com-
plejo de enzimas es activo sólo cuando las células están
sintetizando DNA de manera activa para prepararse
para la división celular. La reducción requiere tiorre-
doxina (un cofactor proteínico), tiorredoxina reductasa
,una flavoproteína) y NADPH (y en ciertas bacterias,
aunque no en los mamíferos, cobalamina o vitamina
B,,). El reductor inmediato del NDP es la tiorredoxina
BIOSÍNTESIS DE NUCLEÓTIDOS
DE P¡RIMIDINA
La biosíntesis de nucleósidos de purina ¡ pirimidina
comparte algunos precursores comunes: pRpp,
glutamina, COr, asparlato y. para 1os nucleótrdos de
tirnina, derivados del tetrahidrofolato, Srn embargo.
mientras que el fosfato de ribosa es ,-,n re.ctante ,ni-
cial en la síntesis de nucleótidos de purina {f,rgLu.a
36 2),la unión del segmento de fosfatcr de nbosa al
N-3 de una base pirimídica, ocurre mucho después que
en la biosíntesis de purinas (hgura 36-1 1 ).
1) La biosíntesis de pirimidtna se inrcja con ia
formación, a partir de glutamtna. \Tp r CO.,
de fosfato de carbamoilo. Esta reacción se ca-
talizapor la carbamoil fosfato srnrasa II cito-
sóIica, una enzima distinta de 1a carbamoil
fosfato sintasa I mitocondrial que participa en
la síntesis de la urea (l'rgura 31-ll) De esta
2'dADP
---{.@
Figura 3F10. Regulación de la reducción de ribonucleótidos
de purina y pirimidina a sus respectivos 2'-desoxirribonu-
cleótidos. Las líneas continuas representan el flujo químico,
las segmentadas muestran la regulación positiva (O) y ne-
gativa (@) por retroalimentación.
Difosfato dé
ribonucleósido
Difosfato de
2'-desoxirribonucleósido
:gura
36-9. Reducción de difosfatos de ribonucleósido a
:':sfatos de 2'-desoxirribonucleósido.
Tiorredoxina Tiorredoxina
reduc¡da oxídada
FronREDoxrNn I
lReoucusnl /
=7
,/\
/\
/\
NAñD+ ilt^ñp! - H+
ADP
I
I
L
t-
(-)
lt
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II\
GDPfiI-+ 2',dcDP
----.@
I
I
-- -A- -
\v'.
,v/^
, /+-(+)---
tl\
I
CDP------.r-----+ 2'dCDP
-
266Tp
tAtl
9rr9k9
I
>-ATP

505. 450
.Bioquímica de Harper
(Capítulo 361
CO2+Glutam¡na+ATP
NADPH + i} NADP*
\@/
Fosfato de .. Acido
P
carbamoil -t- asoártico
(cAP)
I DTHIDRo- I l.l
i
IoRATASA I
HN.t-CH,.-
-4""-il-l{"oo-
I
i
Ácido
NAp*\l*n1$;Bxi*
-lorHlonoonornrol I
1-trr§!r9¡99E!r§rl L-
NADn. H71 @
12
I
o
mm^-
§imffisü#ttffi5vr¡,
MffiWffi- l
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-,
H
Ácido aspártico
de carbamoilo
{cAA)
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PP¡ PRPP
Io/\@
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fili._-r- oRofl-ro I
I rosronnraosrr-
|
I
TRANSFERASA
I
o
,*A
lll
officoo-
Aiido ofórico
---lo-§--
dUDP (difos{ato de de§oxiuridina)
6*'o
ñ*,
dUMP
_j:alr-
cruramina
[rr*]-_J*I" I
(
ns,N'o uerireno H¿ roraro
| .,,8IL^ I [^ I
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{-¡,tr' d x,.
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á-s-@-@-@ oñ-s-@
-r,r.,
-
.crP
rMP*
Yo::g,rÍ:,,',;-,,
Figura 36-11. Vía biosintética de nuóléótidos de pirimidina
forma, la compartimentalización proporciona
pozas independientes de fosfato de carbamoilo
para cada proceso.
2) La condensación del fosfato de carbamoilo con
aspartato forma carbamoilo aspartato en una
reacción catalizada por Ia aspartato transcarba-
moilasa.
3) El ciene del anillo por pérdida de agua, catalizada
por la dihidroorotasa, forma ácido dihidroorótico.
4) La sustracción de hidrógenos de C-5 y C'6 por
el NAD*, introduce un doble enlace, formando
'ácido
orótico, una reacción cafalizada pot la
dihidroorotato deshidrogenasa mllocondrlal.
Todas las otras enzimas de la 6iosíntesis de
pirimidina son cltg$iüces'
5) La transferencia de una parte del fosfato de ribo-
sa apartir del PRPP, formando monofosfato de
orotidina (OMP), se cataliza por la orotato
>'A c^i7t,^o
I fl),r

506. Metabolismo de nucleótidos de purina y pirimidina .
451
fosforribosiltransferasa. La formación del enla-
ce B-N-glucosídico es análoga a las reacciones
de transrribosilación de la figura 36-6. Sólo en
la penúltima reacción de la síntesis de UMP el
anillo de pirimidina se fosforribosila.
6) La descarboxilación del orotidilato forma mono-
fosfato de uridina (UMP), que es el primer
ribonucleótido de pirimidina verdadero.
7, 8) La transferencia de fosfato del AIP produce
UDP y UTP en reacciones análogas a las de la
fosforilación de los monofosfatos de nucleósi-
dos de purina (figura 36 4).
9) EI UTP se amina a CTP por la glutamina y el AfP.
10) La reducción de los difosfatos de nucleósido
(NDP) a sus coffespondientes dNDP involucra
reacciones análogas a las de los nucleósidos de
purina (figuras 36 9y 36-10).
I l) El dUNP puede aceptar un fosfato del AIP, for-
mando dUTP (no se muestra). Como el sustrato
para la síntesis del monofosfato de timidina
(TMP) es el dI-MP, el dUDP se desfosforilapara
originar dUMP.
12) La metilación del dUMP en C-5 mediante el
. Ns,Mo-metilen-tetrahidrofolato, catalizada por
1
la timidilato sintasa forma monofosfato de timi-
r dina (TMP).
Las proteínas multifuncionales
catalizan las reducciones iniciales
de la biosíntesis de pirimidina
En los humanos y otros animales, 5 de las 6 enzimas
de la biosíntesis de noyo de las pirimidinas están or-
ganizadas como polipéptidos multifuncionales, más
que como enzimas distintas. La única excepción es la
dihidroorotato deshidrogenasa (reacción 4). Un solo
gen codifica a la CAD, un polipéptido de 220 kDa que
;ontiene las primeras tres actividades enzimáticas: car-
':amoil fosfato sintasa (CPS), aspartato transcarbamoi-
lasa (ATC) y dihidroorotasa (DHO). La llamada CAD
'por las siglas iniciales de CPS,,4TC, ,HO), es una
:nzima multifuncional que consta de tres distintos
lominios catalíticos conformados en el orden NHr-
)HO-CPS-ATC-COOH. La estrecha relación entre
:stas actividades asegura que casi todos los fosfatos
:e carbamoilo formados por la AIC, conocida como
{TC-II para distinguirla de la AIC-I que funciona en
,¿ biosíntesis de urea (capítulo 3l) se canalicen a la
: rosíntesis de pirimidina. Una proteína análoga bifun-
::onal, la UMP sintasa, contiene las actividades para
.: oratato fosforribosil transferasa (reacción 5) y la
:otidina 5' -monofosfato descarboxilasa (reacción 6).
LOS RIBO. Y
DESOXIRRI BON UCLEÓS¡OOS OE
URAC¡LO Y CITOSINA SE RECUPERAN
Mientras que las células de mamíferos recuperan al-
gunas pirimidinas libres, las reacciones derecuperación
convierten dos ribonucleósidos de pirimidina (uridina
y citidina) y dos desoxirribonucleosidos (timidina y deso-
xicitidina) a sus respectivos nucleótidos (figura 3G-12).
La 2'-desoxicitidina se fosforila por la desoxicitidina
cinasa, una enzima que también fosforila a la desoxigua-
nosina y a la desoxiadenosina. La orotatofosfonibosil
transferasa (reacción 5, figura 36-11), una enzima de
la síntesis de nucleótidos de pirimidina, recupera áci-
do orótico por su conversión en OMP.
El metotrexato bloquea la reducc¡ón
del dihidrofolato
La reacción 12 dela figura 36-11 es la única reacción
de la biosíntesis de nucleótidos de pirimidina que re-
quiere un derivado de tetrahidrofolato. Durante el
proceso de transferencia, el grupo metileno de la t4
M0-metilen-tetrahidrofolato se reduce a un grupo
metilo, y el transportador de tetrahidrofolato se oxida
a dihidrofolato. Para que la síntesis continúe, el dihi-
drofolato debe reducirse a tetrahidrofolato en una
reacción catalizada por la dihidrofolato reductasa. En
consecuencia, las células en división que necesaria-
mente generan TMP y dihidrofolato, son especialnente
Desox¡citidina
Figura 36-'12. Reacciones de la cinasa de nucleótidos de
pirimidina, responsables de la formación de monofosfatos
de nucleósidos de pirimidina.
ATP
ATP
ADP
ADP
rimidina '
'rr,,
l-.ryery§ry§Ll
dCMP
CINASA

507. (Capítulo 361
452 ' Bioquímica de HarPer
sensibles a los inhibidores de la dihidrofolato reductasa'
Uno de estos inhibidores es el fármaco anticanceroso
ampliamente usado, metotrexato'
Ciertos análogos de la pirimidina.
son sustratoJde las enzimas de la
biosíntesis de nucteótidos de pirimidina
Como la orotatofosforribosiltransferasa'
no puede
usar como sustratos a las bases normales de pirimidina'
catalira la conversión dcl medicamento alopurinol (4-
hidroxipirazolopiramidina)
en un nucleótido-en el que
Li ilUorittottuto está unido at N- 1 del anillo de pirimi-
dina del alopurinol. El medicamento anticanceroso
S-fluorouracilo también se fosforribosila por la oro-
tato fosforribosiltransferasa'
REGULACIÓN DE LA 9psíNrESlS''---DELos
nucLEÓlDos
DE PIRIMIDINA
Nucleótidos
de purina
t
CAA
\
DHOA
I
OA
PHPP-=-f
OMP
/
UMP
,t/
r UDP
'--
crp , '- tJlpa
,l
t
UDP
rDP /
dUDP
- TMP./
La expresión genética y
la
actividad
enzimát¡ca están reguladas
Las primeras dos enzimas de la biosíntesis de los nu-
á"Oii¿ot de pirimidina son sensibles a la regulación
atostérica, y ias primeras tres, y las últimas dos enzimas
de la vía, se regulan a nivel genético aparentemente
por represión y-desrepresión coordinadas' La carba-
moil fosfato sintasa II (reacción 1, figura 36-11) se
inhibe por UTP y por los nucleótidos de purina' pero
se activapor PRPP (figura 36-13)' La aspartato trans-
carbamoilasa (reacción 2, figura 3G-11) se inhibe por CTP
y se activa por AIP, un ejemplo clásico de alosterismo'
La biosíntes¡s de nucleótidos de purina
y pirimidina está regulada de manera
coordinada
Mol por mol, la biosíntesis de pirimidinas es paralela
a ta áe purinas, 1o que sugiere un control coordinado'
AlgunÁ sitios deregulación cruzada son características
deía biosíntesis de nucleótidos de purina y pirimidina'
La reacción de la PRPP sintasa (reacción 1' figura 3G2)'
que sintetiza un precursor esencial para ambos proce-
üs, está sujeta ainhibición por retroalimentación tanto
poitot nu"l"ótidot de purina
"9ao-Lol
los de pirimi-
al.ru, y se activa por medio de la PRPP'
Figura 36-13. Control de la síntesis de nucleótidos de pirimi-
dina. Las lineas contlnuas representan el flujo de metabolitos
las segmentadas representán la regulación positiva (@) y
negatiia (O) por retroalimentación'
LOS HUMANOS CATABOLTZAN LAS
Fúññns A ÁclDo únlco
Los humanos convierten los principales nucleósidos
áe p,rrina, adenosina y guanosina, en ácido úrico a tra-
vés de los intermediarios y reacciones que se muestran
"nlu
tigu.u 36-14.La adLnosina se desamina inicial-
áL"t" i inosina por la adenosina desaminasa' La
iáiiotOf isit de los ánlaces N-glucosídicos de la inosina
v quanosina, se cataliza por la nucleósido de purtna
ioiioritutu, se libera ribósa l-fosfato y una base de
;i;^. Posteriormente, la hipoxantina y la guanina for-
Lun *untlnu en reacciones iatalizadas por Ia xantina
oxidasa y la guanasa respectivamente' La x.antina for-
-uáu
t"t*iáa a ácido úiico en una segundareacción
""rALu¿upot
la xantina oxidasa' De esta forma' la xantina
oxidasa proporciona un sitio potencial para la interven-
.iJ, zuÁ^"trógica en los pacientes conhiperuricemia
y gota (véase desPués)'
t
PRPP
* -.
---l
ol
,' Rrp + Ribosa
5-tosfato
ATP + CO2
+ Glutamina

508. Metabolismo de nucleótidos de purina y pirimidina .
453
W
T,Y)
--*^T
I
Ho-H2c
i
kr§
uH*
OH OH
Adenosina
HO- H2C HO* H2C
OH OH
Guanosina
K-,oo."
1-rosrato
HN ,T \
, tt \
*.1 m\-*A*l
G¡anina
HrO+O211
-
t xANrNÁl
/ | oxroasn
l
a"o"/l
*
tro-al
[ADrJ.¡oslNA-l
I I
oeserulnase
I
**¡-l
OH OH
lnosiha
'-.1
aiuosa r-tostaro zJ
3
**í*>-ft
ll tso
oA¡6r-ftá
Ár:ido úrico
36-14. Formación del ácido úrico a partir de nucleósidos de purina por la vía de las bases de purina, hipoxantina,
y guanina. Los desoxirribonucleósidos de purina se degradan por la misma vía catabólica y enzimas, todas ellas
en la mucosa del tracto gastro¡ntestinal de los mamÍferos.
I
o
.lt
urv-
-Y-
-t-'- ]l-
HzN
N
r\
*/
DE
DE
DE

509. (Capítulo 3¡
454 ' Bioquímica de HarPer
La excreción neta del ácido úrico total en personas
sanas es, en promedio, de 400 a600 mgl24 h' Muchos
compuestosiarmacológicos
y naturales influyen en la
absoición y la secreción renal de urato de sodio' Por
ejemplo, iltas dosis de aspirina inhiben,de manera
ámietitiva tanto la excreción como la reabsorción de
urato.
En mamíferos, distintos de los primates superio-
res, la enzima uricasa degrada el ácido úrico, formando
alantoína, que es un producto final altamente hidroso-
luble (figuia 36-15i' Sin embargo, debido a^que los
humanos no cuentan con uricasa, el producto final del
catabolismo de purinas es el ácido úrico' Los anfibios'
aves y reptiles también carecen de uricasa y excretan
¿ci¿o ¡rico y guanina como productos finales del
catabolismo de las Purinas.
Como para cualquier ácido débil, las proporciones
relativas del ácidó débil no disociado, el ácido úrico y
su base conjugada, el urato, dependen del pH' Aquí
sólo es n"."tuiio considerar la disociación del primer
protOn (PKr = 5.8), debido a que el pK2 del segundo
protOn
"i
A" tO.¡, un valor muy por arriba de los lí-
quidos fisiológicos. De esta manera. só1o el ácido úrico
y ta sat de uraio monosódico se presentan en los líqui-
dos del organismo.
Los uratos son mucho más hidrosolubles que el
ácido úrico. La orina con un pH de 5, puede disolver
sólo un décimo del total de uratos (15 mg/dl)' en tan-
to que la orina con un pH de 7 disuelve mucho más
(15'0 a 200 mg/dl), y el pH normal de la orina está por
debajo de 5'8. Los cristales en el tracto urinario son
uratos de sodio en cualquier parte del túbulo proximal
al sitio de acidificación de la orina (túbulos distal i'
colectores), pero son de ácido úrico en los sitios
distales. »áUl¿o a que los cálculos del sistema colec-
tor urinario están compuestos del ácido úrico' la
formación de cálculos sé puede reducir por medio de
la alcalinización de la orina.
LA GOTA ES UN TRASTORNO
rr¡rinaÓllco DEL cATABoLlsMo
DE PURINAS
En la hiperuricemia, las concentraciones séricas de
uratos eiceden el límite de solubilidad' La crista-
lizació¡ del urato de sodio en tejidos blandos .v
articulaciones, forma depósitos llamados tofos' que
causan una reacción inflamatoria, artritis gotosa agu'
da, la cual puede progresar a artritis gotosa crónica
ia'visualización üajo el microscopio de luz polariza-
áa de cristales en fórma de aguja con birrefringencia
negativa de urato de sodio, en el líquido sinovial' es
áiigrOstico de gota. Los cristales aparecen de color
urníiffo cuando-su eje mayor es paralelo al plano de
ia tuz polarirada y azfu cuando es perpendicular a ella
Los métodos isotóPicos miden los
depósitos miscibles de uratos
Se puede medir la dilución del ácido úrico [15N] admi-
nisirado por vía intravenosa, para calcular los
depósitos miscibles de uratos' En hombres sanos'
esios depósitos tiene en promedio 1 200 mg' y 600 mg
án -r¡"i",
adultas sanai, peto tiene márgenes desde
2 000;4 000 mg en pacientes con gota sin tofos' y tan
altos como 30 0ó0 mg en personas con gota con tofos
graves.
OTROS TRASTORNOS DEL
CATABOLISMO DE LAS PURINAS
En tanto qoe los estados de deficiencia de purinas no
son freculntes en los humanos, son característicos
numerosos trastornos genéticos del catabolismo' En
el cuadro 36-1 se resumen los principales síntomas 1'
iospatrones hereditarios de algunos padecimientos del
catabolismo de las purinas. Las hiperuricemias se pue-
den diferenciar basándose en si los pacientes excretan
cantidades normales o excesivas (más de 6C0mgl24hr
de uratos totales (cuadro 36-2)' Mientras algunas hi-
peruricemias reflejan defectos en enzimas específicas'
tt u, ,on secundaiias a padecimientos como cáncer o
psoriasis, que aumentan el recambio tisular'
&-il,
HNY\
III FO
oAuA¡¡/
§H
Ácido rlrlco
ffi4
o--
-ft.
H,N -C'
\
'rFo
rl-/
o- N-H-N'
HH
Alántoína
Figura 36-15. Conversión del ácido úrico en alantoína La
reácción no se presenta en los humanos'
["
I
I
:.

510. Metabolismo cle rutcleótidos de purina y pirimídina .
455
Cuadro 36-1, Trastornos hereditarios del metabolismo de purinas
y las anormalidades enzimáticas asociadas
Trastornos Enzima defectuosa Naturaleza del defecto
Característ¡cas del
trastorno clínico
Patrón h¡editario
Gota PRPP sintetasa. Superacüva (V,* aumen-
tada).
Sobreproducción y sobre- I
Recesivo ligado a X.
excreción de purinas.
:
Gota PRPP s¡r¡tetasa. Resistencia a la inhib¡ción
por retroal¡mentación.
Sobreproducción y sobre- , Flecesi\o ligado a X.
excreción de purinas.
i
Gola PRPP sintetasa. K, baja para la ibosa 5'-
fosÍato.
Sobreprodtoción y sobre- : P robablemente recesivo
ocreción de puinas.
';
l¡gado a X.
Gota HGPRTasa.x Defrciero¡a parcial. SobreprodLoción y sobre- . Recesiw ligado a X.
excreción de puinas.
S únd rome de Lescll-NyhanHGPRTasa.* Def¡ciencia completa. Sobrep roducción y sob re-.
excreción de puriras, auto-
mutilación.
l
:Tecesiw ligado a X.
trnunodeficierrcia Adenosina desaminasa. Defrc¡eroia sewra. lnmunodefieiencia com- I Autosómico recesiw.
binada (células T y B), de-
:
soiaderasinuria.
I
tvnuradeficieraia Fostorilasa de nucleósi-
dos de purina.
Deficiencia severa. Deficiencia de células I
inos¡ nuria, desox¡rns¡nu-
ria, guarasi nuria, desort-
guanos¡ nur¡ a, hi pourice-
mia.
Autosómico reces¡w.
Litiasis renal Ad e ni na fo sfo ni bo si ltrans-
ferasa.
Defrcierrcia completa. L¡t¡asis renal por 2,g-dihi-
drox¡adenina.
Autosóm¡co rccesiw.
Xantinuia Xantina oxidasa. Deficiencia completa. Litiasis renal por xant¡na,
h¡pouricemia.
Autosóm¡co recesiw.
HGPRTaSa
= hipoañna{uanina tosforibosiltrarsfensa (fr gura 06-ó).
:1
síndrome de Lesch-Nyhan es una hiperuricemia por
I lbreproducción con frecuente litiasis del ácido úrico
.. un síndrome bizano de automutilación; se debe a un
:efecto en la hipoxantina-guanina fosforribosil
Iransferasa (HRPT), una enzima de recuperación de
: rrinas (figura 36-6). El aumento concomitante en la
iRPP intracelular, la cual no interviene en la recupe-
::rión de purinas, deriva en la sobreproducción de
: irlnas. Las numerosas mutaciones disminuyen o aba-
:::i la actividad de la HPRT. Las mutaciones que se
:.:n detectado incluyen pequeñas o grandes deleciones,
Cuadro 36-2. Clasificación de los pacientes
con hiperuricemia
--c¡eción
normal de urato; trastorno renal responsable del urato
Érico elevado.
fxcreción excesiva de urato debido a sobreproducción.
l- Secundario a otro padecimiento, por ejemplo, cáncer, psorias¡s.
! Defectos enzimáticos conocidos, responsable de sobreproducc¡ón.
1. Anormalidades de la PRPP sintetasá.
2. Def¡ciencias de la hipoxantina-guanina fosforribosiltransferasa.
3. Deficiencias en la glucosa 6-fosfatasa.
: Defectos no reconocidos.
mutaciones, corrimiento de la lectura del DNA, susti-
tuciones de bases únicas y alteraciones producidas por
el corte aberrante del mRNA. Mutaciones menos da-
ñinas que resultan en una baja actividad enzimática,
se caracterizan por una hiperuricemia severa pero sin
síntomas neurológicos.
La sobreproducción de purinas e hiperuricemia en la
enfermedad de Von Gierke (deficiencia de glucosa-
6-fosfatasa) ocurre de manera secundaria a 1a elevada
generación del precursor de PRPP, la ribosa 5-fosfato.
Además, está vinculado con una acidosis láctica y un
umbral renal elevado para los uratos, con lo que au-
mentan los uratos corporales totales.
La hipouricemia y la elevada excreción de hipoxantina
y xantina se relacionan con deficiencia de Ia xantina
oxidasa, debido tanto a un defecto genético como a
un daño hepático severo. En la deficiencia grave de
xantina oxidasa, los pacientes pueden mostrar xan-
tinuria y litiasis xantínica.
I
i
::

511. Deficiencia de adenosina desaminasa
y de fosforilasa de nucleósido de purina
La deficiencia de adenosina desaminasa es un pade-
cimiento de inmunodeficiencia combinada grave' en
la cual tanto los linfocitos derivados del timo (células T)
como los linfocitos derivados de la médula ósea (célu-
las B), son escasos y no son funcionales. La deficien'
cia de fosforilasa de nucleósido de purina se asocia
con una deficiencia severa de linfocitos derivados del
timo, con una función aparentemente normal de las
células B. Ambos padecimientos son de carácter auto-
sómico recesivo. Las disfunciones inmunológicas pare-
cen resultar de la acumulación de dGTP y de dATP'
que inhiben de manera alostérica a la ribonucleótido
reductasa, y por tanto, depleta a los precursores del
DNA de las células, en particular el dCTP.
EL CATABOLISMO DE PIRIMIDINAS
PRODUCE METABOLITOS
HIDROSOLUBES
A diferencia de los productos poco solubles del catabo-
lismo de las purinas, los productos finales del catabolismo
á" i"r piiktii¿inas §on'altamente hidrosolubles: Cor,
NH,, p-u1unlna y p-aminoisobutirato (figura 36-16).
La excreción de B-aminoisobutirato
aumenta en
la leucemia y en la exposición intensa a la radiación
por rayos X debido a la elevada destrucción de DNA.
La elevada excreción anormal de B-aminoisobutirato,
debida a un gen recesivo, ocurre en los descendientes
heterocigotos de personas sanas. Aproximadamente
257o de las personas estudiadas, de ascendencia china
o japonesaf excretan de manera consistente grandes
cantidades de p-aminoisobutirato. Por analogía con
otros animales, los humanos probablemente transaminan
el B-aminoisobutirato
a semialdehído metilmalónico, el
cual a su vez forma succinil-CoA (figuraZl-2).
La pseudour¡dina se excreta
sin cambios
Debido a que ninguna persona catalíza la hidrólisis o
fosforólisis de pseudouridina, este nucleótido poco
común, el cual se detectó por primera vez en la orina
humana, se presenta sólo en el tRNA, y se excreta sin
cambio en la orina de personas sanas.
LA SOBREPRODUCCTÓN DE
CATABOLITOS DE PIRIMIDINA,
POCAS VECES SE RELACIONA
CON ANORMALIDADES CLINICAS
SIGNIF¡CATIVAS
Debido a que los productos finales del catabolismo de
pirimidinas son altamente hidrosolubles, la sobrepro-
ducción de pirimidinas causa pocas anormalidades
clínicas detectables (cuadro 3G-3). En la hiperuricemia
vinculada con una sobreproducción intensa de PRPP'
existe una sobreproducción de nucleótidos de pirimidi-
na y una elevada excreción de B-alanina.
En virtud de
que el M, Mo-metilen-tetrahidrofolato se requiere para
la síntesis de timidilato, los padecimientos del meta-
bolismo de folato y vitamina Bl2,conducen a defi-
ciencias de TMP. La aciduria orótica que acompaña a1
síndrome de Reye, probablemente es secundaria a la
incapacidad de las mitocondrias con daño grave para
utiliiar el fosfato de carbamoilo, el cual, queda dis-
ponible para la sobreproducción citosólica del ácido
orótico.
La aciduria orót¡ca responde
a los nucleósidos de Pirimidina
de la dieta
La aciduria orótica tipo I refleja una deficiencia tanto
de oratato fosforribosiltransferasa como de orotidilato
descarboxilasa (reacciones 5 y 6, figura 36-11)' y la
aciduria orótica tipo II, poco frecuente, refleja sólo
una deficiencia de la orotidilato descarboxilasa (reac-
ción 6, figura 36-11). Los pacientes con ambos tipos
de aciduria responden a la uridina oral; los pacientgq
cpn aciduria orótica tipo I, regresan a la normalidad
aéi¡uás de que aumenta la actividad de la aspartato
transcarbamoilasa y la dihidroorotasa'
l-a deficiencia de una enzima del ciclo
de la urea resulta en excrec¡ón de
precursores de pirimidina
La elevada excreción de ácido orótico, uracilo y uridina,
acompaña a la deficiencia en la ornitina transcarba-
moilasa mitocondrial hepática. El sustrato no utilizado,
el fosfato de carbamoilo, sale hacia el citosol, donde
estimula la biosíntesis de nucleótidos de pirimidina.
La resultante aciduria orótica leve se acentúa debido
a alimentos con alto contenido de nitrógeno'
Fármacos pueden
Prec¡P¡tar
la aciduria orót¡ca
El análogo de purina, el alopurinol (figura 35-20)' un
sustrato para la oratato fosforribosiltransferasa (reac-
ción 5, figura 36-11), compite por la fosforribosilación
con el sustrato natural, el ácido orótico. Además, el
nucleótido resultante inhibe la orotidil4to descarbo-
xilasa (reacción 6, figura 36-1 1), 1o que causa aciduria
orótica y orotidinuria. Dado que la vía para la bio-
síntesis de nucleótidos de pirimidina se ajusta a esta
inhibición, los pacientes se encuentran privados, tem-
(Capítulo 36)
l,""
L,
-,
i
I

512. Metabolisruo de nucleótidc¡s de purina y pirimidina .
457
ffi
*/\
tll
l-N/
H
eltoslna
'"'J''
o
,*/x
A"ff
H
Uracilo
7
l-
o
H
Dihldrouracilo
o
A
;I-E*.
NHs
,rrlo,n"
NADPH + Ht
NADP*
NADPH + Hr
NADP*
-*--7*
HrO
coo-
H-N -cH-
ffi t'
ffi-cH,
.lt
uruY\9H,
r I
'll
^
k'n
o--N-
-H
H
Dihidrotim¡dina
B
-ureidoisobutirato
(^r.carbamoil-p -amino-
isobutirato)
-Sxl
oA'-xl
r*"
,ru
cQ!)cr*
m i-H
¡f§*-ca'
B-uteidoprop¡onato
(N-carbamoil-fl -alanina)
HrO
0-alan¡na
HuN**cHr-oH2*coo- Hzo
"\
cHscoo-
I
CH.
fl -am¡no¡sobulirato
Figura 36-16. Catabolismo de pirimidinas
:oralmente, de los nucleótidos de pirimidina durante
-rs primeros estadios del tratamiento.
La 6-azouridina, después de su conversión a 6-
,zouridilato, inhibe de manera competitiva la orotidi-
:to descarboxilasa (reacción 6, figura 36-1 1); además-
:umenta grandemente la excreción de ácido orótico y
-:otidina.
R ESUA,ñ§T,¡
-
rs purinas y pirimidinas no son esenciales en la dieta
-
-mana, y la deficiencia de purina no es común en los
humanos. Los ácidos nucleicos de 1a dieta se degra-
dan en el tracto gastrointestinal a purinas y pirimidinas.
En tanto que las reacciones de "recuperación" convier-
ten a las purinas y sus ribo- y desoxirribonucleósidos
de manera directa a los nucleótidos correspondientes;
muchas de las purinas, pirimidinas y sus derivados del
organismo se forman por medio de biosíntesis a partir
de intermediarios anfibólicos. La biosíntesis del
nucleótido de purina progenitor, el monofosfato de ino-
sina (IMP), implica una secuencia prolongada de
reacciones, algunas de las cuales se catalizan por cata-
lizadores multifuncionales. Dado que los derivados del
folato y la.glutamina participan en esta secuencia de

513. 458 . Bioquímica de Harper
(Capítulo 361
Cuadro 36-3. Trastornos hereditarios del metabolismo de pirimidinas
y las anormálidades enzimáticas asociadas
&
t""
I
.l'.
t
:
reacciones, los medicamentos antifolato o los análo-
gos de la glutamina inhiben labiosíntesis de las purinas'
La oxidación y aminación del IMP forma AMP y GMP,
y de manera subsecuente, se transfiere fosfato prove-
niente del AIP para formar ADP y GDP. Posterior-
mente, se transfiere fosforilo del ATP al GDP para
formar GTP. El ADP se convierte en ATP por medio
de fosforilación oxidativa. En el hígado, la biosínte-
sis de nucleótidos de purina se regula de manera
estricta, principalmente por el tamaño de los depósi-
tos de fosforribosil pirofosfato (PRPP) y por la
inhibición mediante retroalimentación de PRPP-
glutamil amidotransferasa por los productos finales
AMP y GMP. Por medio de la reducción de NDP se
forman desoxirribonucleótidos difosfato (dNDP).
En tanto que la uridina y citidina se recuperan'
los nucleótidos de pirimidina se producen mediante la
biosíntesis de intermediarios anfibólicos' La biosíntesis
implica un conjunto largo de reacciones que difieren
de las de la biosíntesis de purina, pero que involucra
reacciones análogas una vez que se han formado los
mononucleótidos. Ciertos análogos de pirimidina son
sustratos para las enzimas de la biosíntesis de nucleó-
tidos de pirimidina y, por tanto, inhiben este proceso'
La regulación de la biosíntesis de nucleótidos de
pirimidina involucra el control de la expresión genética
y ae ta actividad enzimática. La regulación coordina-
da de la biosíntesis de nucleótidos de purina y
pirimidina, asegura su presencia en proporciones ade-
cuadas para la biosíntesis de ácidos nucleicos y otros
metabolitos necesarios.
.Mientras que las reacciones y los intermediarios
de la biosíntesis de purinas y pirimidinas son los mis'
mos sn bacterias y en humanos, las enzimas que ca-
talizan est᧠ieacciones están organizadas de manera
diferente. En las bacterias, cada reacción se cataliza
por una proteína diferente. Por el contrario, algunas
énzimas áe la biosíntesis de novo de purinas y pirimi-
dinas en los humanos, son polipéptidos multifun-
cionales que catalizan reacciones contiguas. Las ven-
tajas aparentes de los polipéptidos multifuncionales
incluyen la expresión coordinada de diversas activi-
dadei catalíticas, y la canal\zación de productos de
una reacción hacia la siguiente reacción en una secuen-
cia sin su disociación de una enzima-
Los humanos catabolizan purinas en un ácido dé-
bil, el ácido úrico (pK 5.8) el cual, dependiendo del
pH urinario, existe como un ácido relativamente inso-
iuble (a pH ácido), o su sal de urato de sodio más
soluble (a pH cercano a la neutralidad). Los cristales
de urato son diagnóstico de gota, que es un trastorno
metabólico del catabolismo de purinas; otros trastor-
nos del catabolismo de purinas incluyen el síndrome
de Lesch-Nyhan, la enfermedad de Von Gierke y las
hipouricemias.
A diferencia del ácido úrico y los uratos, que son
los productos relativamente insolubles del catabolismo
de las purinas, los productos finales del catabolismo
de pirimidinas son altamente hidrosolubles : COr, NH3
y Blaminoisobutirato.
Sin embargo, la pseudouridina
se excreta sin cambios' Por lo general, la sobrepro-
ducción de los catabolitos de pirimidina se asocia con
anormalidades clínicas significativas. Los pacientes
con aciduria orótica responden a nucleósidos de
pirimidina de la dieta. Ciertos fármacos pueden preci-
pit- tu aciduria orótica. Sin embargo, la excreción de
los precursores de pirimidina resulta a partir de una
deficiencia de la enzima del ciclo de la urea, la ornitina
transcarbamoilasa, debido a que la reserva de carba-
moil fosfato se torna disponible para la biosíntesis de
pirimidina.I
Trastorno clín¡co Enzima defectuosa
Características
del trastorno clínico
Patrón hereditar¡o
Acid uri a P-am¡
noisobt¡tírica Transaminasa. Sin síntomas;frecuente en Perso-
nas asiáücas.
Autosómico recesi\o.
Ac¡duria orót¡ca, tipo I Orotato fosforribosiltransferasa y
orotidilato descarboxilasa.
Cristalinuria de ácido orótico,
insuficiencia para prosperar
Y
anemia megaloblástica. hmuno-
deficiencia. Remisión con uridina
oral.
Autosómico recesi\o
Aciduria orótica, tipo ll Orotidilato descarboxi lasa. Orotidinuria y aciduria orótica,
anemia megaloblástica. Bemi-
sión con uridina oral.
Autosómico recesi\o.
Deficiencia de la ornitina trans-
carbamoilasa
Orn¡ti na transcarbamoi lasa. lntolerancia a proteínas, encefa-
lopatía hepát:ca y aciduria orótica
leve.
Recesivo ligado a X

514. Benkovic SJ: The transformylase enzymes in de novo purine
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Metabolismo de nucleótidos de purina y pirimidina .
459

515. 37
Estructura y función
de los ácidos nucleicos
DarylK. Granner, MD
rNTRoDucclóx
El descubrimiento de que la información genética está
codificada a lo largo de una molécula polimérica com-
puesta de sólo cuatro tipos de unidades monoméricas,
es uno de los principales logros científicos de este si-
glo. Esta molécula polimérica, el DNA, es la base
química de la herencia y estáorganizada en genes, que
son las unidades fundamentales de la información
genética. Los genes controlan la síntesis de varios ti-
pos de RNA, muchos de los cuales están involucrados
en la síntesis de proteínas. Los genes no funcionan de
manera autónoma; su replicación y función están con-
trolados por varios productos de los genes, con fre-
cuencia en colaboración con componentes de varias
vías de transducción de señales. El conocimiento de
la estructura y función de los ácidos nucleicos es esen-
cial para comprender la genética y los muchos aspectos
de la fisiopatología de los padecimientos, así como
las bases genéticas de los mismos.
IMPORTANCIA BIOMEDICA
Las bases químicas de la herencia y de los padeci-
mientos genéticos se encuentran en la estructura del
DNA. Ya se ha dilucidado lavía de información bási-
ca (es decir, el DNA dirige la síntesis del RNA, el que
a su vez dirige la síntesis de las proteínas). Este cono-
;imiento se está empleando para definir Ia fisiología
celularnormal y la fisiopatología de las enfermedades
a nivel molecular.
EL DNA CONTIENE LA INFORMAGIÓN
GENÉTICA
La demostración de que eI DNA conteníalainformación
_:enética se llevó a cabo en 1944, enunaserie de expe-
rimentos realizados por Avery MacLeod r' cCar-t1.,
quienes demostraron que la determinación genétrca del
carácter (tipo) de la cápsula de un neumococo especí-
fico, podría transmitirse a otro con un tipo de cápsula
diferente, mediante la introducción de D\- puritica-
do del primer neumococo hacia el segundo. Esos
autores llamaron al agente (después se demostró que
era el DNA) que acompaña el cambio "factor de trans-
formación". Posteriormente, este tipo de manrpulación
genética ha llegado a ser común. En épocas recientes
se han llevado a cabo experimentos similares utrlizan-
do levaduras, células cultivadas de mamíferos. así
como embriones de insecto y mamíferos como recep-
tores, y se ha clonado el DNA como el donador de la
información genética.
H§ mf-iA üüni¡eñe *uetrü
Cesox¡n ucieóticiE:s
Latatwalezaquímica de las unidades monoméricas de
desoxinucleótidos del DNA
-desoxiadenilato"
desoxi-
guanilato, desoxicitidilato y timidilate- se describe
en el capítulo 35. Estas unidades se mantienen en for-
ma polimérica por medio de puentes 3
',5'-fosfodiéster,
constituyendo así un solo cordón, como se muestra en
la figura 37-1. El contenido de información del DNA
(el código genético) reside en la secuencia en 1a que
estos monómeros
-desoxirribonucleótidos
de purina
y pirimidina- están ordenados. El polímero, como se
mostró, posee una polaridad; una terminal tiene un 5'-
hidroxilo o fosfato, en tanto que la otra terminal tiene
un segmento 3'-fosfato o hidroxilo. La imporlancia de
esta polaridad se hará evidente. Puesto que la infor-
mación genética reside en el orden de las unidades
monoméricas dentro de los polímeros, debe existir un
mecanismo de reproducción o de replicación de la in-
formación con un alto grado de fidelidad. Ese requisito,
461

516. 462 . Bioquímica de Hqrper
5',
junto con los datos de la difracción de rayos X de la
molécula de DNA, y la observación de Chargaff, de
que en las moléculas de DNA la concentración de los
nucleótidos de desoxiadenosina (A) es igual a la de
los nucleótidos de timidina (T) (A: T), en tanto que
la concentración de los nucleótidos de desoxiguanosina
(G) es igual a la de los nucleótidos de desoxicitidina
(C) (G: C), condujo aWatson, CrickyWilkins apro-
poner, al principio de la década de 1950, un modelo de
doble cadena de la molécula de DNA. El modelo pro-
puesto se muestra en la figura 3:7)-Las dos cadenas
de esta doble hélice se mantienen en su lugar por me-
dio de puentes de hidrógeno entre las bases de purina
y de pirimidina de las respectivas moléculas lineales.
El apareamiento entre los nucleótidos de purina y de
pirimidina en las cadenas opuestas es muy específico
y depende de los puentes de hidrógeno de A con T, y
de G con C (figura 37-3).
Esta forma común del DNA se dice que es "dere-
cha", debido a que si se observa la doble hélice, los
residuos de las bases forman una espiral en la direc-
ción de las manecillas del reloj. En la molécula de doble
(Capítulo 37.
cadena, las restricciones impuestas por la rotación al-
rededor del enlace fosfodiésteq la anticonformación
favorecida del enlace glucosídico (figura 35-8), y los
tautómeros predominantes (figura 35-3) de las cuatro
bases (A, G, T y Q,
permiten que A se aparee con T,
y que G sólo 1o haga con C, tal como se muestra en la
figrtra37*3. Esta restricción del apareamiento de las
bases explica la observación inicial de que en una
molécula de DNA de doble cadena, el contenido de A
es igual al de I y el de G es igual al de C. Las dos
cadenas de la molécula de doble hélice, cada una de
las cuales posee unapolaridad, sonpntiparálelas; es
decir, nna cadena va en la dirección de 5l a3',y la
otra en la dirección de 3' a 5'. Esto es análogo a dos
calles paralelas, cada una de las cuales tiene un solo
sentido, pero llevan tráfico en direcciones opuestas.
En las moléculas de DNA de doble cadena, la infor-
mación genética reside en la secuencia de nucleótidos
de una cadena, la cadena patrón (templete). Esta es
la cadena de DNA que se copia durante la síntesis de
DNA, y algunas veces se conoce como cadena de no
codificación. La cadena opuesta se considera la ca-
N
1/
N
9H,
o
tl
\-r:/ \NH
ll o
I
-- ,.r)-
-N' HzN
{
lo
uz/
(P)
lH/'
I G:'
1 ,\J
l/'
o'
Figura 37-1 . Un segmento de una cadena de una molécula de DNA en la cual las bases de purina y pirimidina adenina (A),
tirñina fi), citosina lC¡
y guanina (G) se mantienen unidas por medio de un esqueleio fosfod¡éster entre los grupos 2'-
desoxiriibosil, unidoi a nu-cleooases por un enlace N-glucosídico. Nótese que el esqueleio tiene poiaridad (es decir, una
dirección). Por lo general, esto se muestra en la orientación 5' a 3'.
NHz
I
¿/ \*
ll"r
\*áo
CH¿
o
,(
Y
-NH
ll't
\*'/'-o
HsC
N
I
N
NH,
I
-r:-
.r
ll a I
-A ,.)
-tt-
I
,"@

517. Estructura y
Jilnción de los ácidos nucleicos .
463
CH.
á"...
ffi
*ffi*'-*..
o
T¡midina
'H'.
-H
N
*A-t-*,,
tl)
\*A*'
Hendidura menor
s-t- Adenosina
3.4 nm
A_S:
Hendidura mayor
2.0 nm
Figura 37-2. Representación diagramática del modelo de
Watson y Crick de la estructura de doble hélice de la forma
B del DNA. La flecha hor¡zontal indica el ancho de la doble
hélice (2.0 nm), y la flecha veñical la distancia recorrida por
un giro completo de la doble hélice (3.4 nm). Un giro del B
DNA incluye 10 pares de bases. El eje central de la hélice
Coble se indica por la barra vertical. Las flechas cortas de-
signan la polaridad de las cadenas antiparalelas. (A, adenina;
C, citosina; G, guanina; T, timina; P, fosfato; S, azúcar
'desoxi
rri bosal.
)
dena de codificación, debido a que coincide con el
RNA transcrito que codifica las proteínas.
Las dos cadenas, en las cuales las bases en posi-
ción opuesta se mantienen juntas por rnedio de puentes
Ce hidrógeno, giran alrededor de un eje central en la
iorma de una doble hélice. Las cadenas dobles del
DNA existen, por lo menos, en seis formas (A
-
E y Z).
La forma B es la que por lo general se encuentra en
:ondiciones fisiológicas (baja concentración salina y
rlto grado de hidratación). Un solo giro de la forma ii.
jel
DNA alrededor del eje de la molécula contiene i0
:ares de bases. La distancia que separa un giro de la
:orma B del DNA es de 3.4 nm, y el ancho (diámetro
:elicoidal) de la doble hélice en la forma B del DNA
:s de 2 nm.
Como se mostró en la figura 37-3, tres puentes
:e hidrógeno mantienen a los nucleótidos desoxigua-
:,¡sina unidas con las desoxicitidina, en tanto que el
-
-.ro
par de nucleótidos, A*T, se mantienen unidos por
t,ls puentes de hidrógeno. De esta manera, los enla-
:es G-G.son mucho más resistentes a la degradación
"di§§ii:-"1!ación"
que las regiones ricas en A-T.
Citosina'H
Figura 37-3. El apareamiento de bases entre la deso-
xiadenosina y la timidina implica la formación de dos puentes
de hidrógeno. Tres de estos enlaces se forman entre la
desoxicitidina y la desoxiguanosina. Las líneas segmentadas
representan los puentes de hidrógeno.
La desnaturalizacién ifundido) del DNA
§e L§§a p*ra anaf¡z§r su e§tructura
En solución, se puede separar la estructura de doble
cadena del DNA en sus dos tiras componentes (fun-
dir), aumentando la temperatura o disminur.endo 1a
concentración salina. No sólo se separan 1as dos cade-
nas de bases, sino que las bases se separan mientras
pernanecen conect¿-das en el polímero por el esquele-
to fosfodiéster. Concomitante con la desnanrrahzación
de la molécula de DNA, se presenta un aumenro en la
absorbancia óptica de las bases de purina
1.
de pinrni-
dina
-un
fenómeno conocido como hipercromicidad
de la desnaturalización. Debido al apilamiento de las
bases y de los puentes de hidrógeno entre 1as colum-
nas de bases, la molécula de doble cadena del DNA
muestra propiedades de un bastón rígido. v en solu-
ción es un materiai viscoso que pierde su viscosidad
por la desnaturalización.
Las cadenas de una determinada molécula de
DNA se separan dentro de un intervalo de temperatu-
ra. El punto medio se llama temperarura de disociación
o
ffiá
cual'está influida pÑfiómpbsición de bases
del DNA y por la concentración salina de la solución.
El DNA rico en pares_G- C, que tienen tres.puentes
de hidrógeno, se disociaáüna temperatura mayor que
el DNA que es rico en pares A-T. que sólo tienen
dospuentes de hidrógeno. Un aumento de 10 veces en
H
^1
lY--,-..
NNU
'*--
*
/-*- *r,
llt)
-T\*A*'
H Guanos¡na
l
,,1
l t
I
tr

518. (Capítulo 3l t
464 . Bioquímica de HarPer
la concentración de cationes monovalentes' aumenta la
T- en 16.6 'C. Lgjormasr'id*, que se usa con gran
i*. u. n. iu
",
lo le xperimentos de DNA recombinante'
áe-s-esrabiliza tros.puintes de hidrógeno eqlr-q las bases'
';lá.,ani",
¿isminuye Ia T.' Esto permite que las ca-
áenas del DNA o del híbrido de DNA-RNA se separen
a temperaturas más bajas y se minimiza la fragmenta-
"lJ",i"
las cadenas, lo que ocurre a temperaturas altas'
La renaturalización del DNA requiere
del apareamlento de Pares
de bases
Las cadenas det DNA separadas se renaturalizarán o
*"tá"1.¿, cuando se aliancen la temperatura fisio-
iá"i"" , las condiciones de salinidad adecuadas' La
u"iocl¿ad de reasociación depende de la concentra-
ción de las cadenas complementarias'
T. a-reasociación
á" tu, aot cadenas
"o*pl"rntnturios
del DNA de un
cromosomadespués delareplicación del DNA' es unelem-
oiáfisioloei.o d" lu t.nutrralización
(véase después)'
[;;Éilinada temperatura y concentración de
sales, una cadena del ácido nucleico sólo se asoclara
estrechamente con una cadena complementaria' Las
.áfátufut híbridas también se formarán bajo condi-
.ciJ;;;
"p..piadas.
Por ejemplo, et p\{l91tará un
híbrido óon u., DNA complementario
(cDNA)' o con
un Ñn -"ntajero
afín lmirNA ; véase después)' Cyan-
do se combina, con las técnicas de electrotoresls en
nát ou" separan las moléculas híbridas por su tamaño
i;ñ;t-ü¿; iadiactivo para proporcionar una señal
áetectable, las tecnicas analíticas resultantes se conocen
;;; Ñth"rn blotting o "transferencia
so-uthernl'
ÑÚ"»N¡')
y Northein blotting (DNA/RNA) res-
p""tiua*"nt". Estos procedimientos permiten una
identificación muy específica de los híbridos de DNA
o de RNA a partir de mezclas (capítulo 42)'
Existen surcos en la molécula de DNA
El examen cuidadoso del modelo mostrado en la figu-
ra 37-2, revela un surco mayor y un §urco menor a
iá
-tutgo
de la molécula, paralelo a1 esqueleto
fosfodiéster. En estos surcoi, las proteínas pueden
interactuar de modo especifico con los átomos expues-
tos de los nucleótidos (por 1o general por los puentes
de H), y por tanto, se reconocen y une.n a secuenclas
átp"óift"át de nucleótidos sin alterar el apareamiento
áJ lu, but.t de la molécula de DNA de cadenas de
doble hélice. Como se mencionó en los capítulo 39 y
41, lu, proteínas reguladoras pueden controlar la ex-
présión de genes específicos vía estas interacciones'
El DNA existe en las formas relaiada
y superespiral
En algunos microorganismos como bacterias, bacterió-
fu*"ü virus anima-ies que contienenDNA, las terrni-
nales «le las moléculas de DNA están unidas para crear
un círculo cerrado, por tanto, esto no destruye la pola-
ridad de las moléculas, pero elimina todos los grupos
hidroxilo y fosfato libres en las posiciones 3' y 5
''
Los
círculos c-errados existen en forma relajada o super-
árpiár. La fotma sffá-respiñi'se-presenta
cuando un
cíiculo cerrado se tüétceilrededor de su propio eje'
o cuando se tuerce una pieza linea1 del DNA dúplex'
cuya parte terminal está irja. Este proceso, que requiere
de'energía, coloca a la molécula bajo tensión, y a ma-
yot ,.iti.io de formas superespirales mayor estrés o
rnuyo. torsión (es como 1o que ocurre al torcer una
tanda elástica). Las fotmas superespirales nega{ivas
," p.odu."t cuando la molécula se tuerce en la direc-
.iO', op""ttu al movimiento de las manecillas del reloj
i¿e.en¡ottando"
la hélice de doble cadena del B-DNA'
S. dice que este DNAse encuenffa subgirado' La energía
."q*.i¿'u para alcatrzat este estado es, en un sentido'
uiilu""nuáu en la forma superespiral' La transición
hacia otra fotma que requiere de energía, se facilita'
oor consiguiente, por el subgiro' Una de estas transt-
aiorr"t es-la separación de las cadenas, 1o que es un
prerrequisito pára la replicación de1 DNA y su trans-
inpciOn. Por tanto, el DNA superespiral es una fonna
prÉferida en los sistemas biológicos' Las.enzimas que
catatlranlggqpmtie:JqP9-Lg§rcosdelDNAsecono-
..n .l*o-ilpoitr*.*§ut, iai cuales pueden,relajar
á-irár,6;opñi.t
Lá mejol caracterizada es Ia
girasa bactériana, que induce una superespiral nega-
ilrru .., el DNA usando ATP como fuente de energía'
.:.
-
I a información genética almacenada en la secuencia
áe nucleótidos ¿ét ox¡. sirve a dos propósitos' Es la
iuá" ¿. información para la sintesis de todas las
*áiZ"rfát de proteína, tanto de la celula como del or-
""rit,"á.
v proporciona Ia información heredada a las
;éi;i"t hiíal o á los descendientes Ambas f,unciones
,=q"i;;.; q-r" la molécula de DNA sirva como un molde'
en'el primLr caso para la transcripció.n de 1.1 informa-
ción en el RNA, yén el segundo para la replicación de
la información .n lus moléculas hijas de DNA'
La complementariedad del modelo de DNA de
doble cadená de Watson y Crick sugiere fuertemente
que la replicación de la molécula de DNA ocurre en
una forma semiconservadora' De esta manera' cuan-
do cada una de las cadenas de la molécula madre de
DNA de doble cadena se separa de su complemento
áurante la replicación, cada una sirve como un molde
sobre el ..,ui ," sintetiza una nueva cadena comple-
mentaria (figu ra3l1).Las dos molécuias hrjas de DNA
recién formadas, cada una de las cuales contiene una
ff,

519. Estructurayfunción de los ácidos nucleicos .
465
ANTIGUO ANTIGUO
(son complementarias más que idénticas) de la
*
,-rlécuia madre de doble cadena, se distribuyen entre
dos células hijas (hgura 37-5). Cada cé1ula hija con-
ANTIGUO NUEVO NUEVO ANTIGUO
=igura 37-4. Estructura de doble cadena del DNA y función
:3 molde de cada cadena ant¡gua (sombreado oscuro) so'-
:'e la cual una nueva cadena complementaria (sombreado
_:ero) se sintetiza. (Modificado de James D. Watson:
'.'clecular Biology of the Gene,3rd. ed. Copyright O 1976,
:70, 1965, por W.A. Benjamin, lnc., Menlo Park, Calif.)
Molécula madre
original
fr
Pr¡mera generación
de moléculas hijas
á
sesundaseneración K
;y#'iE,ui1ñ"1""
¿
Figura 37-5. La replicación del DNA es semiconservadora.
Durante una ronda de replicación cada una de las dos cade-
nas del DNA se usa como un molde para la síntesis de una
nueva cadena complementaria.
la que posee la madre; así, en cada célula hrja. só1o se
ha semiconservado la molécula de DNA de 1a cé1uia
madre.
LA NATURALEZA QUIMICA DEL RNA
DIFIERE DE LA DEL DNA
El ácido ribonucleico (RNA) es un polimero de ribonu-
cleótidos de purina y pirimidina mantenidos juntos por
medio de puentes 3',5'-fosfodiéster, análogos a los del
DNA (figura 37-6). Aunque comparle muchas carac-
terísticas con el DNA, el RNA posee algunas diferen-
cias específicas:
t).f1r,q!. RNA, la parte del azucar a la cual se unen
las bases de purina y de pirimidina y los fosfatos
es. la ribosa, et1 yez de la 2'-desoxirribosa del
DNA.
2) Los componentes de pirimidina del RNA difie-
ren de los del DNA. Aunque el RNA contiene
ribonucleótidos de adenina, guanina y citosina
nToléculas de DNA con infbn¡ación idéntica a
i
i
.Ü¡

520. (Capítulo )'
466 ' Bioquímica de HarPer
N
1/
N
o
-*An*
ll c I
A*z\*',
Figura 37-6. segmento de una molécula de ácido ribonucleico (RNA) en el cual las bases de purina y pirimidina
-aden
-"
(A), uracito (u), citosina tcll guá;¡;(c)- se mantienán unidas pár medio de enlaces fosfodiéster entre los segmen:::
ribosilo unidos a las nucleobases por medio de
"n,a"..
¡t-jtucosídicbs. Nótese que el polímero tiene una polaridad comc ::
indica por los fosfatos unidos en 3' y 5"
no posee timidina, excepto en el caso. raro men-
cionado más adelante. Eg
!Ugq.
d.e timidina' el
RNA contiene ribonucléótido de uracilo'
3) Et"Rt"{é""alL1§1S!-omq
una q91a cgdena' en tanto
'
,i"e, gl DNA eiiste como una molécula de doble
-áu¿.nu.
Sin éirrbar§o, en vifiud de la complemen-
táriédad de la secuencia de bases con polaridad
opuesta, la cadena del RNA, como se demuestra
.n lu figr.u 3l-1, es capaz de doblarse sobre sí
misma,lomo una pinza de cabello y así adquirir
características de cadena doble'
4) Debido a que la molécuia de RNA es una sola
cadena complementaria a una sola cadena de las
dos de un gen, ei contenido de guanina no nece-
sariamenté es igual al contenido de citosina, ni
el contenido de adenina al de uracilo'
5) El RNA puede ser hidrolizado por los álcalis en
2',3'-diésteres cíclicos de los mononucleótidos,
que son compuestos que no se pueden fotmar a
partir de DNA tratado con álcalis. debido a la ausen-
iiu d" ,.t g*po 2'-hidroxilo' La labilidad alcalina
del RNA es útil tanto con carácter diagnóstico
como clínico.
La información dentro de la única cadena c'
RNA está contenida en su secuencia ("estructri
primaria") de nucleótidos de purina y pirimidr-'
dentro deípolímero' La secuencia es compleme- -
tariaalacádena molde del gen del cual se trar-o-
cribió. Debido a esta complementariedad' u:=
molécula de RNA se puede unir específicame:-:"
a través de 1as reglas del apareamiento de ''
bases en su molde en la cadena del DNA; no
'"
unirá l"hibridizará"
con otras cadenas (co': :
cados) de su gen. La secuencia en la molec'-
'
¿e ÑA (excepto que U se reemplaza con T
'
¡'
la misma que én la cadena codificadora del s::
(frgura 37-8).
Casi todas las esPecies de RNA
están involucradas en algún aspecto
de la síntesis de Proteínas
Las moléculas de RNA citoplásmico que sirven cc:'
molde para la sintesis de'proteínas (es decir que !:;;
fierenla información genética del DNA h¿st'
frlaquináila de síntesis de proteínas) se designart
''
N
1/
N

521. E.strtrcturct vJimción de los áciclos nucleicos . 467
AU
AU
A*U
UG
UG
CC
G*C
U'A
U *A
UC
U-A
f
I
-,)
\,
\,
Figura 37-7. Representación diagramática de la estructura
secundaria de una molécula de RNA de cadena sencilla, en
a cual un tallo-lazo o"pinza para el cabello" se ha formado y
:epende del apareamiento de bases intramolecular.
R\A mensajero.o mRNA. Muchas otras moléculas
-re RNA citopiásmico (RNÁ ribosomal o rRNA1 tienen
inciones estructuralcs entrc las cuales contribuven a
:¡ fbrmación de los iibosomas (organelo que es lá ma-
:Lriiiaiiá para laiíntesis de proteínas), o iirven como
:ro1écuias.adaptadoras (BNAde l¡a,nsl'e-rencia, tRl{A)
:l¡rá 1áiiáciuc.cióiT ae ia intbrmación ciel RNA en se-
-ucncias especíhcas de arninoácidos polinerjzados.
AIgur.ras ntoléculas de RNA tienen actividaá
::talítica intrínseca. La actividad de estas ribozimas
rvolucra, con frccuencia, la escisión de un ácido
.Lcleico. Un ejcn-rplo es Ia función dei RNA en la ca-
:1isis del procesamiento del transcrito primario de un
-en en un RNA mensajero maduro.
Mucho de1 RNA sintetizado a partir del molde de
l\A en células eucarióticas, incluyendo células de
--,an.rif-eros,
se degrada dentro del núcleo, y nunca sir--
r' colrto entidad estructural o informacional dentro
-
:L citoplasma cclular.
¿
Cuadro 37-1. Algunas de las especies de RNA
pequeño estable encontrados en células
de mamÍferos
*.'o.kLHi,&
Moléculas
Por células
LocalPaclon
U1
U2
U3
U4
U5
U6
¿(q
7-2
r65
'188
216
139
118
106
91-95
280
290
300
10
30
10
ov
50
10
2A
'106
Nucleoplasma/hnRNA
105 Nucleoplasma
105 Nucleolo
10' Nucleoplasma
105 Nucleoplasma
10: Gránulos de per¡cro-
matina
Nucleo y citoplasma
Nucieo y citoplasma
Nucleo y citoplasma
Nrrcleo
Tallo 105
10"
105
'105,-,
I
En las células humanas existcn espe cies de un R\_{
nuclear pequeño (snRNA) que no esrán rnr o1¡,rcradas
de manera directa en la síntesis de proteínas. pero plLeder.r
tener lunciones en el procesamiento det R\_ r. en la
arquitectura celular. Estas rnolécula: t el.rrti .u.,.r',t.
pequeñas varían en tamaño desde 90 a cerca de 100
nucleótidos (cuadro 37-1 ).
El material genético de algunos vin_rs de anintales
y vegetales es RNA en vez de DNA. Aunque algLrno-s
virus RNA no tienen su información genética transcr.rra
a una molécula de DNA. muchos R\-A r rms de ¿ni-
males
-específicamente
retrovirus (p. e1 . e1 Hl o
del SIDA)- se transcriben por una D\A p¡li11i,'¡35¡
dependiente de RNA, también llamada transcriptasa
reversa, para producir una copia de DN_ de doble
cadena a parlir de su genoma de RNA. Eri muchcrs
casos, el transcrito de DNA de doble cadel1¿1 r.esultar-
te, se integra al genoma del huésped y posferionlente
sirve como molde para la expresión genética 3 par-ru.
de la cual se pucden transcribir los nuevos genontas de
RNA viral.
En todos los organismos procariotas y eucariotas. er is-
ten tres clases principales moléculas de R\.{: R\.\
mensajero (mRNA), RNA de transferencia (tRN) ]
RNA ribosomal (rRNA). Difieren entre si por e1 ra-
maño, función y estabilidad general.
3'
llras- de- DNA:
Codificación* 5'
Ir¡tolde -* 3'
BNA
lranscrito
5
*TGGAAT
_ACCTTA
TGTGAGCGGAiAACAA TTTCACACAGGAAACAGCTA TGACCATG.3'
ACTGGTAC_5'ACACTCGCCTATTGT TAAAG.TGTGTCCTTTGTCGAT
pAUUGUGAGCAGAUAACAAUUUCACACAGGAAAcAGCUAUGAcCAUG
3,
:
gura 37-8. La relación entre las secuencias en un RNA transcríto y su gen, en el
-: ce se muestran con sus polaridades. El RNA transcr¡to con una pótarioáo s'a 3'
-^ polaridad 3'a 5'. Nótese que la secuencia en el RNA transcrito y su polaridacl
.':ación, excepto que la U del transcrito reemplaza Ia T del gen.
cual las cadenas de codificación y del
es complementario a la cadena molde
es la misma que en la cadena de co-

522. 468 ' Bioquímica cle HarPer
(Capíntlo :-
r"
L
f
t-
i
A. RNA mensaiero (mRNA)
Esta clase es la más heterogénea en tamaño y estabili-
dad. Todos los rniembros de esta clase funcionan como
mensajeros, canalizando la información en un gen ha-
cia la r.naquinaria de sÍntesis de proteínas, donde cada
uno sitve como molde sobre el cual las secuencias es-
pecificas de aminoácidos se polimerízanpara fonnar
una molécula de proteína especíhca, que es el produc-
to genético final (f,rgura 37-9).
El RNA mensajero, en parlicular en ios eucariotas,
tiene algunas características Úrnicas. La terminal 5' del
mRNA está "cubierta" por una 7-metilguanosina
trifosfato unida al grupo 5'-hidroxilo un 2'-O-metilri-
bonucleósido adyacente a través de los tres fosf-atos
(figura 37-10). Con frecuencia, ias molécu1as de mRNA
contienen 6-metiladenilatos intcrtos y offos nucleótidos
2'-O-ribosa rnetilados. La cubierta está involucrada
en cl reconocimiento del mRNA por1amaquinaria de ha-
ducción, y quizá ay udaa estabilizar el rRNA mediante
la prevención del ataque de las 5'-exonucleasas' La
maquinaria. de síntesis de proteínas comienza a traducir
el rnRNA para las proteínas en 5' o en la "tapa" tenni-
nal. El otro extremo terminal de muchas moléculas de
mRNA. el hidroxilo 3' terminal, se une a Lln polímero
de residuos de adenilato de 20 250 nucleótidos de
longinrd. La función específ,rca de la "cola" poli (A)
en ei hidroxilo 3' terminal del mRNA no se compren-
de en su totalidad, pero parece ser que mantiene la
estabilidad intracelular del mRNA especíhco mediante
la prevención del ataque de las 3'-exonucleasas' A1-
gunos mRNA, incluyendo a los de algunas histonas,
no contienen poli(A). La cola poli(A), por aparearse
con polírneros de oligodesoxitimidina unidos a un sus-
trato sólido similar a la celulosa, puede usarse para
separar el mRNA de otras especies de RNA, inclu-
yendo las moléculas de mRNA qlle carecen de cola'
En células de mamíferos, incluyendo las de seres
hurranos, las moléculas de mRNA presentes en el cito-
plasma no son los productos inmediatos sintetizados a
partir de1 molde de DNA, sino los resultantes de un
procesamiento a partir de una molécula precursora pre-
vio a su ingteso al citoplasma. De esta forma, en el núcl"r
de mamíferos, los productos inmediatos de la transcn¡-
ción genética constituyen una cuarta clase de
moléculas de RNA. Estas molóculas de RNA nucleai
son muy he- terogéneas en tal¡año y son lnuy grandcs
El RI\{A heterogéneo nuclear (hnR.NA) puede tene:.
un peso molecular que excede de 10', en tanto que e'
peso rlolecular de las moléculas de mRNA es, por 1c'
general. menor de 2 x 106. Como se mencionó en c
capítulo 39, las moléculas de hnRNA son procesadas
para generar las moléculas de mRNA, las cuales a sil
vez penetran en el citoplasma para serl'ir como mo1-
des en la síntesis de Proteínas.
B. RNA de transferencia (IRNA)
Las moléculas de tRNA varían en longitud desde 7'1 a
95 nucleótidos. Tarnbión se generan pol el procesa-
miento nuclear de una molécula preclirsora (capitult'
39). Las moléculas de tRNA sirven como adaptadores
para la traducción de la información en la secuenci¡
áe nucleótidos del mRNA en aminoácidos específicos'
Existen por 1o menos 20 especies de estas moiéculas erl
cada célula, y por lo menos una (y con frecuencia r'¡-
rias) corresponde a cada uno de los 20 aminoácidos
requeridos para la síntesis de proteínas. Aunque cada
uno de 1os IRNA específicos difiere de ottos cn sn
secuencia de nucleótidos, las moléculas de IRNA'
colno una c1ase, tienen muchas características en co-
mirn; su estructura primaria
-es
decir, la secuencia
de nucleótidos-permite un extenso doblez, así como
una complementariedad intracadena para generar una
estructura secundaria similar a una hoja de trébol (fi-
gura 37 11).
Todas las moléculas de tRNA contienen r:uatro
brazos principaies. El brazo aceptor consiste en un
tallo de pu."i de uáñifrU-renfrna en la secuencia
CCA (5' a 3'). Es a travós de un enlace éster al grupo
3'-hidroxilo del dominio adenosil que los grupos
carboxilo de los aminoácidos se unen. Los otros bra-
zos tienen tallos de pares de bases y lazos no pareados
Figura 37-9. Expresión de la información gené-
ticá en el DNA en forma de un mRNA transcrito.
Éste se traduce posteriormente por los riboso-
mas a una molécula específica de proteína.
Molécula
de proteína
lerminada
Síntesis de proteína sobrs un molde de FINA
5',
mfiNA

523. Estructtu'ay.ftmción de los ácidos nucleic:os .
469
OH OH
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I I O -CH,
-N
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Lr"l
l-lr- , , "Cl
=igura 37-10. La estructura de la "cubierta" está unida a la parte 5'terminal de muchas moléculas de RNA mensajero de
=:cariotas.Una
7-metil-guanosina trifosfato está unida en la posición 5'terminal del mRNA, que por lo general contiene un
-
..: cleótido 2'-Gmetilpurina.
.Lgura 37-7). El bra:.iuura 37-7). El
!__razo anticodón en 1a pafte termi-
:1 de un talld'illfáres de bases .".orro"" el triplete
:: nucleótidos o codón (mencionado en el capítulo
: ri del molde de mRNA. Tiene una secuencia de nu-
-.eótidos complementaria de la del codón que es la
::sponsable de la especificidad del tRNA. El brazo D
-:cibe
su nombre de 1a presencia en é[ de la báSe
- -
-.hrdrouridinayel.p_I31-o_lY_,..,,C*paralasecuenciaT,
- -:udouridina, y C.'fT$iá21i- óAtra es ta forma más
.:iable de IRNA; e§iéiponsi6ié deilas diferencias en
reitud de los tRNA y proporciona una base para la
. --sificación.
La clase 1 de tRNA (cercadel5,'/ode todos
.s IRNA) posee un brazo exfra que tiene de 3-5 bp
= pares de bases) de longitud. La clase 2 tiene un
extra de 13-21 bp de longitud y con frecuencia
La estmctura secundaria de las molécu1as de IRNA
se mantiene por el apareamiento de bases en los bra-
zos, y es una característica consistente. El brazo aceptor
tiene 7 bp, el brazo TYC y el del anticodón 5 bp, y el
brazo D tiene 3 to 4t bp.
Aunque los IRNA son muy estables en los proca-
riotas, son menos estables en los eucariotas. Ocure lo
contrario para los mRNA, los cuales son mlry inesta-
bles en los procariotas, pero por lo general, son estables
en los organismos eucariotas.
C. RNA ribosomal(rRNA)
El ribosoma es una estructura nucleoproteica
citoplásmica que &ctúa como la maquinariapara [a sín-
tesis de proteínas a partir de los moldes cie mRNA. En
los ribosomas, el mRNA y las moléculas de IRNA
una estrucfura de tallo-lazo.

524. (CapínLlo 3'
470 ' Bioquímica de Ho!!"'
Fiqura 37-1 1. El aminoacil IRNA tipico en el cual el*amino-
liYJ;i;l #;ido al 3 ccA terminal Los brazos,anticodÓn
Twc v el dihidrouracilo (D) se indican así como la,posic¡Ón
JJ I"r' ;j"";l;
o" i-,il i¿g"""
i ntramolecu
Ia res entre. estos
oares de bases. (De ¡ames ó Wats on' Molecular Biology of
l;;Z;; il;i. óopv'igñt o 1e76' 1e70' 1e65' por w A'
áen¡amin, lnc., Menlo Park' Calif )
interactúan para tradllcir a la información esp.ecífica
""r"
i" -"f¿.ula
de proteína transcrita a parti¡ del gen'
É"'i" ti"ütit <ie práteinas activa' rnuchos ribosomas
están asociados con una molécula de mRNA en un
ensamble conocido como Polisoma'
Los componentes del ribosoma de mamrteros'
que
,i.r"
",
p.tÁ i.olecular de cerca de 4'2 -
106 y una ve lo-
.iá"JJ,i t"¿imentación de 80S (unidades Svedberg)'
;;;;;." el cuadro 37-2' Los ribosor¡as de ma-
míferos contienen dos subunidades nucleoprotercas'
una grande con un peso molecular de 2'8 x 106 (605 i
v una subunidad pequeña con un peso molecular de
i i
"
ró;i+óll. Lá sutunidad 605 contiene RNA ribo-
somal 55 (IRNA), un rRNA de 5'8S y un rRNA de
ás§; huv posiblemente más de 50 polipéptidos espe-
;ril;.:il subunidad 40S es más pequeña y contiene
," t"L rRNA 18S y cerca de 30 cadenas polipeptí-
;i;;; iJ"t las moléculas de RNA ribosomal' excepto
el RNA 55, se procesan a partir de una sola molécula
;;;.;;; ¿e nNa 45S en el nucleolo
(capítulo 39)
inarentemente el rRNA 5S tiene su proplo precursor
;J" t;;;;.ribe de manera independiente'.I
as mo-
1éü;; nÑA .iboto*al altamente metiladas se
:;;;;;" el nucleolo con las proteínas ribosomales
átp!.it.ut. En el citoplasma' los ribosomas se man-
il"'r"n -*V
estables y son capaces de.muchos ciclos
á" i*¿"..ió.. Las funciones de las moléculas de RNA
,r¡oto*ut en la partícula ribosomal no se compren-
den totalmente, pero son necesarias para el ensamble
.itorornut y al parecer tienen funciones importantes
L, i" ,ri* ¿et mnNA con los ribosomas y su traduc-
"ián.
Bn estudios recientes se suglere.que un
"".p"l"rtá
¿"1rRNA lleva a cabo la actividad peptidil
ironitoutu y por 1o tanto es una enzima (ribozima)'
D. RNA Pequeño
estable
Ú; ;;;, iiiÁ.to de especies-discretas'
altame¡te con-
;";;;tt con RNA pequc-ño estable' se enclrentran
ál .efufué eucarióticas' La tuayor partt' de cstas mo-
lécuias existen como ribonuóleoproteínas
y están
¿jt"iüti¿"t en el núc1eo' el citoplasma'.o en arnbos'
i;;;; i""tgen de tarnaño entré 90 y 300 nucleótidos
;;;á;';;ils
en t00 000 a 1 000 000 de copias pot
célula.
ios RNA nucleares pequgñgs !yRNA)
partrctpan
¿. ,r#Ysie'¡iñüiñ'
¿' ái proceiarniento'v ieeüIá-:
-"it"lg;rlir;á=d"r Anxe' De ios diversos snRNA' u i
'
Üi, üi.-üs y u6 intervienen en 1a remoción de intrones
v en ei Drocesu*iento
del hnRNA en nRNA (capítulo
i;;. Éi";nÑÁÚl puta" estar involucrado en la pro-
ducción de la parle teminal 3' conecta del mRNA de
Cuadro 37-2. Componenles de los ribosomas de mamÍferos*
Proteína I
L
Masa (mt)
I
I NÚmero Masa ]
Tamaño
f-
, ' -.a.; ]- -qq 7o1o5 1
res
Subunidad4oS 140106 -35
/oru-
subunidad 6os
''t
o ]á' - áó
1 o l0"
::t.
I
^^-
RNA
Masa
28S
70105
35 000
45 000
1.6 § 106
1 900
120
160
4 700
suvelocidaddeSedimentaciónenunidadesSvedberg(40So6oS).EneSte
cuadro se muestra ra masatotar(mt) qq:fl":T::^".:§:Til5'.".::r'#fl#.{:ry;vL''nu""tot"rvros;omponentes
derRNA
:f :1"J""[1",'J':.if
e".i
ji}n'1,"H,;:;§ñb*gi'á"""v"o'posiciéndebases'
ltl
lll
¡¡
'xtli
Iri
¡ii
üil
lti
Itil
rill
tir

525. Estntcf.tu"ay.llmción de los ácidos nucleicc¡s .
471
la histona (la cual carece de una cola poli[A]). El
snRNA U4 y U6 también se puede requerir para el
procesamiento del poli(A).
LAS T.IUüLEA§A§ E§PECíFIÜAS
DIGIEREI,.J LO§ ACIDO§ NUCLEICCS
Por muchos años se han reconocido las enzimas capa-
ces de degradar los ácidos nucleicos. Se pueden
clasificar de diversas maneras. Aquellas que exhiben
especificidad por el ácido desoxirribonucleico se co-
nocen como desoxirribonucleasas. Las que hidrolizan
específicamente a los ácidos ribonucleicos son las
ribonucleasas. Dentro de estas dos clases se incluyen
enzimas capaces de escindir los enlaces fosfodiéster
inte¡nos para producir tanto terminales 3'-hidroxilo y
5
'-fosforilo
como 5'-hidroxilo y 3'-fosforilo. Estas se
;onocen como endonucleasas. Algunas deellas pueden
hidrolizar ambas cadenas de una molécula de doble
cadena, en tanto que otras sólo pueden escindir las ca-
denas simples de ácidos nucleicos. Algunas nucleasas
pueden hidrolizar sólo las cadenas sencillas no aparea-
Jas, y otras hidrolizan las cadenas sencillas que parti-
:ipan en la formación de una molécula de doble cade-
¡a. Existen endonucleasas que reconocen secuencias
:specíficas de DNA; la mayor parte de éstas son endo-
nucleasas de restricción, Ias cuales, en años recientes,
ran llegado a ser herramientas importantes en la
_¡enética molecular y las ciencias médicas. En el cua-
Io 42-2 se incluye una lista de éstas.
Algunas nucleasas pueden hidrolizar un nucleó-
:;do sólo cuando está presente en la parte terminal de
:na molécula, y se conocen como exonucleasas; éstas
:Jtúan sólo en dirección 3' -+ 5'o 5'-+ 3'. En las
:acterias, una exonucleasa 3'--+ 5'es una parte inte-
:ra1 de la maquinaria de réplica del DNA, y sirve para
editar 1os desorirribonucleótidos recientemente incor-
porados para corregir errores de apareamiento de
bases.
RE§UT\/,EEN
Los ácidos nucleicos D\- ¡, RNA son moléculas
poliméricas. El DNA consta de cuatro bases: A, G, C
y T, las cuales se mantienen en un arregio lineal me-
diante enlaces fosfodiéster a rra is de las posiciones
3' y 5' de unidades advacenres de desorir-ribosa. El
DNA está organizado en dos c-ád¡raipor. riidio de1
apareamiento de las bases - con T v G con C' en cade-
nas con:rplementarias que loman LLna hé1rce doble
alrededor de un eje central. Los ,l - 10 parc's de bases
del DNA en los humanos están organizados en ei corn-
plemento haploide de 23 cromosornas. La secuencia
exacta de estos tres mil millones de nucleeitidos deñ-
ne la singularidad de cada persona. Una lirncion del
DNA es proporcionar un molde para 1a repiicacron r.
de esta forma, el mantenimiento del senoripLr. Otra es
proporcionar un molde para la transcripcirrn de alre-
dedor de 100 000 genes que codihcan a dirr-rsas
moléculas de RNA.
En contraste con el DNA, e1 RN- erisre en la-
rias estructuras diferentes de una sola cadena. ntuchas
de las cuaies participan en la síntesis de proreinas. La
estructura lineal de los nucleótidos en ei R\. consra
de A, G, C y U, y el azicar es la ribosa. Las princrp;r-
les formas de RNA incluyen RNA mensaj cru.r I rlR\. l.
RNA ribosomal (rRNA) y RNA de translerencia
(tRNA). Estos RNA varían en tamaño desdc ei rR\.\.
que contiene cerca de 75 nucleótidos, hasra el mR\-\.
que puede consistir en algunos miles de nucleótrdos.
Las funciones especílicas de estos RNA en La sintesis
de proteínas se mencionan err capítulos srglrientc:. I
REFERENCIAS
Green R, Noller HF: Ribosomes and translation. A¡nu Rev
Biochem 1991;66:689.
Guthrie C, Patterson B: Spliceosomal snRNAs. A¡n Rev
Genet i988;22:387.
HuntT: DNA l,f¿tke.s RNAMakes Protein. Eiscriei. I9i].
Watson JD, Crick FHC: Molecular strucrurc- Lri nr1!.iilc
acids. Nature 195311 l:731 .
Watson ,ID: The Dottble Helrt. Athencunt. 196\

526. 38
,&
")
§
i()
o-
§
Organ ización, repl icación
y reparación del DNA
DarylK. Granner, MD
-+rmtRooucclótrl
E,L DNA en los organismos procariotes por io general
no está combinado con proteínas salvo las involucradas
en 1a replicación y transcripción del DNA. Gran parte
del DNA en los organismos eucariotes está cubierlo
por Llna variedad de proteínas. Estas proteínas y e1
DNA forrnan una estructura compleja, la cromatina,
que permite numerosas configuraciones de la rnolécu-
la del DNA y tipos de control únicos en el organismo
eucariote.
La información genética en el DNA de un cromo-
soma puede transmitirse mediante una replicación
exacta, o puede ser intercambiada por diversos proce-
sos, entre 1os que se incluyen el entrecrilzamiento, 1a
r ecombinación, la transposición y la conversión. Es,.o
proporciona un medio para asegllrar la adaptabilidad
i. la diversidad del organismo, pero tambiér' puede
:'esultar en enfermedad.
La rcplicación del DNA, quc es un proc eso alta-
:lente complejo y ordenado, sigue la polaridad típica
le 5' a 3' de la síntesis de RNA y cle 1as proteínas, des-
.-rita en otros capítulos. En las células eucariotas, la
:;plicación del DNA en un cromosorna cor,tienza en
núltiples sitios y procede en ambas direcciones de
lanera simultánea. Se requiere dc ciertas enzimas para
.¡ síntesis y reparación del DNA, y en ambos proccsos
.e siguen las reglas del apareamiento de bases de Watson
Crick.
IMPORTANCIA BIOMEDICA
'
as mutaciones se deben a cambios en la secuencia
-: bases del DNA. Pueden ser el resuitado de una
-:plicación,
movimiento o reparación defectuosas del
l,\A y ocurren con una frecuencia aproximada de una
por cada 1 06 divisiones celulares. Un producto de un gen
anormal puede provenir de mutaciones en la región de
codificación o regulación de1 DNA. LTnamutación en
una célula germinal se transmitirá a la descendencia
(también conocida como transmisión I'ertical de un
padecimiento hereditario). Varios factores enrre los que
se incluyen virus, productos químicos, 1uz ultravioleta
y radiaciones ionizantes, aumentan la tasa de muta-
ción. Con frecuencia, las mutaciones afectan a las
células somáticas y de esta manera pasan a las genera-
ciones sucesivas de células del organismo. Se hace cada
vez más evidente que diversos padecimientos.
-v
quizas
muchos tipos de cánce1 se deben a esta transmisión
horizontal de mutaciones inducidas.
LA CROMATINA ES EL MATERIAL
CROMOSÓMICO EXTRAÍDO
DEL NÚCLEO DE CELULAS DE
ORGANISMOS EUCARIOTES
de las cuales son más ácidas y más grande-< que 1as
*
Hast¿i donde sca posible, la infomación proporciLrnf,d¿ .t'r esrc
capítulo y en los capítulos 39, zl0 y 41 sc referirá a or,sanr5nlLrs
rnamíl-eros que sc encuentran entrc los eucariote::upariotes. .\l-
gunas veces scrá necesario rct-crirse a obsen acior.lcs en orqan r -inlus
procariotcs, como bactcrias y vin-rs. pero cn estos casos la inlbr-
rnación será extrapolable a los organismos rnantíliros. La dir istuD
del matcrial presentado en los capítulos 34 -,1 I es dc aL_qur.ia nta-
nela arbitraria, por lo clue cl hecho de qtLe aparezca sepalacla cn
el texto r1o significa que los proccsos descritos no cstén plena-
mcntc integrados y sean interclepcndicntes.
La en moléculas de D\- dc .1.rl.le
4/J
cadena muy largas y de una masa similar de pr.rrii:r.r:
básicas pequerias llamadas histonas, así cor.no de una
pequeña cantidad de proteínas no histonas 1m,-ichas

527. 474 . Bioquímico de Harper
(Capínlo 33 t
histonas) y una pequeña cantidad de RNA. Las pro-
teínas no histonas incluyen enzimas involucradas en
la replicación de1 DNA, como las DNA topoisomera-
sas. También están incluidas las proteínas involucradas
en la transcripción, como el complejo de ta RNA poli-
merasa. La héiice de doble cadena del DNA de cada
cromosoma tiene una longitud de miles de veces el
diámetro del núcleo de la célula. Una de las funciones de
estas moléculas, en parlicular las histonas, es conden-
sar ei DNA. Los estudios de microscopía electrónica
de la cromatina han demostrado partículas esféricas
densas llamadas nucleosomas, con un diámetro aproxi-
mado de 10 nm, que están conectadas por filamentos
de DNA (figura 38-1). Los nucleosomas están com-
puestos de DNA girado alrededor de una colección de
moléculas de histonas.
Las histonas son las Proteínas
más
abundantes de la cromatina
Las histonas son una familia pequeña de proteínas
básicas muy relacionadas. Entre las histonas, las de
tipo H1 son las que se unen más estrechamente a la
cromatina, y por tanto son fácilmente removidas con
una solución salina, después de lo cual la cromatina se
toma soluble. El centro de los nucleosomas aislados
contiene cuatro clases de histonas: H2A, H2B, H3 y
H4. La estructura de histonas ligeramente ricas en lisina
FI2A y H2B-se ha conservado de manera signifi-
cativa entre las especies, en tanto que la estructura de
histonas ricas en arginina
-H3
y H4-está altamente
conser-vada entre las especies. Esta extrema conser-
vación impiica que la función de las histonas es idéntica
en todos los eucariotes y que la molécula completa
interviene de manera muy específica para llevar a cabo
esta fur.rción. En dos tercios de las moléculas el car-
boxilo terminal tiene una composición común de
aminoácidos, en tanto qlte un tercio de su terminal
amino es rico en aminoácidos básicos. Es-'14s-guatro
histonas centrales están sujetas .a cinco tipos de
modiñcaciónes covalentes: acetilación, rletilación,
fosfbrilación, ADP-ribosilación y unión covalente
(sólo la H2A) a la ubiquitina, la proteína nuclear. Es-
tas modif,rcaciones de las histonas parecen tener una
función imporlante en la estructura y función rle la
cromatina, tal como se ilustra cn el cuadro 38 1.
Las histonas interactúan entre sí en fonnas muy
específ,tcas. La H3 y la H4 forman un tetrámero que
contiene dos moléculas de cada una (H3/H4)r, en tan-
to que la H2Ay la H2B forman dímeros (H2A-H2B)
y complcjos oligoméricos mayores ([H2A-H2B],,). En
condiciones fisiológicas, dos de estas histonas tetramé-
ricas se asocian para fonlar la histona octamérica.
Hl nucleosclmñ contiÉne hi§tona§ y D§\¡A
Cuando una histona octamérica se mezcla con DNA
de doblc cadena pr"rificado, se foma el nTismo patrón de
difracción de rayos X que se obserr¡a en la cromatina
recién aislada. Los estudios de microscopía electrónica
confinuan la cxistencia de nucleosomas reconstituidos.
Además. la reconstitución de 1os nucleosolnas a partir
de DNA y de las histonas H2A, H2B, H3 y H4, es inde-
pendiente de la procedencia (organismo o céiula) de
varios de slls componentcs. La histona H 1 y la proteína
no histona no son necesarias para la reconstitución del
centro del nucleosoma.
En e1 nucleosoma, el DNA cstá en fonna de una
superespiral de hélice izquierda sobre la superficie de la
hiitona octamérica en fbma de disco, quc contiene un
tetrámero central H3-H4 (H3/H4): y dos dímeros H2A-
H2B (figura 38 2). Las histonas centralcs intcractúan
con cl DNA en cl ittterior de una supcrespiral, sitl so-
bresalir.
E,l tetrámero H3r-H4r por si mistuo puede confe-
rir propiedades similares a las de nucleosomas cn el
DNA, y por tanto ticne una función central en la for-
mación de los nucleosornas. La adición de dos dírneros
H2A-H2B estabiliza la partícula primaria y une fir-
Cuadro 38-1 . Posibles funciones
de las histonas modificadas
1. La acetilación de las histonas H3 y H4 está asociada con la activa-
ción o desactivación de la transcripción de genes (capítulo 44)'
2. La acetilación del centro de histonas está relacionada con el en-
samblado cromosómico durante la replicación del DNA.
3. La fosforilación de la histona H1 está vinculada con la condensa-
ción de los cromosomas durante el ciclo de replicación'
4. La ADP-ribosilación de las histonas está asociada con la repara-
ción del DNA.
Figura 38-1. Micrografía electrónica de nucleosomas unidos
por cadenas cle ácido nucléico (la barra representa 2'5 nm).
(Reproducida con autorizac¡ón de Oudet P, Gross-Bellard
M, Chambon P: Electron microscopic and biochemical evidence
that chromatin structure is a repeating unit Cell 1975:4.281 )

528. Organizctción, replicación
.v reparctcíón del DNA .
475
octaméricE
Figura 38-2. Modelo de la estructura de un nucleosoma, en
el cual el DNA está enrollado alrededor de la superficie de
rna proteína plana cilíndrica consistente en dos de cada una
de las histonas H2A,H2B, H3 y H4. Los 146 pares de bases
Cel DNA, que constan de 1.75 giros superhel¡coidales, es-
:án en contacto con la histona octamérica. Esto protege al
f NA de la digestión por nucleasas.
rremente a dos medias vueltas adicionales del DNA,
rreviamente unido sólo de manera laxa al (H3/f14)r.
\sí, 1.75 de giro superhelicoidal del DNA envuelve
-a superficie de la histona octamérica, protegiendo 146
:a¡es de bases del DNA y formando la partícula cen-
::al del nucleosoma (figura 38-2). Las partículas
--entrales están separadas por cerca de 30 pares de
:ases, que es la región de enlace del DNA. Lr .nayor
:arte del DNA forma una serie repetitiva de estas es-
.:ucturas, dando la apariencia de "rosario" cuando se
:raminan por microscopía electrónica.
El ensamble de los nucleosomas posiblemente está
*.:diado
por la proteína nuclear aniónica, [a nucleo-
plasmina. Las histonas, fuertemente catíónicas, pueden
,:rse de manera no covalente con el DNA fuertemente
. .rónico, mediante puentes salinos. De manera clara,
:.:as interacciones no específicas entre las histonas y
: DNA, podrían ir en detrimento de la formación de
-..:leosomas
y la función de la cromatina. La nucleo-
: ..smina es una proteína aniónica pentamérica que no
,: *ne al DNA ni a la cromatina, pero puede interactuar
-: nanera reversible con una histona octamérica im-
:
-.:ndo
así que ias histonas se adhieran de forma no
:.:3cíi-ica a superficies cargadas negativamente, como
. ::1 DNA. Parece ser que la nucleoplasmina, por
'
-:
- . mantiene en el núcleo un ambiente iónico diri-
: : - a Ia interacción específica entre las histonas y el
-
l; i ) el ensamble de los nucleosomas. Conforme se
:
- ,.rblan los nucleosomas, la nucleoplasmina se debe
:.:,: de 1as histonas. Los nucleosomas exhiben pre-
;
- : ,' i a por ciertas regiones de moléculas específicas
-: , \A. pero se desconocen las bases de esta distri-
"
-,. n no aleatoria, llamada ajuste de fase. Es pro-
:
- : .: ¡ Lle se relacione con la relativa flexibilidad físi-
- :: . r3rtas secuencias de nucleótidos que son capaces
-:
:-
- modar las regiones de enroscadura dentro de ia
--.::sOiral.
El superempacado de los nucleosomas en los nú-
cleos parece depender de la interacción de las histonas
H1 con los nucleosomas advacentes.
E§TRUCTURAS DE ORDEN SL'PERIOR
SON LAS RESPONSABLES
DE COMPACTAR LA CROMATINA
La microscopía electrónica de la cromatina revela dos
órdenes superiores de ssf¡us¡u¡¿
-la
fibrilla de 10 nm
y la fibra de cromatina de 25 a 30 nm- por encima
del propio nucleosoma. La estructura discordal del
nucleosoma tiene un diámetro de 10 nm y una altura
de 5 nm. La fibrilla de 10 nm parece consistr de nucleo-
somas cuyos bordes se tocan con 1as caras planas pa-
ralelas al eje de la fibrilla (figura 38-3). La fibnlla de
10 nm posiblemente se superenrolla con seis o siete nu-
cleosomas en cada giro, para formar la fibra de croma.
tina de 30 nm (figura 38-3). Cada uno de los giros del
superenrollado es relativamente plano, y las caras de
los nucleosomas de giros sucesivos quedarían en posición
paralela. Las histonas H1 aparentemente estabilizan a
la fibra de 30 nm, pero su posición, y no 1a de1 DNA
espaciador de la longitud variable, están claras. Es pro-
bable que los nucleosomas puedan formar una va¡iedad
de estructuras empacadas. Para poder formar un cro-
mosoma mitótico, la fibra de 30 nm debe compactarse
para reducir su longitud 100 veces (véase más adelante).
En los cromosomas en interfase, las fibras de
cromatina parecen estar organizadas en asas o dominios
de 30 000 a 100 000 pares de bases anclados en un ar-
mazón (o matriz de soporte) dentro de1 núc1eo, Dentro
de estos dominios, algunas secuencias de DNA pueden
estar localizadas no aleatoriamente. Se ha sugerido que
cada dominio de asa de la cromatina corresponde a una
función genética diferente, que contiene tanto regio-
nes codificadas como no codificadas del sen.
Fibra de 30 nm
Figura 38-3. Estructura propuesta de una fibra de cromatina
de 30 nm, que consiste en superhélices de seis fibrillas de
'10
nm de nucleosornas. El eje de la fibra de 30 nm es per-
pendicuiar al plano de Ia página.
Y

529. (Capítulo 38
476 ' Bioquímica de HorPer
l
l
ALGLJNA§ REGIONES
DH LA CROMATINA §ON "ACTIVA§"
Y üTR.AS SON 'INACTIVAS"
Por 1o general, cada célula de un organismo metazoario'
contieie la misma información genética en la forma
de 1as mismas secuencias de DNA' De esta manera'
las dif'erenci¿s entre los distintos tipos de cé1ulas dentro
de un organismo, se explican por la expresión diferen-
cial de lá información genética común' La cromatina
que contiene genes activos (es decir, cromatinatrans-
cripcionalmeñte activa), se ha demostrado que difiere
deia de regiones no activas. La estructura de nucleo-
soma en lairomatina activa parece estar alterada o aun
ausente en las regiones altamente activas' El DNA en
iu.ro*utinu uctiia contiene grandes regiones (cerca de
ioo OoO uut"t de largo) qrr" són sensibles a la digestión
por una nucleasa,iomo la DNAasa I' La DNAasa I
Iorta en una sola cadena de cualquier segmento del
nÑA (no hay especiflcidad por secuencia)' Digiere al
DNA no protegido por la proteína en sus componentes
áesoxinücleót]dos. La sensibilidad a la DNAasa I de
las regiones de cromatina que están siendo transcritas
de malnera activa, refleja sólo un potencial para la trans-
cripción más que la ftánscripción misma y, en muchos
sistemas, ," puid".o.."lacionar con la relativa carencia
de 5'-me-tildesoxicitidina en el DNA'
Dentro de las grandes regiones de la cromatina
activa existen extensiones cortas de 100 a 300 nucleó-
tidos que muestran una aún mayor sensibilidad (otras
10 veóes) a la DNAasa I. Estos sitios hipersensibles
quizá resultan de una conformación estructural que
favorece el acceso de la nucleasa al DNA' Estas re-
giones con frecuencia se localizan inmediatamente
ñacia arriba del gen activo y son los sitios en que las
estructuras nucleosómicas sufren intemrpciones oca-
sionadas por la unión de las proteínas no histonas'
(Capítuloi 39 y al) En muchos casos, parece que si
"n
g"n
", "upui
de transcribirse, debe tener un sitio de
hipérsensibiiidad a la DNAasa en la cromatina inme-
diatamente arriba. Las proteínas implicadas en la
transcripción, y aquéllas involucradas en mantener el
acceso a la cadena molde, llevan a la formación de
sitios hipersensibles. Los sitios hipersensibles propor-
.ionun, .on frecuencia, el primer indicio acerca de la
presencia y localización de un elemento de control de
1a transcriPción.
Desdé el punto de vista de la transcripción' la cro-
matina inactivi está empacada de manera densa durante
la interfase, como se obte.,a por medio de estudios de
microscopía electrónica, y se conoce como heterocro-
matina; la cromatina activa se tiñe menos densamente
y se le conoce como eucromatina' Por 1o general' la
áu".ornutinu se replica de manera más temprana en el
ciclo celular de mamíferos (véase más adelante) que
la heterocromatina.
Exi sten do s trpo s de hetero-cr4¿4atina¡lq-cotis¡tq1
¡
va y la facultattvá. La heterocromatina
lgnstitutiva
sieip.e está condensada y. pol tanto' inactÑa' La het"-
rocromatina constitutiva se encuentrc en las regrones
cercanas al centrómero cromosómico y en las ten-iri-
nales cromosórnicas (telómeros)' La heterocromatina
iacultativa puede est¿r condensada, pero. puede
transcribirse á. ,ru,l.ru activa-, y cq!a-1 1o-gondensad:
y upu..." oomo'éucromatina. De los dos miembros del
pui d. ..o-osomas X en las hembras de mamíferos'
ir, .to*oro-a X casi siempre está, transcripcional-
Á.n,", inactivo y es heterocromático' Sin embargo' e1
cromosoma X t éterocromático se descondensa durante
la gametogénesis y se torna, transcripcionalmente'
acñvo durante e1 inicio de la embriogénesis' por tanto
es, heterocromatina facultativa'
Ciefias células de insectos, por ejemplo' las del
Chironomtts, contienen crorlosomas gigantes que se
ñan replicado durante 10 ciclos sin separación de los
..o,rutidu, hijas. Estas copias de DNA se alinean lado
a lado en un registro preciso y producen un cromosoma
"r,
Uult¿u que iontierle regione s de crotlratina.conden-
,uOu y Uuraut Lgeras de crornatina más extendida La-s
regiones trar"rscripcionalmeffe
activas de estos cromo-
so"mas politenos están descondensadas en "borlas" que
contienen las enzimas responsables de 1a transcripción
y son los sitios de 1a síntesis de RNA (figura 38J)'
EL DNA SE ORGANIZA EI{
CROf\JOSOMA"S
En la metafase, 1os cromosomas de m¿mjfer$ poseen
i,* ¿ot t. simetría, con cromátidás heiiñanas idénti-
cas conectadas en un centrómero, cllya posición relativa
ás .a.acteristica para un determinaclo cromosoma (fi-
Áura 38-S). El centrórnero es una región A-T de cerca
á. f:O pares de bases, y une a varias proteínas cot-t
alta afinidad. Este cornpiejo. ilamado centro cinético'
proporciona e1 ancla para los husos nltotrcos' una es-
ilJt*" esencial paia la segregación cromosómica
durante la mitosis (figura 38-6)'
Los extremos de cada cromosoma contrenen es-
tftlcturas llamadas telómeros' Los teiórneros consisten
en secuencias ricas en TG cortas y repetidas' Los
telómeros humanos tienen un número variable de re-
peticiones de la secuencia 5'-TTAGGG-3',
1a cual se pue-
ie extender por varias kilobases' La telomerasa es la
enztmarespónsable de la síntesis del telórnero' y por
tanto, de mantener la longitud del telómero' Dado que
"1
u.á,tu-i.rrto del telómero se ha vinculado con la
i.unsfo,muciOn maligna (y el envejecimiento)' la telo-
merasa se ha convertido en un blanco atractivo para la
quimioterapia del cáncer. Cada cromátida hermana
contiene una molécula de DNA de doble cadena' Du-
rante 1a interfase, el empacado de 1a molécula de DNA
!l

530. Organi.zación, replicat:ión y repctración del Dlt{A . 177

''sc
BR3
AB
Figura 38-4. La correlación entre la actividad de la RNA
3climerasa ll y la síntesis de RNA. Varios genes son activa-
:cs cuando la larva de Chironomus tentants se somete a
:noque térm¡co (39 'C por 30 minutos). A: distr¡bución de Ia
INA polimerasa B (también llamada tipo ll) en el cromosoma
/ aislado de la glándula salival. La enzima se detectó por
rmunofluorescencia, usando un anticuerpo dirigido contra
3 pol¡merasa. Las bandas 5C y BR3 son específicas del
:'omosoma lV, y las flechas indican las borlas. B: Auto-
"adiograma de un cromosoma lV que se incubó en uridina-H3
:ara marcar el RNA. Nótese la correspondencia de la
^munofluorescencia con la presencia de RNA radiactivo
runtos). Barra =7
nm. (Reproducido, con permiso, de Sass
-' RNA polymerase B in polytene chromosomes. Cell 1982;
23.274. Detechos de autor O I982 por Massachusetts lnsti-
:-:e of Technology.)
.¡ menos denso que en el cromosoma condensado,
r.rrante la metafase. Los cromosomas en metafase son.
:anscripcionalmente, inactir.os.
El genoma haploide humano consiste de cerca de
,' x l 0" pares de bases o parcs dc nucleótidos y alrededor
-:
1.7 x 10r nucleosomas. De esta fon¡a, cada una de
's
23 cromátidas en cl genoma haploide hun.rano po-
::ra contcncr en promedio 1.3 x 10E nucleótidos cn
.ia rnolécula de DNA de doble cadena. La longitud
-: cada molécula de DNA se debe comprimir cerca de
r 000 veces para generar la estructura de un cromo-
.
r-na condensado en la mctafasc. En los cromosermas
-:'r.netafase. las flbras de cromatina de 25 a 30 nm
',:ribién
se doblan en una scrie de dominios en asa.
:) porciones proximales de las cuales están ancladas
. -rn annazón proteináceo no histona. La proporción
--' empacado de cada mo de los órdencs de la estruc-
..:¡ del DNA se resume en el cuadro 38-2.
E,l ernpacado de las nucleoproteínas dentro de las
. ,mátidas
no es al azar, como se evidencia por los
Figura 38-5. Las dos cromátidas hermanas de cromosoma
12 humano. (x 27,85O.) (Reproducido, con perm so, de
DuPraw EJ: DNA and Chromosomes. Hoit, Rinehart. and
Winston, 1970.)
Telómero
(TTAGGG),
Figura 38-6. Estructura esquemática de un cromosoma
humano en metafase. EI centrómero es una región rica en
A-T que se conecta con dos cromátidas hermanas durante
la metafase. También se une al huso mitótico. Cada extre-
mo del cromosoma termina en un telómero. el cual consiste
en una serie larga de secuencias repetidas. En el ser huma-
no, esta secuencia es (TTAGGG)".

531. 178 . Bioquímica de Harper
(CapítLlo 3,\
Forma de cromat¡na
DNA de doble hélice desnuda
Fibrillas de 10 nm de los nucleosomas
Fibras de 25-30 nm de nucleosomas su-
perenrollados
Cromosomas en metafase condensado de
las lazadas
Cuadro 38-2. Tasas de empacado de cada uno
de los órdenes de la estructura del DNA
Las regiones de codificación son,
con frecuencia, ¡nterrumPidas
DOr Secuencias intermedias
Las regiones de codificación del DNA, cuyos trans-
critos aparecen en el citoplasma como moléculas de
mRNA, por lo general son interrumpidas en el geno-
ma de eucariotas por grandes secuencias interme-
dias de DNA no codificante. Por consiguiente, 1os
transcritos primarios de1 DNA
-hnRNA-
contienen
secuencias intermedias no codificantes del RNA que
deben ser removidas en un proceso quejunta los seg-
mentos codificantes apropiados para formar el mRNA
maduro. La mayor parte de las secuencias codificantes
de un mRNA están interrumpidas en el genoma (¡
por tanto, en el transcrito primario) por al menos una
y tantas como 50 en algunos casos secuencia in-
temediaria no codificante (intrones)' En la mayoría
de los casos, los intrones son mucho más largos que
las regiones continuas de codificación (exones). El pro-
cesamiento de la transcripción primaria, que involucra
la remoción de los intrones y cl corte de exones adya-
centes, se describe en detalle cn el capítulo 39.
La función de las secuencias intennedias, o intro-
nes. no es clara. Pueden servir para separar dominio:
fr-rncionales (exones) dc la información codificada en
una forma que permita que el rear:reglo genótico por
rneclio de recombinación ocurra de manera más rápi-
da que si todas las regiones de codificaciól.r, para una
10 11
Tasa
de empacado
-
1.0
7-10
40-60
I 000
patrones característicos observados cuando 1os
cromoso- mas se tiñen con colorantes específicos cotlo
quina-crina o tinción de Giemsa (f,rgura 38-7).
De un individuo a otro, dentro de una misma es-
pecie, el patrón de tinción (en bandas) del cromosoma
complementario entero es altamente reproducible; no
obstante, esto difiere de manera significativa de 1o que
ocume en otras espccies, aun en aquéllas cercanamente
relacionadas. Así, el empacado de las nucleoproteínas
en los cromosomas de eucariotas superiores, de alguna
manera, dcpende de las características especie-espe-
cíficas de las moléculas dc DNA.
Una combinación dc técnicas especializadas de
tinción y de microscopía de alta re solución, ha permi-
ticlo a los genetistas elaborar un mapc muy preciso de
miles de genes en regiones específicas de los cro-
mosomas de ratón y humanos.
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14
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13
Figura 38-7. Un cariotipo humano (de un hombre con una constitución normal 46, XY), en el cual los cromosomas se hat
teñido con Giemsa y alineado de acuerdo a la Convención de París. (Cortesía de H Lawce y F Conte.)
L

532. Organizoc:iótt, replicttc:ión y reparación del DNA .
179
función genética determinada, fuesen contiguas. Así,
una tasa aumentada de reareglo genético de los do-
minios funcionales, podría permitir una evolución más
rápida de la función biológica. Las relaciones entre el
DNA cromosómico, los conglomerados de genes en
los cromosomas, la eshuctura exón-intrón de los genes
y elproducto final, del mRNA, se muestran en la figu-
ra 38-8.
MUCHO DEL GENOMA DE MAMÍFEROS
ES REDUNDANTE Y MUCHO
NO SE TRANSCRIBE
El genoma haploide de cada una de las células hurna-
nas consiste de 3 x 10e pares de bases de DNA, subdi-
vididos en 23 cromosomas. El genoma haploide com-
pleto contiene suficiente DNA para codificar cerca de
L5 millones de pares de genes. Sin embargo, 1os estu-
dios de la tasa de mutación y de las complejidades de
los genomas de organismos superiores, sugieren fuer-
temente que los seres humanos só1o tienen cerca de
100 000 proteínas. Esto implica que la mayor parte del
DNAno se codiflca, es deciq su infonnación nunca se
traduce en la secuencia de aminoácidos de una mo-
lécula de proteína. Sin duda, algunas de las secuencias
en exceso del DNA siwen para regular 1a expresión de
los genes durante el desarrollo, di.ferenciación y adap-
tación al medio ambiente. Una parte del exceso
Cromosoma
(2-4 r 103 genes)
Agrupamjento genético
(-20 genes)
T.anscripc¡ón primaria
claramente forma las secuencias intermedias que se-
paran las regiones de codificación de los genes, pero
mucho del exceso parece estar compuesto por muchas
familias de secuencias repetidas cuya función no se ha
establecido con claridad.
El DNA en un genoma eucariote se puede dividir
en diferentes "clases de secuencias". Estas son: secuen-
cias únicas o no repetitivas del DNA y secuencias
repetitivas del DNA. La secuencia única del DNA en
el genoma haploide incluye, por 1o general, una sola
copia de genes que codifican para proteínas. El DNA
repetitivo en el genoma haploide iacluye secuencias
que varían en el número de copias desde dos hasta
tantas como 107 copias por cé1u1a.
En los organismos eucariotes
más de la mitad del DNA se encuentra
en secuencias Únicas o no repetitivas
Este cá1culo (y la distribución de secuencias repetitivas
del DNA) se basa en una variedad de técnicas de
hibridización DNA-RNA. Técnicas similares se usan
para calcular el número de genes activos en una pobla-
ción de secuencias únicas del DNA. En las levaduras,
un eucariote inferior, se expresan cercade4 000 genes.
En un tejido típico de un organismo eucariote superior
(p. ej., hígado y riñón de mamíferos) se expresan en-
tre 10 000 y 15 000 genes. Por supuesto, encadatejido
se expresan diferentes combinaciones de genes y la
1.5 x 108 bp
1.5 x 106 bp
2 x'10abp
I x 103 nt
I
I
2 x 103 nl
:
;-ra 38-8. La relación entre el DNA cromosómico y el mRNA. El complemento de DNA humano haploide de 3 x 1O! pares
:; ::ses (bp) está distribtrioo entre 23 cromosomas. Los genes están agrupados en estos cromosomas. Un gen promedio
- -=13 tener de 20 000 bp de longitud, incluyendo Ia región reguladora (área sombreada), la cual se localiza. por lo general,
--
=:erminal
5'del gen.Laregiónreguladorasemuestraaquíadyacenteal sitiodeiniciodelatranscr¡pción(flecha).Muchos
:
=-"-'
eucariotas tienen exones e intrones alternados. En este ejemplo, existen nueve exones (áreas en azul oscuro) y ocho
-"--es
(áreas en azul claro). Los intrones se remueven del transcrito primario por Ia reacción de procesamiento, y los
:: -:s se ligan en secuencia para formar el mRNA maduro. (nt, nucleótidos.)
I

533. 480 .
Bioquími.ca de Harper (Capítulo 3;
foma en que esto se realiza es una de las principales
preguntas sin respuesta en la biología.
En el DNA humano, por lo menos
20 a 30% del genoma, consiste
en secuencias repetitivas
Las secuencias repetitivas del DNA pueden clasi-
ficarse de manera general como moderadamente
repetitivas y altamente repetitivas. Las secuencias
altamente repetitivas tienen una longitud de 5 a 500
pares de bases, repetidas muchas veces una tras otra.
Estas secuencias, por lo general, se encuentran en con-
glomerados en el centrómero y telómero del cromo-
soma, y están presentes en cerca de 1 a l0 millones de
copias por genoma haploide. Estas secuencias son
transcripcionalmente inactivas y pueden tener un pa-
pel estructural en el cromosoma.
Las secuencias moderadamente repetitivas que se
dellnen como aquellas con menos de 106copias por
genoma haploide no están como conglomerados, sino
intercaladas entre secuencias únicas. En muchos ca-
sos, esta gran intercalación repetida se transcribe por
la RNA polimerasa II y contiene "cubiertas" indistin-
guibles de las del rnRNA.
Dependiendo de su longitud, las secuencias mo-
deradamente repetitivas se clasifican en secuencias
repetidas intercaladas grandes (LINE, del inglés /orzg
interspersed repeat sequences) o secuencias repeti-
das intercaladas cortas (SINE, del inglés.s/zort inters-
persed repeat sequences). Ambos tipos parecen ser
retroposones, es decir, surgen del cambio de una po-
sición a otra (transposición) a través de un interme-
diario del RNA, por la acción de la transcriptasa reversa
que transcribe un molde de RNA a DNA. Los genomas
de mamíferos contienen de.25 a 50 mil copias de 1as
LINE de 6 a 7 kilobases. .Estas representan familias
especie-específicas de elen-rentos repetidos. Las SINE
son más cortas (70 a 300 pares de bases) y puede ha-
ber más de 100 000 copias por genoma. De 1as SINE
en el genoma humano, una familia, la familia Alu,
está presente en cerca de 500 000 copias por genoma
haploide y representa por lo menos de 5 a 60A del
genoma humano. Los miembros de la familia Alu hu-
mana y sus análogos cercanamente relacionados en
otros animales, se transcriben como componentes in-
tegrales de1 hnRNA, o como moléculas discretas de
RNA, incluyendo las bien estudiadas 4.5 S RNA y 75 RNA.
Estos miembros particulares de la familia están alta-
mente conservados dentro de una especie, así como
entre especies de mamíferos. Los componentes de se-
cuencias repetidas intercaladas cottas, incluyendo a
los miembros de la familia Alu, pueden ser elementos
móviles, capaces de saltar dentro y fuera de varios si-
tios dentro del genoma (véase más adelante). Esto
puede tener resultados desastrosos, como se ejempli-
fica por la inserción de secuencias Alu en un gen, ctl i.j
rnulación causa neurofi bromatosis.
Secuencias repetitivas microsatélites
Una categoría de secuencias repetitivas existe tanto de
manera dispersa como agnrpada una tras otra. Las se-
cuencias consisten de 2 a 6 pares de bases repetidas
hasta 50 veces. Es común que estas secuencias micro-
satélites se encuentren como dinucleótidos repetidos
de AC en una cadena y como TG en la cadena opues-
ta, pero algunas otras formas ocuren, incluyendo CG.
AT y CA. Las secuencias repetidas AC se calcula que
se presentan en 50 000 a 100 000 sitios en el genoma.
En cualquier locus, el núlnero de estas repeticiones.
puede variar en los dos croú1osomas, de esta manera
se proporciona la heterocigosidad del número de co-
pias de un número pafiicular de microsatélites en un
individuo. Esta característica es heredable y, debido a
su número y la faciiidad de su detección mediante e1
uso de la reacción en cadena de la polimerasa (PCR.
del inglés polymerose Chctin Reaction) (.capífulo 42¡.
la repetición de AC es muy útil en la construcción de
los mapas genéticos de eslabonamiento. Muchos de
los genes están asociados con uno o más marcadores
microsatélite, por lo que la posición relativa de los
genes en los cromosomas se puede evaluar, así como
también la asociación de un gen con el padecimiento.
Mediante el uso de la PCR, en un gran número de
miembros de la familia se puede explorar ia presencia
de cierlos polimorfismos del microsatélite. La aso-
ciación de un polimorfismo específico con un gen en
los miembros afectados de la familia
-y
1a carencia
de esta asociación en miembros no afectados puede
ser el primer indicio acerca de las bases genéticas de
un padecimiento.
Las secuencias de trinucleótidos que aumentan en
número (inestabilidad del microsatélite) pueden oca-
sionar un padecimiento. La secuencia repetitiva ines-
table p(CGG), está asociada con el síndrome del cro-
mosoma X frágil. Otras repeticiones de trinucleótidos
que sufren mutación dinámica (por 1o general un aumen-
to), están vinculadas con la corea de Huntington
(CAG), la distrofia miotónica (CTG), la atrofia muscuiar
espinobulbar (CAG) y la enfermedad de Keruredy (CAG)
EI- MATERIAL GENÉTICO §E PUEDE
AI.TERAR Y REORDENAR
Una alteración en la secuencia de las bases de purina
y pirimidina en un gen debida a un cambio, una elimi-
nación o una inserción de una o más bases puede
resultar en un producto genético alterado, que gene-
t-
t,
I:
:
.

534. Organizaciriru replicación v reparación del Dl'{A .
481
:¡lmente es una proteína. Estas alteraciones en el ma-
.:ria1 genético resultan en una mutación, cuyas conse-
;uencias se mencionan con detalle en el capítulo 40.
La recombinación de los cromosomas
es una forma de reordenamiento
del material genético
La inlormación genética puede intercambiarse entre
cromosomas similares u homólogos. El evento de in-
tercambio o recombinación ocurre principalmente
durante la meiosis en las células de mamíferos, y re-
quiere de ia alineación de cromosomas horr.rólogos,
ilisma que casi siempre ocurre con gran exactitud. Un
proceso de entrecnrzamiento ocurre como se muestra
en la figura 38-9, y trae como consecuencia nn inter-
cambio igual y recíproco de información ger.rética entre
cromosomas homólogos. Si los cromosomas homó-
Logos poseen diferentes alelos de los mismos genes, el
¡ntrecruzamiento puede producir diferencias de esla-
bonamiento genético notable y heredable. En el caso
poco común en que la alineación de los cromosomas
homólogos no es exacta, el evento de entrecruzamien-
to o recombinación puede resultar en un intercambio
desigual de información. Un cromosoma puede reci-
'rrr
menos material genético y por tanto una deleción,
en tanto que el otro miembro del par de cromosomas
recibe más material genético y por tanto se presenta
una inserción o duplicación (figura 38 9). Un entre-
;ruzamiento desigual puede suceder en los humanos,
.omo se evidenció por la existencia de las hemoglobi-
nas lla¡nadas Lepore y anti-Lepore (figura 38-10). Un
entrecruzamiento desigual afecta el ordenamiento del
DNA repetido uno tras otro, ya sea que se trate de genes
de globina relacionados, como en la figura 38 10, o de
DNA repetido más abundante. El entrectuzamiento
desigual a través de un deslizamiento del apareamien-
:o. puede resultar en la expansión o en la contracción
en el número de copias de la familia repetida y puede
;ontribuir a la expansión y fijación de 1as variantes a
,o largo del ordenamiento.
La integracién crornosóm¡ca
se presenta con algunos virus
.\igunos virus bacterianos (bacteriófagos) son capaces
Je recombinarse con el DNA de un huésped bacteriano, de
ranera que la información genética del bacteriófago
.e incorpora en foma lineal a la información genética
:el huésped. Esta integración, que es una forma de
. ¡combinación, ocurre por el mecanismo ilustrado en
: figura 38 il. Se rompe el esqueleto del genoma
-ircular de1 bacteriófago así como el de la molécula
:¡l DNA del huésped, y las tetminales apropiadas se
::sellan con la polaridad apropiada. El DNA del
Figura 38-9. proceso de entrecruzamiento entre cron-loso-
mas homólogos para generar cromosomas recomb'rnantes.
bacteriófago se estira ("linearizado") a medida qLre se
integra a la molécula del DNA bacteriano^ cot.t tt'e-
cuencia como un cÍrculo cerrado. El sitro en c1 cual e1
genoma del bacteriófago se integra o se recoutbina con
el genoma bacteriano, se selecciona por r-uro d.' dos
mecanismos. Si el bacteriófago contiene en e1 DNA
una secuencia homóloga a una sccuencia en la mo-
lécula de DNA del huésped, puede ocun'ir un evento de
recombinación análogo al que se presenta entre cro-
mosomas homólogos. Sin embargo, algurros bacteriófa-
gos sintetizan proteínas que se unen a sitios específ,icos
de los cromosomas bacterianos en un sitio no homólo-
go característico de lamolécula de DNA de1 bacteriófago.
La integración ocurre en el sitio y se dicc que es "espe-
cífica de sitio".
Muchos virus de animales, en pafiicular ios virus
oncogénicos de manera directa o. en el caso de vi-
rus RNA, sus transcritos del DNA pueden ser in-
tegrados en los cromosomas de la célu1a de mamífe-
ros. La integración del DNA de los virus de animales
en el genoma animal, no esl por lo general, "específi-
ca de sitio".
I
I
I
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535. (Copíru'L :'
182 . Bioquímica de HarPer
/
'3ll;"
cy Ay u ( $.,
---r--J:
d"=-
GT A"Y \
\
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@
GY A1'
,"§r*
La transposición Puede Produc¡r
genes procesados
En las células eucariotas, elementos pequeños del DNA
que claramente no son vilus, son capaces de transpo-
nerse ellos mismos dentro y fuera del genoma del
huésped en formas que afectan la función de las se-
".r.n"iu,
vecinas del DNA. E,stos elementos móviles,
algunas veces llamados "DNA saltatorio", pueden aca-
rréar las regiones del DNA que los flanquean, y por
tanto, afectar profundamente la evolución' Como se
menóionó previamente, la familia Alu de secuencias
moderadaáente repetidas del DNA, tiene caracterís-
ticas estructurales iimilares a las de las terminales de
CBA
-|re*@
Figura 38-1
't . La integración de un genoma circular de un
ba"cteriófago (con genés A, B y C) dentro de la molécula de
DNA de un huesped (con genes 1 y 2) y el ordenamiento
consecuente de los genes.
Fioura 38-10. El proceso de entrec'-' -'
mÉnto desigual en la regiÓn dei genon'a :-
mamíferos que contiene los genes estru:-
turales de Ia hemoglobina y la generac c-
de productos desiguales de hemoglob r'
delta-beta Lepore y beta-delta anti-Lepo':
recombinantes. Los ejemplos muestran ¿
localización de las regiones de entrecruza-
miento entre los residuos de aminoácidos
(Redibujado y reproducido. con permiso c=
Clegg J'8, Weatherall DJ:
130
Thalassem';
Timélor a reappraisal? Lancet 1974; 2:1 33
los retrovirus, 1o que podría explicar su capacidad para
moverse dentro y fuera del genoma de mamíferos'
La evidencia directa de la transposición de otros
pequeños elementos del DNA dentro del genoma hu-
*uno, t" basa en el descubrimiento de "genes proce-
sadosi' de moléculas de inmunoglobulinas, moléculas
u-globina, y algunas otras. Estos genes procesados
coisirten eá secuencias de DNA idénticas o casi idén-
ticas a las del RNA mensajero para el producto genético
apropiado. Es decir, la región 5' no transcrita, la re-
giOn'a" codificación sin intrones, y la terminal poli
(al :', están presentes de manera contigua' Este par-
il.r.rtu. arregló de la secuencia de DNA debe haber
resultado dJ la ffanscripción reversa de una molécu1a
de RNA mensajero procesado apropiadamente, de 1a
cual se removieion lós intrones y se añadió la terminal
poli (A). El único mecanismo conocido que podría
'habei
usado el transcrito reverso para integrarse a1
genoma, podría ser un evento de fansposición' De hecho'
éttot "g"n.t procesados" tienen repeticiones cortas en
cada eitremb, tal como se conocen las secuencias
transposicionadas en los organismos inferiores' Algunos
de lás genes procesados han sufrido alteraciones a1
azar a trávés dé la evolución, por lo que ahora contienen
codones sin sentido que impiden su expresión (capí-
tulo 40). Se les conoce como "pseudogenes"'
La
da
conversión de los genes
lugar a reordenam¡entos
Además del entrecruzamiento desigual y la transposi-
ción, un tercer mecanismo puede efectuar cambios rá-
pidos en el material genético. Secuencias similares en
iro*oro-ut homólógos o no homólogos pueden, de
manera ocasional, aparear y eliminar cualquier secuen-
cia mal pareada entre ellos. Esto podría conducir a la
fijacióniccidental de una variante u otra en toda una
fu*itiu de secuencias repetidas y por tanto' homolo-
gar las secuencias de loJmiembros de las familias de
DNA repetitivo. Este último proceso se conoce como
conversión genética.
I
i:'
I

536. tn
los organismos eucariotes diploides, como el ser
rurnano, después de que las células han progresado a
::ar és de la fase S, tienen un contenido tetraploide de
l\A. en la fbrma de cromátidas hermanas de los pa-
:es de cromosomas. Cada una de estas cromátidas
l:ermanas contiene información genética idéntica, de-
rdo a que cada una es un prodr-rcto de la replicación
.¡i.niconservadora de la molécula de DNA progenitora
:a ese cromosoma. El entrecmzamiento ocurre entre
:stas cromátidas hermanas genéticamente iguaies, por
:,rnto, estos intercambios entre cromátidas herma-
nas (figura 38 12) no tienen consecuencias gcnéticas,
.rc-r1lpre que el intercambio sea el resultado de un en-
::ecruzamiento igual.
:n las células de mamíferos, algunos interesantes
:rrreglos genóticos ocuffen normalmente durante el
::sarollo y la dif-erenciación. por
ejemplo, en los ra-
'nes 1os genes V,_ y C¡ de una sola molécula de
::n.runoglobulina (r,éase capítulo 4l), están amplia-
: ente separados en el DNA de la línea genninal. En
Organización, replicación y reparac:ión del DNA . lg3
el DNA de una célula diferenciada que produce inmu-
noglobulina (plasma), los mismos genes VL y C¡ se
han acercado físicamente en el genoma y se han incor-
porado a la misma unidad de transcripción. Sin embar-
go este reordenamiento del DNA durante la diferencia-
ción no lleva a los genes V. y C¡ a la contigüidad en el
DNA. En cambio, el DNA contiene una secuencia in-
tercalada o interrupción de cerca de i 200 pares de
bases en o cerca de la unión de 1as regiones V y C. La
secuencia intercalada se transcribe en el RNA junto
con los genes V¡ y C¡_, y la intbrmación intercalada se
remueve del RNA durante su procesamiento nuclear
(capítulos 39 y 4l).
La principal función de la replicación del D\- se en-
tiende que es la provisión de una progeniL- cLrn 1a
jnlor-
mación genética poseída por 1os padres. -\si. la repl-
cación clel DNA debe ser completa y ller ada a cabo con
una aita fidelidad para mantener 1a estabiiided qenerica
dentro <,1e1 organismo y ltrs especies. Este prie so dc
replicación dcl DNA es complejo e inr olucr-a ntuchas
Figura 38-12. lntercambio de cromátidas hermanas
entre cromosomas humanos. Éstos son detectables
ccn la tinción de Giemsa de los cromosomas de
célu¡as después de dos ciclos de replicación en pre-
sencia de bromodesoxiuridina. Las flechas indican
algunas de las regiones de intercambio. (Cortesía
deSWolffyJBodycote.)
f.-
.§
-I
*96 ,.t &?
,u+*=
¿F*n É:* -*
i4 +t-
§ it E
€ -1?&r-
¿.,-A r+¡p
t*Y
%t
%,

537. 484 ' Bioquimica de HarPer
ti
t".
t
funciones celulares y algunos procedimientos de ven-
ficación, para asegurar la frdelidad de la replicación'
ó"."u áá 30 proleínas están involucradas en la
replicación del cromosoma de E. coli,y este proceso
es sin duda más complejo en los organismos eucariotes'
iu, pri-"t^ observácibnes énzimáticas sobre la repli-
caci'ón del DNA se realizaron en E coli porKombetg'
quien describió en este organismo, la existencia de una
enzima ahora conocida como DNA polimerasa I' Esta
enzima tiene múltiples actividades catalíticas, una es-
t u.t*u .o-plej a y un requerimiento del trifosfato de
los cuatro desoxinibonucÉótidos
de adenina, guanina'
ciiosina y timina. La reacción de polimerización catali-
Áá"poí la DNA polimerasa I de E' coli,ha servido
"o-o
o, prototipó para todas las DNA polimerasas
tanto de piocarioias óomo de eucariotas, aunque ahora
," ,""oró"" qrr" la principal firnción de esta polimerasa
es completaila replicación de la cadena retardada'
-- -
s;to¿u* las óélulas, la replicación puede ocurrir
sólo deunmolde de DNA deuna solacadena (ccDNA)'
Bt r"""t.io que existan mecanismos para identificar el
,itio A" iniciación de la replicación y para desenrollar
el DNA de doble cadena (dcDNA) en esa región' En-
tonces se debe formar el complejo de replicación' Una
u", qr" t"
"o-pleta
la replicación en un área, la cadena
proglnitora y ia cadena hija deben reformar dcDNA'
'S"ñ;
celuht eucariotas, debe ocunirunpaso adicional;
el dcDNA debe reformar de manera precisa la estructu-
ra de la cromatina, incluyendo a los nucleosomas' que
existíaantes del inicio de lareplicación' Armque estepro-
ceso no esábien comprendido en las células eucariotas
se ha descrito de manera muy precisa en células pro-
cariotas, y se piensa que los principios generales son
los mismls ei ambos-casos' Los pasos principales se
eJistan en el cuadro 38-3, se ilustran en la figura 38-13
y se discuten, en secuencia, más adelante' Diversas
prot"ínut, muchas con acción enzimálica específica'
están involucradas en este proceso (cuadro 38-4)'
la oroteína O a cuatro sitios adyacentes'Enla E' coli'
et b¡C se une a la proteína dnaA. En ambos casos, s&
ior-u ,, complejó consistente de 150 a 250 pares de
úát"t d"t DNA y multímeros de la proteína de-unión
á"f ONe. Esto conduce a la desnaturalización local y
el desenrollamiento de una región adyacente del DNA
rica enA+ T. De manera funcional, se han identificado
secuencias de repHcación auténomas (SRA) simila¡es
en las células de levadura. Las SRA contienenuna se-
cuencia de 1 I pares de bases degeneradas llamada ele
mento de origen de la replicación (EOR)'-EI EOR
r" ,"" u *
"oi3rrto
a. proteínas, análogas a la proteí-
na dnaA de E ioli,llamado colectivamente complejo
Aef otig"n de la replicacién (COR)' EI COR se loca-
liza ad{acentea una secuencia rica enA-T de alrededor
á" tO pur"t de bases, que es fácil de desenrollar' Ésta
r" ifu-u elemento de desenrollamiento del DNA
óüq
El DUE es el origen de lareplicación en la le-
vadura.
Las secuencias de consenso similares en la estruc-
tura o firnción a ori o SRA, no se han descrito de manera
precisa en las células de mamíferos, ni tampoco se han
identificado las proteínas que se unen a estas secuencias'
Desenrollamiento del DNA
La interacción de las proteínas con ori, defrne el sitio
á" i"i.io de la repücáción y proporciona una región
corta de ccDNA ésencial pará el inicio de la síntesis
de la cadena de DNA naciente' Este proceso requiere de
üiormaciOn de un número de interacciones proteína-
proteína y proteína-DNA- Un paso crítico es el pro-
;;r;i;;"áJ
por una DNA heiicasa que pemite el
iesenrollamilnto progresivo del DNA' Enla E',coli no
iri""tu¿u, esta función la provee un complejo de dnaB
helicasa y la proteína dnaC' Las proteinas-de uilon
det DNA de una sola cadena (SSB) estabilizan este
comptejo. EnE. coliinfectada con el fago )', laproteí-
na f'CIi fago se une con la dnaB y el complejo P/dnaB
," r.r" .orioril, mediante la interacción con la proteí-
na O. La dnaB no es una helicasa activa cuando está
en el complejo P/dnaB/O' Tres proteínas de choque tér-
mico de li E. col¡ (dnaK, dnal y GrpE) cooperan para
i.*u"t tuptoteínaP y activan a Ia dnaB helicasa' En
ffieraciOn
con SSÉ, esto conduce al.desenrolla-
miento del DNA y una replicación activa' En esta
forma, la replicación del fago )' se lleva a cabo a ex-
p""tuí ¿" fui"plicación de licélula de E Coli huésped'
Formaclon
qe la ¡lL'lt{urrra
de replicación
Una horquilla de replicación c'.¡nsiste de cuatro compo-
"""t"t
que se forman en la siguiente secuencia:- 1) la
oÑÁ ft.jfi"uta desenrolla un segmento corto del DNA
En el origen de la replicacién (ori), existe una aso-
ciación de proteínas que se unen a secuenclas especl-
ficas del dcbNA con una serie de secuencias del DNA
áe iepetición directa. En los bacteriófagos l" el oril" une
Cuadro 38-3' Pasos involucrados
en la replicación del DNA en eucariotas
1. ldentificación de los orígenes de la repllcación
2. Desenrollamiento (desnaturalización) del dcDNA para proporclonar
un molde ccDNA.
3. Formación de una horquilla de replicación'
4. lnicio de la slntesis de DNA y elongación'
S. FormaciÓn Oe las burbujas de replicación con ligado de los segmen-
tos de DNA recién sintetizados.
6. Reconstitución de la estructura de la cromatina'
(Capítulo 38t
t

538. Organización, replicación y reparación del DNA .
485
Begión rica
enA+T
de unión ori
(o)
Cuadro 38-4. Clases de proteínas
involucradas en la repl¡cación
Preüene el reanillado prematuro
del dcDNA.
Sella las muescas de la cadena
sencilla entre Ia cadena naciente
Horquil,a de replicación
@ =
pdimerasa
<--
= DNA neienie
-
=RllAdei*icio
ffi = Helicasa
§ = Primasa
r¡r
=
SSB
dúplex progenitor; 2) una primasa inicia la sintesrs de
una molécula de RNA que es esencial para preparar la
síntesis de DNA; 3) la DNA polimerasa inicia la sín-
tesis de 1a cadena hija naciente; y 4) las SSB se unen a
la ccDNA e impiden el reanillamiento prernaturo del
ccDNA a dcDNA. Estos componentes se ilustran en
la figura 38-13.
La holoenzima polimerasa III (el producto del gen
dnaE de la E. coli) se une al molde de D\A como
parte de un complejo multiproteico que consrste en
algunos lactores accesorios de la polimerasa (P. y, 6,
6' y t). Las DNA polimerasas sólo sintetizan DNA en
la dirección 5' a3' y sólo uno de los diferentes tipos de
polimerasa actua en la horquilla de replicación. De-
bido a que las cadenas del DNA sor.r antiparalelas
(capítulo 37),la polimerasa funciona de manera asi-
mótrica. En la cadena directriz (anterógrada), el DNA
se sintetiza de forma continua. En la cadena retarda-
da (retrógrada), el DNA se sintetiza en fragmentos
Proteína
¿¿-----
Factores de
unión,
formación de
la orquilla de
replicación.
inicio de ia
reolicación
Figura 38-13. Pasos involucrados en la replicación del DNA. Esta figura describe la replicación del DNA en una célula de E.
-'cl/, pero los pasos generales son similares en los eucariotas. Una iñteracción específica de una proteína (la proteina O) en
: origen de la replicación (ori) resulta en un desenrollamiento local del DNA en una región adyacánte rica én A + T. En esta
:'ea el DNA se mantiene en la conformación de cadena sencilla (ccDNA) por las prot,eínas de unión de la cadena senctlla
SSB)' Esto permite que una variedad de proteínas, incluyendo la helicasa, primasa y DNA polimerasa, se unan e inicren la
. ntesis de DNA. La horquilla de replicación procede conforme la síntesis de DNA ocurre de manera contirrua (flecha larga) en
¿ cadena directriz, y de manera discontinua (flechas cortas) en la cadena retardada. El DNA naciente es siempre slnteiizado
:r la direcciÓn 5' a 3', dado que la DNA polimerasa puede adicionar un nucleótido sólo en la terminal 3' de una cadena de DNA.
=iteínas de unión de la cadena
-'rcilla
Liberación de la tors¡ón de la ca
dena que resutta del desenrolla-
miento irducido por la helicasa.
]
y los fragmentos de Okazaki de
i la cadena retardada.
RegiónA+Tde
desnaturalización
+
de la unión
de SSB(.)
I
I
I
\
\
Cadena
directriz
Polimerasa
Helicasa
Pr¡masa
Cadena
retardada
Proteína Función
INA polimerasas
ielicasas Desenrollamiento del DNA.
oporsomerasas
:\A primasa h¡cia la síntesis del RNA inicia-
dor.
:'.A ligasa

539. (CapítuLo 3E,
486 ' Bioquímic:tt de HarPer
corlos (1 a 5 kilobascs), que son los llamados. frag-
mentos de Okazaki. Aigunos fragmentos.de Okazaki
if-r"ra"
ZSOI se cleben sintetizar en secuencia para cada
iiorquilla de replicación. Para asegurar que esto.suceda'
1a helicasa actira en la cadena retardada para desenro-
llar el dcDNA en la dirección 5' a 3" La helicasa se
asocia con la primasa para penlitir el acceso apropiado
al molde; esü pennite que se eiabore el RNA inicia-
áo. y, o ..irr.r, que 1a polimerasa inicie la replicación del
DNA. Ésta es una imporlante secuencia de reacciones
debido a que la DNÁ polimerasa no puede iniciar la
síntesis debNA de rrouo. El complejo móvil entre la he-
licasa y la prilnasa se ha llamado un primosoma' A
*"¿iAá que 1a síntesis de un fiagmento dc Okazaki se
.on.,pt"tá y se libera la polimerasa, t"
tu
sintetizado
.,r-, nr.uo it-ti.iudo.. La misma molécu1a de polimerasa
se mantiene asociada con la l"rorquilla de replicación y
lio."a.
a sintetizar el siguiente fragmento Okazaki'
Cuadro 38-6. Comparación de las DNA
polimerasas de procariotas y eucariotas
Función
E' @1,
't twa"'t'ctvt
'
I c Llenado del interyalo y síntes¡s de la
cadena retardadá'
ll e L Correcc¡ón y reparación del DNA'
i S
L Reparación del DNA'
Síntesis del DNA mitocondrial'
lrL
-I
u I ó Procesiva, síntesis de la cadena
directriz
Varias moléculas diferentes de DNA polimerasa se re-
quieren para la replicación del DNA' Estas moléculas
*.pu.ün tres piopiedades importantes: 1) elonga-
ción ae la cadena, i) procesividad* y 3) corrección'
La elongación de la cádera es responsable de.la tasa
1en nucÉótidos por segundo) a la que ocurre la poli-
meilracior. La'proceiividad es una expresión del
número de nucleótidos adicionados en la naciente ca-
áena antes de que la polimerasa se desprenda del
molde. La correóción de la función identifica los erro-
res en la copia y los corrige. En la E colr, la polimerasa
III (pol III) funciona en ta horquilla de replicación'
O" i'o¿as las polimerasas, ésta cataliza la mayor tasa
áe elongació, ¿" tu cadena y es la más procesiva' E's
iupu, {"polimerizar 0.5 miles de bases de DNA du-
,unt" un éi.lo
"n
la cadena directriz' La pol III es un
complejo de proteína grande de 10 subunidades (> I MDa)'
qu"Lt
"t
p.Ldu"to del gen tlnaE delc'E' coli' Las dos
subunidaáes B idénticasde la pol III circundan al molde
de DNA en una "pinza" deslizante, la cual explica la
estabilidad del complejo y el alto grado de procesi-
vidad que muestra la enzima'
La polimerasa II (pol II) está involucrada-princi-
palmenie en la comección y la reparación delDNA' La
iolimerasa
I (pol I) completa la síntesis de la cadena
Lntre los fragÁentos de Okazaki en la cadena retarda-
da. Las células eucarióticas tienen contrapartes para
cada una de esas enzimas, más algunas adicionales'
Una comparación se muestra en el cuadro 38-5'
En células de mamíferos, la polimerasa puede
polimerizar cerca de 100 nucleótidos por segundo' una
iuru po. lo menos 10 veces menor que la tasa de
-
Catallza la adición de una serie de nucleótidos (20 o más) siu
dcsprcndcrse de la cade¡a molde'
polimerización de los desoxinucleótidos por el cot¡-
ii.¡o
t u.t.tiu"o DNA-polimerasa' Esta tasa reducida
poáría ser consecuencia cle interferencia por parte de
io. nrcl.oro*as. No se conoce cómo el compleio de re-
plicación se relaciona con los nucleosomas'
La iniciación de la síntesis de DNA (figura 38-14) re-
[Ue."
aet cebado por un tramo corto de RNA' de
cerca de 10 a 200 nucleótidos de longitud' Este proce-
so de cebado involucra el ataque nucleófilo por el
liupo
3'-hidroxilo del RNA progenitor sobre é1 fosfato
á O"t prl*e. trifosfato de dexosinucleósido entrante
lN
en ia tgu.a 38-14) con el desprendimiento
d.e piro-
iosfato, Él g.upo 3'-hidroxilo del desoxirribonu-
cleósido moiofósfato recién unido, qúeda libre para
llevar a cabo un ataque nucleófilo sobre el siguiente
tiitortuto de desoxiriibonucleósido
entrante (N + 1 en
iu iigu.u 38-14), de nuevo en el fosfato u' con el des-
,i"n?mi""ro
de pirofosfato' Por tanto, la selección
["i á"to*i..iuo.t róI.ótido apropiado cuyo grupo 3'-hi
droxiio se va a atacar, depende de un correcto apa'
reamiento de bases con laotra cadena de la molécula
¿" nNA, de acuerdo con las reglas propuestas origi-
nalmente por Watson y Crick (figura 38-15)' Cuando
un i"ti¿uo ¿" adenina áesoxirribonucleósido
rnonofos-
iorilo está en el molde, una timidina trifosfato entrará
f ,u tortuto cr será atacado por e1 grupo 3'-hidroxilo
áel desoxirribonucleósido monofosforilo más recien-
temente agregado al polímero' Por este proceso
p.og."siro"et riolde dicia cuál desoxirribonucleósido
iritÁtuto es complementario y por medio de puentes
á" ttia.ág"no 1o mantiene en su lugar, en tanto que el
g.upo :ilria.oxilo de la cadena creciente ataca e in-
!o.po.u el nuevo nucleótido al polímero'.Estos seg-
."itot de DNA unidos a un RNA progenitol son los
fragmentos de Okazaki (figura 38-16) En los ma-
mífáos, después de que se generan muchos fragmento;

540. Organización, replicación y reparación del DNA .
487
Entrada det pr¡mer dNTp o..
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t-P.t v
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:
;-ra 38-14. La iniciación de la síntesis de DNA a partir de un RNA iniciador y la unión subsecuente del segundo desoxirri-'-
.: eósido trifosfato.
RNA inicaador (cebador)

541. (Capítulo 3 |
488 ' Bioquímica de HarPer
RNA iniciador
Molde de DNA
Figura 38-15' La síntesis de DNA iniciada por RNA' demuestra
progenitor.
de Okazaki, el complejo de la replicación comienza a
remover los RNA progenitores para llenar los espa-
cios dejados po. su remoción con el desoxinucleótido
"o^pü*""turio,
y después unir los.fragmentos de
óÑÁ.""i¿" sintetizado por medio de las enzimas lla-
madas DNA ligasas.
La replicación muestra Polaridad
Como se mencionó; las moléculas deDNA son de doble
"ud"nu
y las dos cadenas son antiparalelas' es decir'
van en sóntidos opuestos. En los procariotas y eucariotas'
6
la función de molde de la cadena complementaria del DNA
lareplicacióndelDNA
ocurre en ambas cadenas dema-
*rá's*Jt¿n"a. Sin embargo, una enzima capaz de poli-
merizar el DNA en la dirección a 3' a 5' no existe en mn-
Sún otg*it*o, por lo que las dos cadenas del DNA recién
i"oti"íao no puid"n
"*"t ",
la misma direeción de ma-
iJ* *i.ort¿i""a. No obstante' la misma enzima repli-
"u
u*Uut
"u¿"tt*
almismo tiempo' Estaenzimareplica
.*
""J"*
Ctadena
directriz") de manera continua en la
air*"1* S'
"
:' con lamisma dirección general h¿cia ade
lante. La otra cadena se replica ('tadena retardada') de
maneradiscontinuapolimerizando
los nucleótidos en gru-
p* á" rio a zso nüteotidos, también en la dirección de
DNA molde
FFts
BNA
recién sintetizada ,'t
h
I 10 bD
iniciador l<+1-(-
loobp
-+l
F'
Fragmentos Okazaki
Figura3S_16'Lapolimerizacióndiscontinuadelosdesoxirribonucleósidosylatormacióndelosfragmentosdeokazaki

542. Organización, replicación y reparación del Dl'lA .
489
5
'
a 3 ' pero en dirección a\a parte final del RNA pro-
genitor precedente, y no hacia la porción no reptcáda.
Este proceso de síntesis de DNA semidiscontinua se
muestra en el diagrama de la figura 38-13.
En el genoma nuclear de mamíferos, muchos
RNA progenitores finalmente se eliminan como parte
del proceso de replicación, en tanto que despuésáe la
replicación del genoma mitocondrial este fragmento
de RNA se mantiene como una parte integrál de la
estructura circular del DNA.
Formación de amoollas de repl¡cac¡ón
La replicación procede desde un solo ori en el
cromosoma circular bacteriano. El genoma completo
de mamíferos se replica en un periodo aproximaáo de
t horas, el periodo promedio requerido para la forma-
ción de un genoma tetraploide a partir de un genoma
diploide en una célula en reproducción. Esto requiere de
la presencia de orígenes mriltiples de la replicación
de DNA que ocrrren en agrupamientosde hasta 100 de
estas unidades de replicación. La replicación ocurre en
ambas direcciones a lo largo del cromosoma, y ambas
cadenas se replican de manera simultánea. Este proce-
so de replicación genera "burbujas de replicación"
(figura 38-17).
Los sitios múltiples que sirven como orígenes para
la replicación de DNA en los eucariotas están pobre-
mente definidos, excepto en algunos virus animales y
en las levaduras. Sin embargo, está claro que la inicia-
ción está regulada tanto de manera espacial como
temporal, por lo que los agregados de sitios adyacen-
tes inician de manera sincrónica. Existen sugerencias
de que los dominios funcionales de cromatina se re-
plican como unidades intactas, lo que implica que los
mígenes de la replicación se localizan en sitios espe-
cíficos respecto a las unidades de transcripción.
Durante la replicación de DNA, debe existir una
separación de las dos cadenas para permitir que cada
una sirva como molde al unir por puentes de hidróge-
no sus bases nucleotídicas con el desoxinucleósido
trifosfato entrante. La separación de la doble hélice
del DNA es promovida por las SSB, que son molécu-
las proteicas específicas que estabilizan la estructura
de cadena senciila conforme progresa la horquilla de re-
plicación. Estas proteínas estabilizadoras se unen de
manera estequiométrica a las cadenas sencillas sin in-
terferir con la capacrdad de los nucleótidos para servir
como moldes (figura 38-13) Además de la separa-
ción de las dos cadenas de 1a doble hélice, debe exisrir
una parte de la molécula desenrollada (una cada 10
pares de nucleótidos) para permitir la separación de
las cadenas. Esto debe suceder por fraementos, dado
el tiempo en el que ocurre la repiicación del DNA.
Existen múltiples "eslabones giratorios" intercalados
en las moléculas de DNA de todos los organismos. La
función de los eslabones giratorios se hace posible por
la acción de enzimas específicas que rntroducen
ttnuescas"
en una cadena de la doble hélice que se de.
senrolla, permitiendo así que continúe el desenrolla-
miento de la hélice. Las muescas son rápidamente
reselladas sin requerir el suministro de energía. debi-
do a la formación de un enlace covalente de aita energía
entre la muesca de fosfodiéster en e1 esqueleto ¡, la
enzima de resellado de las muescas. Las enzrmas de
sellado de las muescas se conocen como DN-{ topoiso-
merasas. Este proceso se muestra en el dragrama de
la figura 38-18 y se compara con el resellado depen-
diente de AIP, llevado a cabo por las DNA ligasas.
Las topoisomerasas también son capaces de desenro-
llar DNA superenrollado. El DNA superenrollado es
una estructura altamente ordenada que se presenta en
moléculas de DNA circular enrolladas alrededor de
un centro, tal como se muestra en la figura 38-19.
En una especie de virus animales (retrovirus
) existe
una clase de enzimas capaces de sintetizar una molécu-
la de DNA de una sola cadena y después una molécula
de DNA de doble cadena a partir de un molde de RNA
'@-
Dirccciones do la
replicación
Origen de la replicación
"Burbuja de replicación"
,fr""'--\.
í-\
\_)
j'
)*
\
,(
'\*..---.t/
Proieínas desenrolladoras
en la orquilla de replicación
:3ura
38-17. La generación de "burbujas de replicación" durante el proceso de síntesis de DNA. Se muestran Ia replicación
: : reccional y las postciones propuestas de las proteínas desenrolladoras en la horquilla de replicación.
L

543. (Capítulo 36
490 ' BioEtímica de HarPer
Paso 1 DNAtopoisomerasal = E
Paso 2
DNA ligasa - E
(AMP-Enzima)
I
{
h
Muesca en la cadena sencilla
generada por la enzima
Formación de enlaces
de alta energía
[--. e-O-e
r.
@-@
(AMP)
Muesca Presente
en
la cadena sencilla
Muesca reparada
Muesca reparada
Existe eviderrcia de que la organización nuclear y la
cstructura clc 1a crollatina están involucradas en 1a de-
terr¡inación de la regulación y 1a iniciación de la sín-
tesis de DNA. Como se mencionó previamcnte, Ia tasa
de polimerización en las células eucariotas, las cuales
En las células animales, incluyendo las células huma-
nas, 1a replicación del DNA del genon-ra ocul're só1o
en un periodo cspccíf-rco del lapso dc vida de la célu-
la. Esie periodo se conocc como la fase sintética o
fase S. Por lo general está tcmporalmente separada de
la fasc de mitósis por periodos no sintéticos colloci-
E
r
E
El
EI
E
Figura 38-18, Comparación de dos tipos de reacciones de muesca.sellado en el DNA. La serie de reacciones a la izquierda
son catalizadas por la DNA topoisomerasa l, y a la U"á"ñu por la DNA ligasa. (Ligeramente modificada y reproducida' con
p"rri.o, de Lehninger AL'. Biochemistry' 2nd ed' Worth, 1975
)
tienen cromatina y nucleosomas, es diez veces menor
que en las células procariotas. las cuales tienen DNA
no recubierto. También resulta claro que 1a estructura
de la cromatina dcbe fomarse de nuevo dcspués de la
replicación. El DNA recién replicado se ensarnbla rá-
pidarlente en nucleosomas, y la histona octamérica
preexistente y la recién ensamblada se distribuyen a1
'azar
en cada brazo de la horquilla de replicación'
de cadena sencilla. Esta polimerasa, la DNA polirne-
rasa dependiente de RNAo "transcriptasa reversa",
sintetiza prin, ero tlna mo1écu1a híbrida de DNA-RNA
usando ei genoma de RNA como tnolde' Una enzima
específica, la RNAitsa H, degrada la cadena dc RNA,
1,
ia cadena remancnte de DNA a su vez sirve como
molde para fonlar una moiécula de DNA de doblc
cadena. que contiene 1a información originaltnente
prcsente en el genoma de RNA del virus animal'
w.E
..)
o
)
Paso 3

544. Figura 38-19. Superenrollado del DNA. Un superenrollado
:croidal izquierdo (solenoidal), a la izquierda, se convertirá
:n un superenrollado derecho, a la derecha, cuando se re-
¡ueva el centro cilÍndrico. Tal transición es análoga a la que
:curre cuando son alterados los nucleosomas por extrac-
: ón de las histonas de la cromatina con exceso de sal.
.los como intervalo 1 (G I
) e intervalo 2 (G2),que ocu-
r:en antes y después de la fase S, respectivamente
ilsura 38 20). Entre otras cosas, la célula se prepara
:era la síntesis de DNA en G 1 y para la mitosis en G2.
-a
célula regula la síntesis de su DNA de manera grue-
:l pemitiendo que ocurra sólo en un tiempo específico
. principalmente en las células que se preparan para
-'. división por medio del proceso de mitosis.
Parece ser que todas las células eucariotas tienen
:roductos genéticos que gobieman la transición de una
,sc del ciclo celular a otra. Las ciclinas son una falni-
r de proteínas cuva concentración aumenta y disminu-
: a lo largo del ciclo celular de ahí su nombre. Las
- -c1inas, en el momento apropiado, activan diferentes
pr0teincinasas (CDK) dependientes de ciclinas que
'
:tbrila los sustratos escnoiales para 1a progresión a
-,r és del ciclo celular. Por ejemplo, la concentración
-:
1a ciclina D se eleva al final de la fuse Gl, y permite
. plogresión r¡ás allá del punto de inicio (en leva-
Juras) o punto de restricción (en mamíferos), cl
:..rto más allá del cual las células proceden de mane-
-:
rn'eocable hacia la fase S o fase de síntesis de DNA.
Las ciciinas D activan a la CDK4 y la CDK6. Estas
- : cinasas tambiérr se sintetizan durante la fase Gl
, ,¡s células en división activa. Las ciclinas D y la
)K:1 y Ia CDK6, son proteínas nucleares que se cn-
---,blan como un complejo hacia el final de la fase G 1.
Organizttción, replicación y reparación del DNA .
491
Figura 38-20. Ciclo celular de mamiferos. La fase sintét ca
del DNA (fase S) está separada de Ia mltosrs por e intervaio 1
(G1) y el intervalo 2 (G2). La flecha fuera del círcu o nd ca la
dirección de la progresión del clclo celi:lar. La flecha con ca-
beza abierta indica el inicio (en levaduras) o el sitro del punto
de restricción en los mamíferos en el cual actúa a CDK4 o
la CDK6, después de la activación por la ciclina D Esta
proteincinasa libera una inhibición, quizás por el producto
del gen Rb, y la progresión a través del cc{o celular inrcta.
La flecha con cabeza cerrada indica cuando se alcanzan los
niveles pico del complejo ciclina BiCDKl. Esto perm te a la
célula llevar a cabo la mitosis.
El complejo es una proteincinasa de serina-tleonina
activa. Un sustrato para esta cinasa es 1a proteír.ra dc
retinoblastoma (Rb). La Rb es un regulador de1 ciclo
celular debido a que se une e inactiva a un t-actor de
transcripción (E2F) que es necesario para la rransurif-
ción de genes y la progresión de la lase Gl a 1a tase S.
La fbsforilación de Rb por medio de la CDK-I o la
CDK6, resulta en la liberación de la E2F dc1 Rb. la
activación de1 gcn (p. ej., el gen de la dihrdrotblaro
reductasa), y la progresión del ciclo cclular'.
Otras ciclinas y CDK están involucradas en drt-e-
rentes aspcctos de la progresión del ciclo celuLar
(cuadro 38 6). La ciclina E y Ia CDK2 tbman un conr-
plejo en la fase Gl tardía. La ciclina E se dcerada de
manera rápida y se libera la CDK2, para despues fbr-
mar un complejo con la ciclina A. Esta secuencie es
necesaria para la iniciación de la síntesis de D\. en
la fase S. Un complejo entre la ciclina B r la CDKI.
es el paso lirnitante para la transición G2,\I en las cé-
lulas eucariotas.
Muchos de ios vims que causan cáncer'(onco\¡irus)
y de los oncogenes son capaces de supnntir o alterar
la aparente restricción que, por 1o general. controla la
entrada de las células de mamíferos de 1a f-ase G I en la
f-ase S. Por lo anterior. se podría haber supuesto que la
producción excesiva de una ciclina. o su producción
en un moÍrento inapropiado, podría resultar en una

545. del ciclo celular
lnicio de la síntesis de DNA en la
fase S temprana.
Transición de G2 a M.
Progresión después del Punto
de
restricción en la interfase G1/S.
492 . Bioquímica de Harper
Cuadro 38-6. Ciclinas y cinasas dependientes
de ciclinas involucradas en la progresión
división celular no restringida o anormal. En este con-
texto, resulta muynotorio que eloncogénbcl asociado
a los linfocitos B parece ser el gen de la ciclina D1'
Durante la fase S, las células de mamíferos con-
tienen una mayor cantidad de DNA polimerasa que
durante las fases no sintéticas del ciclo celular' Ade-
más, las enzimas responsables de la formación de los
sustratos para la síntesis de DNA, es decir, desoxirri-
bonucleósido trifosfatos, también aumentan su ac-
tividad, la que disminuye después de la fase de síntesis
hasta la reaparición de la señal para la nueva síntesis de
DNA. Duránte la fase S, eI DNA nuclear está comple-
tamente replicado una vez y sólo una vez. Parece ser
que una rr"i qrr" se ha replicado la cromatina, queda
marcada parJprevenir su replicación posterior hasta
que de nuevo pase a través de la mitosis. Se ha sugeri-
do qrr" la metilación del DNA podría servir como un
marcador covalente de la cromatina.
En términos generales, un determinado par de
cromosomas se replicará de manera simultánea y en
una porción fija de la fase S de cada replicación' En
,,
"io-otoma,
los conglomerados de unidades
replicación, se replican de manera coordinada' En es-
tos niveles se deiconoce latatutaleza de las señales
que regulan la síntesis de DNA, pero la regulación
parece ser una propiedad intrínseca de cada cromo-
soma individual.
El DNA dañado se repara Por enzimas
El mantenimiento de 1a integridad de la información
en las moléculas de DNA es de suma importancia para
la sobrevivencia de un organismo en particula¿ así
como para la sobrevivencia de las especies. Por ello
se prled" concluir que las especies sobrevivientes han
deiarrollado mecanismos pata la reparución de daños
en el DNA, ocurridos como resultado tanto de errores en
la replicación como de agresiones ambientales.
Co-o te
-"n"ionó
en el capítulo 37, la principal
responsabilidad de la fidelidad de la replicación, recae
sobre el apareamiento específico de las bases de nu-
cleótidos. El apropiado apareamiento depende de la
presencia de tautómeros favorecidos de los nucleótidos
de purina y pirimidina, pero el equilibrio por el cual
un iautómáró es más esúble que otro, es cerca de 1ü
o 105 a favor del que tiene mayor estabilidad' Aunque
esto no es lo bastante favorable para asegurar la alta
fidelidad necesaria, el favorecimiento de los tautóme-
ros preferidos, y por tanto del apropiado apareamiento
de üs bases, pbáría asegurarse por medio del doble
monitoreo del ápareamiento de las bases. Este doble mo-
nitoreo parece ocurrir tanto en sistemas bacterianos
como dé mamíferos: el primero en el momento de la
inserción de los desoxirribonucleósido trifosfatos, y
posteriormente, por medio de un seguimiento, que es
ün mecanismo que requiere de energía, que remueve
las bases erróneas que pueden presentarse en la nueva
cadena recién formada. Este doble monitoreo no per-
mitqerrores de apareamiento debido a la presencia de
los tautómeros no favorecidos que ocluren con una
frecuencia mayor de uno por cada 108 a 1010 pares de
bases. Los meóanismos responsables'de este monito-
reo en E. coli, incluyen a la actividad de las 3'a 5'
exonucleasas de una de las subunidades del complejo
pol III, y de la molécula pol I. Las enzimas análogas
d" tnu-íf"tot (o y 6) no parecen poseer la función de
nucleasa correctora (de errores); otras enzimas des-
empeñan la función de reParación
Los errores de la replicación, aun con un sistema
de reparación muy eficiente, llevan a acumular muta-
cionés. Un ser humano tiene 10ra células nucleadas,
con 3 x 10e pares de bases en cada célula. Si 106 divi-
siones celulares ocruren en la vida, y 10-10 mutaciones
por par de bases por generación de células escapan a
ia ráparación, puéde haber finalmente una mutación
por
"idu
106 pares de bases en el genoma' Por fortuna,
iu
-uyo.
pati" de ellas quizá ocurrirán en el DNA que
,o
"odifiiu
para las proteínas o no afectarán la fun-
ción de las pioteínas codificadas, y por tanto no tienen
"orr""o"róius.
Además, el daño espontáneo inducido
por medios químicos en el DNA debe repararse'
^
El danoil DNA por agentes ambientales, físicos
y químicos se puede clasificar en cuatro tipos (cua-
itró ¡t-Zl, Las iegiones anormales del DNA, tanto por
errores en el copiido opordaño del DNA, sonreempla-
zadas por medio de cuátro mecanismos: 1) reparación
del mat apareamiento;2) rcparación por escisión de
bases; 3) reparación por escisión de nucleotidos; y 4) re-
paración del rompimiento de la doble cadena (cua-
'a.o
¡S-S).
gttos mecanismos explotan laredundancia
de información inherente a la estructura de doble héli-
ce del DNA. La región defectuosa de una cadena puede
regresar a su formá original con base e¡ la información
co:mplementaria almacenada en la cadena no afectada'
Reparación del mal apaream¡ento
La reparación del mal apareamiento corrige- errores
durante la copia del DNA. Por ejemplo, una C podría
(Capítulo 38t
!,
t
q
&
Ciclina Cinasa Función
D
trA
B CDKl

546. Cuadro 38-7. Tipos de daño en el DNA
l. Alterac¡ón en una base
A. Despurinación.
B. Desaminación de citosina en uracilo.
C. Desaminación de adenina a hipoxantina.
D. Alquilación de la base.
E. lnserc¡ón o separación de un nucleótido.
F. lncorporación de un análogo de las bases.
ll. Alteración de dos bases
A. Dímero de timina-timina inducido por luz UV.
B. Entrecruzamiento por agentes de alquilación bifuncional.
lll. Rompimiento de la cadena
A. Radiación ion¡zante.
B. Desintegración radiact¡va de elemento del esqueleto.
C. Formación de radicales libres oxidantes.
lV. Entrecruzamiento
A. Entre bases de la misma cadena o de cadenas opuestas
B. Entre DNA y moléculas de proteínas (p. ej., histonas).
insertarse en oposición a una A, o la polimerasa po-
dría resbalar o tartamudear e insertar 2 a 5 pares de
bases extra no apareadas. Proteínas específicas pue-
den monitorear el DNA recién sintetizado usando la
metilación de la adenina deuna secuencia GAIC como
punto de referencia (figura 38-21). La cadena molde
se metila, en tanto que la cadena recién sintetizadano
lo es. Esta diferenciapermite que las enzimas de repa-
ración identifiquen a la cadena que contiene el
nucleótido equivocado al que se requiere reemplazar.
Si se encuentraun error de apareamiento o unapeque-
f,alazada, una endonucleasa GAIC cortala cadena
que lleva la mutación en un sitio correspondiente a la
GATC. Posteriormente, una exonucleasa digiere esta
cadena desde el GATC hasta la mutación, de esta for-
ma se remueve el DNA erróneo. Esto puede ocurrir a
partir de cualquierterminal si el defecto está entre dos
sitios GAIC. Este defecto se rellena por las enzimas
Mecan¡smo Solución
Organización, replicación y reparación del DNA .
493
CHe
3',
DE LA CADENA
SENCILLA POR LA GATC
cHs
3',
DEFECTO REMOVIDO
POH LA EXONUCLEA§A
CHs
CH.
CH,
X
GHs
3',
t-
DEFECTO REPARADO
POH LA POLIMERASA
CHs
RELIGADO
POR LA LIGASA
cHs
s', --"-..-.**'-** --*-*----", -- 3',
Figura 38-21. Reparación del mal apareamiento del DNA.
Este mecanismo corrige un soio apareamiento erróneo de
pares de bases (p. ej., C con A más que T con A) o una
región corta de DNA no apareado. La región defectuosa es
reconocida por una endonucleasa que hace un corte en la
cadena sencilla en una secuencia GATC mett ada adyacen-
te. El fragmento mutado de DNA es removido. reemplazado
y ligado.
celulares nonnales de acuerdo con las reelas del apa-
reamiento de bases. En la E. co1¡. tres proreinas (Mut
S, Mut C y Mut H) se requieren para e1 reconocimien-
to de la mutación y generar la muesca de la cadena.
Otras enzimas celulares. inciur endo a 1a ligasa,
polimerasa y SSB, remueven \.reemplazan 1a cadena.
El proceso es más complicado en las células de mamí-
feros, en las que están involucradas cerca de seis
proteínas en los primeros pasos.
La reparación dehciente de1 apareamiento se ha
relacionado con e1 cáncer de colon sin poliposis here-
ditario (HNPCC). uno de 1os cánceres hereditarios más
comunes. Estudios genéticos han relacionado el
HNPCC en algunas familias con una región del cro-
mosoma 2. El gen localizado, llamado LMSH2, es un
análogo humano de la proteína MutS de E. coli, que
está involucrada en la reparación del mal apareamien-
to (véase previamente). Las mutaciones del LMSH2
son responsables de 50 a600A de los casos de HNPCC;
otro gen, el LMLHl, está asociado con la mayor pafte
CHs
I
I
CH. t
Cuadro 36-8. Mecanismos de reparación del DNA
Reparación de ba-
ses por escisión
Reparación de nu-
,leótidos por es-
.¡sión
Errores en el cop¡a-
do (una base, o la-
zadasde2a5ba-
ses no apareadas)
i Corte de la cadena
dir¡gido por metilo,
digestión por exonu-
cleasa y reemplazo
Remoción de la ba-
se por la N-glucosi-
lasa, remoción de
un azúcar abásico,
reemplazamiento
Remoción de un oli-
gómero de aproxi-
madamente 30 nu-
cleótidos y reem-
plazo
Daño espontáneo,
por agentes quími-
cos o radiación, a
una base
3',
5',
5',
5'.
5',
-3'
Reparación del mal
apareamiento

547. (Capítulo 38
494 . Bioquímica de HarPer
de 1os otros casos. E1 |MLHt es el análogo humano del
3'
;;" á" reparación de1 mal apareamiento bacteriano
'U"t i.
¿C'A^o
puede una repáración deficiente del mal
5'
apareaáiento iesultar en cáncer de colon? Los genes
ilorrurro. se localizaron debido a que se detectó la ines-
taUitl¿a¿ de los microsatélites' Es decir, las células
."....át"t,.nían un microsatélite de diferente longi-
tud que los que se encuentran en células notmales de un
individuo. Aparentemente, las células afectadas' que
;;;;;""
mutación ert el hMLH2 o en la enzima de
i.priu"iOn del mal apareamiento hMLHI
'
son incapa-
."'t ¿. remover las pequeñas lazadas del DNA no
apareado, y por tanto, ef microsatélite aumenta de ta-
"{;ñ;.
il; debe afectar la tunción de una proteína
;;f*" ñ;
el control del ciclo celular en estas células
r1e1 colon.
ATC
trl
GGcrm§A
llltll
TCCGA
tllll
T
I
TCGG
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AGCC
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UHACILO DNA GLUCOSILASA
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IIIII
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ll
GTAG
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llll
GCTA
¡.
*"
t:
B
§
*
I
:]F '
;r
La despurinación del DNA, que sucede de manera
;;í;eebido a la labilidad térmica del enlace N-
;ñ;;;iJt." Je la purina, ocur'e a una tasa de^5 000 a
?iióóó1"¿rur¿d a 37 'c. Las enzimas específicas re-
;;.;;;" un sitio despurinizado y reemplazat de
;;;;; di.""ta la purini apropiada, sin la interrupción
del esqueleto fosfodiéster'
Las bases de citosina, adenina y guanina en el DNA
forman de manera espontánea uracilo' hipoxantina y
xantina, respectivaménte' Debido a que ninguno de
ellos existe de manera natural en el DNA' no resulta
sorp."naet t" que las N'glucosilasas específic¿s reco-
,or"ur, estas bases anormales y remuevanlabase del
DNA. Ertu r"*oción marca el sitio del defecto y per-
;;;;;;t"
"ndonucleasa
apurínica o apirimidíni'
ca
"ti*in" "t
azúca¡ abásico' La base apropiada se res-
ilü;;"r"es mediante una DNA polimerasa de
ñ;;"td
y una ligasa regresa aI DNA a su estado
orisinal ffistJra38-22)' Esta serie de eventos se cono-
""
Zoro't"'puración de bases por escisién' Por una
serie simili de pasos en los que se involucra el reco-
,o"i.tti"rto inicial del defecto, las bases alquiladas y
las bases análogas pueden ser removidas del DNA y
;;;dÁ; at ñNe su contenido de información ori-
girrut."ett" *ecanismo es adecuado para el reemplazo
á".,nu sola base, pero no es efectivo para el reempla-
zo de regiones dañadas del DNA'
,l
A
I
T
CT
II
DNA POLIMÉRASA + DNA LIGASA
ATCGG
lllll
TAGCC
Este mecanistlo se usa para reemplazar regio.nes da-
l.á"r á.r
pNA hasta de
j0
buttt de longitud' Ejemplos
;;;;";. de daño en e1 DNA incluyen a la luz ultra-
;ffi" 1Úil,
que inclucc la formaciórr de dímer-os de
.i.üUr*" pirimiaina-pirimidina,
y el hábito de frilr.ar'
Fioura 38-22. La reparación por excisión de las bases de
;ÑA i;";*, ,tu"ro DNA glucosilasa remueve el uracilo
;;;;;";;; ;"sámin"cion elpontánea
9" 11.?1":ll1 "" "
óÑÁ. Ú;" endonucleasa corta el esqueleto cerca del defec-
t-o;'"nton""t, después de que una endonucleasa remueve
,]"rnát úut"t, el defecto es llenado por la acciÓn de ta
;"i*;;;, de reparación y la cadena se une de nuevo po'
una ligasa. (Cortesía de B Alberts )
que ocasiona ia tbrmación de aductos benzo[a]pireno-
ü;;.i;;.
a. radiación ionizante' agenles quirnioterapcL
-
ñ"o, puru el cáncer y una variedad de agentes quítnic
'' '
qu" ,a
"narr"ntran
en el medio ambiente' causan mtr-
áift.u..."* en las bases, rompimientos de cadena''
entrecruzamiento
de bases de cadenas opuestas o ent:;
DÑA t
proteínas, así como muchos otros defecto'
Éil; ;; reparados por medio de un proceso llarnao
á"..p"*.i0, de nucleótidos por escisión (figura 38-13
E.;;;r;".t" complejo, que involucra más productc''
senéticos que los otros dos tipos de reparación' ;:
E..".iái"rár"cra la hidrólisis de dos enlaces fosfodie'-
ter en la cadena que contiene el defecto' Una nuclee' '
especial de escisión (exinucleasa), que consiste en p -:
i;;;;;. ffes subunidades en laE' coliv 16 poiipep
-
dos en el ser humano, realizaesta tarea' En las céltr'"
eucariotas las enzimas corlan un fragmento entre :
;;;; f .t qui"to enlace fosfodiéster 3' desde la ''-
sión, y sobre el lado 5' el corte es en algunapatle er:::
;i-;;i"". 2l y el 25. De esta fotma' es remo'ido -'-
it"LÁ""t" ¿e oXe de 2l a 29 nucleótidos de 1oi'=
-
t áIn.tpret de laremoción de lacadena' sereen¡'- -
;;;;,
ápareamiento de bases exacto a través o; -
Í(eparaclc
DOr esclsl
rAGccGAql*a§§-9*13
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548. Organización, replicación y reparación del Dl',lA .
495
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l_
| |
r.rusvns srurr
t-
-g'
Figura 38-23. Reparación por excisión de nucleótidos. Este
mecanismo se emplea para corregir grandes defectos en el
DNA y, por lo general, involucra más proteÍnas que el mal
apareamiento y la reparación por excisión de bases. Des-
pués del reconocimiento del defecto y del desenrollado del
DNA que acompaña al defecto, una excisión por una nucleasa
(exinucleasa) corta al DNA por arriba y por debajo de la re-
gión defectuosa. Este intervalo es llenado por una polimerasa
(6/s en los seres humanos) y vuelto a ligar.
¡cción de otra polimerasa (5/e en los seres humanos),
\' 1os extremos se unen a las cadenas existentes por
medio de una DNA ligasa.
La xeroderma pigmentosa (XP) es un padeci-
niento genético autosómico recesivo. (Véase también
e1 caso núlm. I en el capíru1o 65.) El síndrome clÍnico
rncluye una marcada sensibilidad alaltz solar (ultra-
,, ioleta), con la subsecuente fomación de múltipies
,-ánceres de piel y muerte prematura. El riesgo de de-
rarollar cáncer de piel se eleva 1 000 a 2 000 veces.
E1 defecto hereditario parece involucrar la reparación del
DNA dañado, en particular de los dímeros de timina.
Los cultivos de células de pacientes con xerodeffna pig-
:lentosa muestran una baja actividad dei proceso de
:eparación de nucleótidos por escisión. Se han identi-
-rcado siete grupos de complementación por rnedio
::1 análisis de células híbridas, por tanto, están involu-
:rados por lo menos siete productos genéticos (XPA,i
tPG); dos de los cuales (XPA y XPC) interwienen en
-'- reconocimiento y escisión. La XPB y ia XPD son
:elicasas y, de manera interesante, son subunidades
:¡1 factor de transcripción TFIIH (capítulo 39).
Repmi'e*ióft del nsrnpirrrients
Je ¡e si*bi* cedena
-r
reparación dei rompimiento de la doble cadena es
::rte del proceso f,siológico del rearreglo del gen de
las inmunoglobulinas. También es un mecanismo im-
portante para 1a reparación del DNA dañado, tal como
ocurre como resuitado de la radiación ionizante o de
la generación de radicales librcs oxidantes. Algr-rnos
agentes qr-rimiotelapéuticos destruyen célu1as por oca-
sionar rompimientos de doble cadena (clc) o por impedir
su reparación.
Inicialmente. dos proteínas están involucradas en
la reunión no homóloga c1e un rompimicnto dc. El Ku,
un heterodímero de subunidades de 70
¡,
86 kDa, sc une
a las tcminales libres de1 D \' riene una actividad
latente de helicasa dependiente dc.\TP. E1 Dr§A se une
al heterodírnero Ku para reclutal una tnflecuente
proteincinasa dependiente de D\.{, (D\-PK). La
DNA-PK tiene un sitio de unión para 1as rerltinales
del DNA y otro para el dcDNA jusro dcnn'o de estas
ten¡inales. Por tanto, esto pen- ite 1a aplrrrtntación de
las dos terminales separadas. En Ia ier-n'rinal lil¡re e1 com-
plejo DNA/Ku/ . DNA-PK activa 1a acri rdad clnasa
de este último. De manera recíploca. 1a D\-PK
fosforila la Ku, y a la otra molécuia de D\-\-PK. so-
bre la cadena opuesta. erTtrcms. La D\A-PK. .ntLrnces.
se disocia del DNA y de Ku, 1o que reslrlta en ia ¡ctir e-
ción de la Ku helicasa. Esto resulta cn e1 desenr ol1ado
de las dos tenninales. Este DNA deseru'o1laclo. aplov-
n.rado, formapares de bases; las colas extra de nncleótido
se remueven rnediante una exonucleasa.
¡,
1os e-spectos
son llenados
,r- cerrados por la DNA ligasa. Este nte-
canismo de reparación se muestra en la iisura ,18 ll.
iLiil¡;¡¡g:,r
I.'l.aj i¿,;iji F.i:::?i:':i;:-:i:r {-i,¡;. r-r.:1r;;, :.: - -.:1
.,.r"
,..... " ,".:,. ,
:
:-,
Rcsulta sorprcndente la observación recicnre de quc
las proteínas que reparan el DNA pLrcden señ 1r ¿,t otros
propósitos. Por ejemplo. algunas enzimas de ret-.ara-
ción tatrbién se encuentran como colnponL'1tte- dei
gran con.rpiejo TFIiH que tienc un papel central en 1a
transcripción genética (capítulo 39). Otro cLrntpLrnün-
te de1 TFIIH está involucrado cn la regulacitin ciel ciclo
celular. Por tanto, se pueden unir tres proccso: celula-
res críticos a través del uso de proteinas collunes.
Existe también evidencia de que algunas enzimas tle
reparación estálr involucradas en cl rearreglo qenetjco
que oculTc de manera normal.
En los pacientes con ataxia-telangiectasia. pa-
decirniento reccsivo autosómico de1 ser hrurano que
provoca el dcsarrollo de ataxia cerebclosa
¡.cle ncoplas-
mas linforreticulares. parece que existe una elevada
sensibiiidad al daiio por medio de rayos X. Los pacien-
tes con la anemia de Fanconi, que es una anemia rece-
siva autosómica que se caracteriza por Llna elevada
fiecuencia de cáncer y por inestabilidad clomosómica,
probabiemente tienen una reparación defectr-rosa del
daño por entrecruzamiento.
J
5',
J
5',
5',
3',
DESENROLLADO
I
I
I

549. 496 . Bioquímica de Harper
/@.@/
Unión de Ku y DNA-PK I
@@@F=,wz
{
(t{Wy/
,z,friiiÉr)l )
" ((w
!-aD
I
.fu-rZl
/<\v
/r@)
nucleosoma. Los nucleosomas sirven para compactar
el DNA. Otras estructuras de orden superior, la fibrilla
de 10 nm y la fib.ra de 30 nm, compactan aun n¡as ef DNA
Hastag0oá dei ONR puede ser transcripcionalmente
inactivo. Este DNA, por lo general, está asociado con
los nucleosomas y no es sensible a la digestión por
medio de nucleasas. El DNA de regiones transcripcie'
nalmente activas es sensible al ataque de las nucleasas,
y algunas regiones son excepcionalmente sensibles'
Estai regiones hipersensibles con frecuencia contienen
sitios de control de latranscripción. El DNAtranscrip-
cionalmente activo (los genes) con frecuencia forma
conglomerados en regiones de cada cromosoma. Den-
tro de estas regiones, los genes pueden estar separados
por DNA inactivo en las estructuras nucleosomales'
Úna subdivisión posterior ocurre dentro de los genes'
La unidad de transcripción, que es la porción del gen
que es copiada por la RNA polimerasa, consta de re-
gior"s codificantes de DNA (exones), intemrmpidas
por secuencias intermedias de DNA no codificante
(intrones). Durante el procesamiento del RNA, los
intrones son removidos y los exones se ligan entre ellos
para formar el mRNA maduro que aparece en el cito-
plasma.
El DNA eucariótico en las células que no se están
dividiendo se localiza en los cromosomas, los que por
lo general se asocian como pares idénticos. El DNA
de cada cromosoma se replica de manera exacta, de
acuerdo con las reglas del apareamiento de las bases,
durante la fase S del ciclo celular. Cada cadena de la
doble hélice se replica de manera simultánea, pero por
mecanismos diferentes. Un complejo de proteínas, in-
cluyendo la DNA polimerasa, replica la cadena
directrtz de manera continua en la dirección 5' a 3'
'
La cadena retardada se replica de manera discontinua
en cortos segmentos de 150 a 250 nucleótidos, en la
dirección 3' a 5' . Éstos se unen por medio de la DNA
ligasa. La replicación del DNA ocurre en varios sitios,
llamados burbujas de replicación, en cada cromosoma'
En una célula típica, el proceso completo se lleva a
cabo en t horas. Una variedad de mecanismos, que
emplean diferentes enzimas, reparan el DNA dañado,
como ocuffe después de la exposición a agentes quí-
micos mutágenos o a radiación ultravioleta. I
Gross DS, Garrard WT: Nuclease hypersensitive sites in
chromatin. Annu Rev Biochem 1988;57:159'
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Aproximación
Desenrollado
¡
Alineac¡ón y apareamiento
I
de bases
Lisado I
Tlrrrrn@/
Figura 38-24. Reparación del rompimiento de la doble ca-
de-na del DNA. Las proteínas Ku y proteincinasa dependiente
de DNA se combinan para aproximar las dos cadenas y
desenrollarlas. Los fragmentos alineados forman pares de
bases; las terminales extra son removidas y los intervalos
son llenados, y la continuidad es restaurada por ligado'
Estos tres síndromes clínicos están asociados con
una elevada frecuencia de cáncer. Es posible que en el
futuro se encuentren otros padecimientos humanos
derivados de desajustes en la capacidad de reparación
del DNA.
El DNA de las células eucariotas está asociado con
una variedad de proteínas, lo que resulta en una estruc-
tura conocida como cromatina. La hélice de doble
cadena del DNA en la cromatina de cada uno de los
cfomosomas eucarióticos, tiene una longitud que es
algunos miles de veces el diámetro del núcleo de la
célula. Mucho de este DNA está asociado con proteí-
nas histonas para formar una estructura llamada
Chu G: Double strand break repair. J Biol Chem 1997;272:
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551. €
{'J
¿
"r\
,-q)"
{d,
39
Síntesis, procesamiento
y modificación del RNA
DarylK. Granner, MD
It*TR*ütj**a*r"¿
E iturpüRT&rdenn m¡*mÉm¡rs
La síntesis de una molécula de RNA a partir de DNA
es un proceso complejo que involucra una de las
enzimas del grupo de RNA polimerasas y varias pro-
teínas asociadas. Los pasos generales requeridos para
sintetizar el transcrito primario son: iniciación, elonga-
ción y terminación. Se conoce gran parte del proceso
de iniciación. Se ha identificado un número de regio-
r.res de1 DNA (por lo general localizados adelante del
sitio de iniciación), y también los factores proteicos
que se unen a estas secuencias para regular la iniciación
de Ia transcripción. Este proceso está bien comprendi-
do en los procariotas y en los virus, aunque en años
recientes se ha realizado un considerable progreso en
descifrar Ia transcripción en células de mamíferos.
Ciertos RNA, en particular el mRNA, tienen diferen-
tes lapsos de vida en una célula. Es importante
comprender los principios básicos del metabolismo del
RNA, ya que la modulación de este proceso resulta en
tasas alteradas de la síntesis de proteínas y, por tanto,
en una variedad de cambios metabólicos. Así es como
.os organismos se adaptan al ambiente, se diferencian 1as
istructuras celulares, y se establecen y mantienen
-es funciones en los metazoarios superiores.
Las moléculas de RNA sintetizado en células de
::ramíferos, con frecuencia son diferentes de las de
--rganismos procariotas, en particular la información
--odificada en el mRNA. EI mRNA de procariotas pue-
¡e traducirse a medida que se sintetiza, en tanto que
:n 1as células de mamíferos, la mayor parte del RNA
.e elabora como moléculas precursoras que tienen que
.er procesadas a RNA maduro y activo. El procesa-
::riento eróneo de los transcritos de mRNA son causa
:¡ enfermedad, por ejemplo, de cierlos tipos de tala-
.rmia (capítulo 42).
EXISTEN CUATRO CLASES
PRINCIPALES DE RNA
Todas las células eucariotas tienen cuatro clases prin-
cipales de RNA: RNA ribosomat (rRNA.¡, RNA
mensajero (mRNA), RNA de transferencia (IRNA) y
RNA nuclear pequeño (snRNA, del inglés small nu-
clear RNA). Los tres primeros participan en la síntesis
de proteínas, y el snRNA en el empalme del mRNA.
Como se muestra en el cuadro 39-1, estas ctrases de
RNA difieren en su diversidad y abundancia en las
célu1as.
EL RNA SE SINTETIZAA PARTIR DE
UN MOLDE DE DNA POR MEDIO
DEL RNA POLIMERASA
Los procesos de síntesis de DNA y RNA son similares
en que ambos implican 1) los pasos generales de ini-
ciación, elongación y terminación con una polaridad
5' a3';2) grandes complejos de iniciación con múltiples
componeqtes; y 3) fidelidad a las reglas de aparea-
miento de bases de Watson-Crick. Estos procesos
difieren en algunas cosas importantes, incluyendo las
siguientes: 1) los ribonucleótidos se usan en la síntesis
de RNA en vez de los desoxirribonucleótidos;2) en el
RNA, U reemplaza aT como base complementaria de
A; 3) en la síntesis de RNA no está involucrado un
iniciador; 4) sólo una pequeña porción del genoma se
transcribe a RNA, en tanto que el genoma completo
debe copiarse durante la replicación del DNA; y 5) du-
rante la transcripción del RNA no existe una función
de corrección de la secuencia.
El proceso de síntesis del RNA a partir de un
molde de DNA se ha caracterizado mejor en los
1*
I
ü
rü
¡
ill
lt:
lI
r)
,q
rr
,fl
,:
499

552. Cuadro SFt. Ghses de RNAde eucariotas
80% de lodo e¡Rl{A
- 5% del totat
- 15% del total
500 . Bioqttímica de Httiper
procariotas. Aunque en las células de mamíferos la
regulación de la síntesis de RNA y el procesamiento
de los transcritos del RNA son diferentes de los de los
procariotas, el proceso de sintesis de Rf{A per se es
muy similar en estas dos clases de organismos. Por
tanto, la descripción de la síntesis de RNA en 1os
procariotas es aplicable a los eucariotas, aun cuando
las enzimas involucradas y las señales de regulación
son dif-erentes.
La secuencia de ribonucleótidos en r-rna moiécula de
RNA es complementaria a Ia secuencia de desoxirti-
bonucleótidos de una cadena de la molécula de DNA
de doble cadena (figura 37-8). La cadena que se
transcribe a una molécula de RNA se conoce como la
cadena molde del DNA. Clon frecuencia, a la otra ca-
dena se le conoce como cadena codificadora del gen.
Ésta se denomina así debido a que, excepto los cambios
de T por U, cortesponde exactamente a la secuencia del
transcrito primario, que codifica el producto proteíni-
co del gen. En el caso de una molécula de DNA de
doble cadena que contiene muchos genes, la cadena
molde para cada gen, no necesariamente será la mis-
ma cadena de la doble hélice del DNA (figura 39-1).
De esta manera. una determinada cadena de una mo-
lécula de DNA de doble cadena servirá como cadena
de rnolde para algunos genes, y como cadena
codificadora de otros genes. Es necesario hacer notar
que la secuencia de nucleótidos de un transcrito de
RNA será la misma (excepto en U que reemplaza a T)
que la de la cadena codificadora. La infbnnación en la
cadena molde se lee en la dirección de 3' a 5'.
Gen A Gen B Gen C Gen D
Figura 39-1, Esta figura ilustra que los genes pueden trans-
cribirse de ambas cadenas del DNA. Las cabezas de las flechas
. indican la dirección de la transcripción (polaridad). Nótese
que la cadena molde se lee siempre en la dirección de 3'a 5'.
La cadena opuesta se conoce como cadena codificadora
debido a que es idéntica (excepto por los cambios de T por U)
al transcrito de mRNA (el transcrito primario en las células
eucariotas) que codifica el producto proteico del gen.
(Capítulo
-.t9 t
El RNA polimerasa dependiente de DllA es la enzlma
responsable de 1a polimerización de los ribonucleótidos
en una secuencia complementaria de 1a cadena molde
dei gen (figuras 39 2 y 39 3). La enzima se une a un
sitio especÍfico, el promotor, en 1a cadena molde. Esto
es seguido por la iniciación de la síntesis de R.NA en
el punto de inicio y el proceso continúa hasta que se
alcanza una secuencia de teminación (figura 39-3 )
[Jna unidad cle transcripción se define como la re-
gión del DNA que se extiende entre el promotor y e1
tenninador. El RNA producido, el cual se sintetiza en
la dirección 5' a3' , es el transcrito primario. En los
procariotas, éste puede ser el producto de varios genes
continuos; en las células de mamíferos, por lo genera,
representa el producto de un solo gen. Las terminaies
5' del transcrito primario del RNA y el RNA citoplás-
mico maduro son idénticos. De esta fbrma, el punto
de inicio de la transcripción corresponde al nucleó-
tido 5' del mRNA. Esta posición se designa +i^ Lr
mismo que el nucleótido correspondiente en e1 DN.\
Los números se aumentan conforme la secuencia pro-
cede "corriente abajo"; esto facilita la localizacit¡r
de regiones particulares, como los límites de introne.
y exones. El nucleótido del promotor adyacente a1 > -
tio de iniciación de la transcripción se clesigna cont,.
-1,
y estos números negativos aumentan confon'ue i.
secuencia procede
o'corriente
arriba'í. alejántlose d.
sitio de iniciación. Esto proporciona una forma coi.-
vencional para definir la localización de los elemeut,- .
reguladores en el promotor.
Gompleio FINAP
Figura 39-2. La RNA polimerasa (RNAP) cataiiza la po -
=
-
zación de ribonucleótidos en una secuencia de RNA cc-:
-
mentaria a la de la cadena molde del gen. El RNA trans -
-
,
tiene la misma polaridad (de 5' a 3') que la cadena coc =:.= : --
ra, pero contiene U en lugardeT. En E. Coli,la RNAP co's= -:
un complejo central de dos subunidades ci ydos subun :=-=-
D
(0
V P') La holoenzima contiene la subunidad c .--- -.
está cerca del sitio de iniciación de la transcripciÓ' := .
de 10 bp), pero posteriormente, la transcripción proc::= : -
sólo el complejo central. La "burbuja" de transcripc.- .: -'
área de 17 bp de DNAfundido, y el complejo cor:
=
bre 30 a 75 bp, dependiendo de la conformactÓn de ¿ =', -:
Transcrito de RNA
RNA Thcs Abundanch
28S, r8S,5.8S,5S
- 1G esp€c¡es
- 5O especies
-'lO especies

553. Síntesis, procesomiento
1t modificación del Rl{A .
501
Holoenzima RNA
oolimerasa,¡?
\,
Factores de control negativo: represores
Factores de control posit¡vo: actividades
1. Unión al molde
2, lniciacién de
la cadena de RNA
4" Terminación dé la cadena
de BNA y llberación
de la enzima
3. Elongación de la cadena de RNA
Centro do polimerasa f
+ ATP + XTP
Los transcritos primarios generados por la RNA
polimerasa II, son rápidamente,encapsulados por las
cápsulas de 7-metilguanosina ffifosfato (figura 37-10)
que persiste y finalmente aparece, en la terminal 5'
del mRNA maduro citoplásmico. Se piensa que estas
cápsulas son necesarias para el subsiguiente procesa-
miento del transcrito primario en mRNA, para la
traducción del mRNA, y para la protección del mRNA
en contra del ataque exonucleolítico 5' --> 3'.
La RNA pol¡merasa dependiente de DNA
bacteriana es una enz¡ma con múlt¡ples
subun¡dades
LaRNApolimerasa (RNAP) dependiente deDNA de
la bacteria Es cherichia coli, existe como un complejo
central de aproximadamente 350 kDa, que consiste en
dos subunidades idénticas o,, similares pero no idénti-
cas a las subunidades 0 y 0',
y una subunidad ro. Se
piensa que la subunidad p es la subunidad catalítica
(figura 39-2). La RNAP, una metaloenzima, también
contiene dos moléculas de cinc. La RNA Polimerasa
central se asocia con un factor proteico específico (el
factor sigma [o]) que ayuda a que la enzima central se
una de manera firme con la secuencia de desoxinu-
cleótido específica de la región del promotor. Las
bacterias contienen múltiples factores 6, cada uno de
los cuales actúa como una proteína reguladora que mo-
difica el reconocimiento específico del promotor de
la RNA polimerasa. La aparición de diferentes facto-
res o se puede correlacionar transitoriamente con varios
programas de expresión genética en los sistemas
procariotas, tal como en el desarrollo del bacteriófago,
la esporulación y la respuesta al choque térmico.
xrPl
y'
1,b",".¡ón
del factor sigma
x
Figura 39-3. Ciclo de transcripción en las bacterias. La transcripción del RNA bacteriano se describe en cuatro pasos: f ¡ Unibn
al molde: la RNA polimerasa (RNAP) se une al DNA y localiza un promotor (P). 2) tniciación de la cadena: la holoenzima
RNAP (centro +-factores sigma) cataliza el acoplamiento de la primera base (por lo general ATP o GTP) con un segundo
trifosfato de ribohucleósido para formar un dinucleótido. 3) Elongación de la cadena: los residuos sucesivos se agregan al
3'-OH terminal de la naciente molécula de RNA; los factores sigma se disocian de la holoenzima después de que la longitud
de la cadena alcanza cérca de 10. 4) Terminación de la cadena y liberación: la cadena de RNA terminada y la RNAP se
liberan del molde. La holoenzima RNAP se vuelve a formar, encueñtra un promotor y el ciclo se repite. (Ligeramente modifi-
cado y reproducido con autorización de Chamberlin M: Bacterial DNA-dependent RNA polymerases. Pá9. 85.En'. The Enzymes,
vol. 15. Academic Press, 1982).
Factores de terminación
Factores antiterminac¡ón

554. (Cdpítukt 3;
502 . Bioquímica de HarPer
l-as células de rnarníferos poseen
nurnerosos RNA pol¡mera§a§
dependientes de DNA
Las propiedades de las polimerasas de mamíferos se
describén en el cuadro 39-2. Cada una de las RNAP
dependientes de DNA parece ser responsable
-de
la
transcripción de diferentes conjuntos de genes' El peso
molecuiar de las RNA polimerasas para las tres clases
principales de RNA de eucariotas va desde 500 000 a
OOO OOO. Estas enzimas son mucho más complejas que
los RNA polimerasas de los procariotas. Todas tienen
dos subunidades grandes y un número de pequeñas
subunidades, que puede llegar a 14 en el caso de la
RNA pol II. Las RNA polimerasas de eucariotas tie-
n"n unu extensa homología de aminoácidos con los
RNA polimerasas de los procariotas. Las funciones
de cada una de las subunidades aún no se comprenden
completamente. Muchas de ellas podrían tener fun-
cionés reguladoras, como asistir a la polimerasa en el
reconocimiento de secuencias específicas como pro-
motores y señales de terminación'
Una- toxina peptídica del hongo Amanita pha'
lloides,
q,-amanitina, es un inhibidor específico del
RNA polimerasa dependiente de DNA nucleoplásmica
eucariótica (RNA polimerasa II), y como tal ha pro-
bado ser una poderosa herramienta (cuadro 39-2)' Se
piensa que la cr-amanitina bloquea la translocación de
ia RNA polimerasa II durante la transcripción'
Le §¡ruTESlS *§ Rf\EA *GpSpffiÉ,*émE
tru¡ülAff é&t, f; Lüi{ üA*!SN
Y THRMI¡NÉ{*lffiN
En las bacterias, el proceso de síntesis de RNA, como
se muestra en la figura 39-3, comprende primero la
unión de Ia molécula de RNA holopolimerasa con el
molde en el sitio del promotor. Esta unión es seguida
por un cambio conformacional de la RNAR y a conti-
nuación el primer nucleótido (casi siempre una purina)
se une al sitio de iniciación en la subunidad p de la en-
zima. En presencia de los cuatro nucleótidos, la RNAP
Cuadro 39-2. Nomenclatura de las RNA
Pol¡merasas
dePendientes de DNA
se mueve hacia la segunda base en el molde, forma un
enlace fosfodiéster, y la cadena naciente ahora se une
al sitio de polimerización en la subunida$ p de la
RNAP. (Se puede observar la analogía con los sitim
A y P en el ribosoma; figura 40-9.)
La iniciación de la formación de la molécula de
RNA sigue con la liberación del factor (, en tanto que
la elonfación de la molécula de RNA a partir de la
terminal 5' a3'continúa en dirección antiparalela de
su molde. La enzima polimeriza los ribonucleótidos
en una secuencia específica, dictada por la cadena
molde, e interpretada por las reglas del apareamiento
de bases de Watson-Crick. En la reacción de polime-
rización se libera pirofosfato. Tanto en procariotas
como en e.rciiotas, por lo general un nucleótido de
purina se polimeriza lrimero
en la molécula de RNA'
El trifosfato en 5'de este primer nucleótido se man-
tiene en el mRNA de procariotas. Éste se elimina en el
proceso de formación de cápsulas en el mRNA de
eucariotes.
Conforme el complejo de elongación que contie-
ne la RNA polimerasa central progresa a lo largo de la
molécula d¿ DNA, debe ocurrir el desenrollamiento
det DNA para proporcionar acceso para el apareamien-
to de basei apropiado con los nucleótidos de la cader¡a
codificadora. La extensión del DNA desenrollado es
constante a lo largo de la transcripción y se ha calcula-
do que es cercano a 17 pares de bases por molécula de
polimerasa. Parece que la polimerasa dicta el tamaño
de la región del DNA desenrollado, y es independien-
te de la iecuencia de DNA en el complejo. Esto sugiere
que la RNA polimerasa se relaciona con una actividad
de "desenroilasa" que abre la hélice de DNA' El he-
cho de que la dobte hélice del DNA deba desenrollarse
y las cadenas deban separarse, por lo menos tempo'
ialmente para la transcripciónl implica alguna altera-
ción en lá estructura del nucleosoma de las células
eucariotas. La topoisomerasa permite la progresión de
la RNAP para prevenir la formación de complejos
superhelicoidales.
En las bacterias, la terminación de la síntesis de
la molécula de RNA está señalada por una secuencia
en la cadena molde de la molécula de DNA; es una señal
que se reconoce por una proteína de termjnación, el
factor rho (p); que es una helicasa RNA-DNA depen-
diente de AIP que rompe el complejo RNA-DNA
naciente. Después de la terminación de la síntesis de
la molécula de RNA, la enzima central se separa del
molde de DNA. Con la asistencia de otro factor o, la
enzima central reconoce a un promotor en el cual se
inicia la síntesis de una nueva molécula de RNA' En
las células eucariotas, la terminación está menos defi-
nida; parece ser que está vinculada a la adición de la
cotap-oli A:'del mRNA y podría involucrar la deses-
tabilización del complejo RNAIDNA en una región
de pares de bases A-U. Más de una molécula de RNA
Sensibilidad a baias concen-
traciones (1 0-e a 10{ mol/L)

l

555. Síntesis, procesamienfo y modificación del RNA .
503
polimerasa puede transcribir la misma cadena molde
de un gen de manera simultánea, pero el proceso está
en fase y espaciado de tal manera que en cualquier
momento cada uno transcribe una porción diferente
de la secuencia de DNA. En la figura 39-4 se muestra
una micrografia electrónica de la síntesis de RNA.
LA FIDELIDAD Y FRECUENCIA
DE LA TRANSCRIPCIÓN SE CONTROLAN
POR PROTEíUES UN¡DAS A GIERTAS
SECUENCIAS DE DNA
El análisis de la secuencia del DNA de genes específi-
cos ha permitido la identificación de secuencias
importantes en la transcripción genética. Del gran nú-
mero de genes bacterianos estudiados, es posible
construir modelos de consenso de la iniciación de la
transcripción y de las señales de terminación.
La pregunta de cómo encuentra la RNAP el sitio
correcto para iniciar la transcripción no es trivial cuan-
Figura 3$4. Fotomicrografía electrónica de múltiples co-
pias de genes de RNA ribosomal de anfibio, en el proceso
de transcripción. La amplificación es cerca de 6 000x. Nóte-
se que la longitud de los transcritos aumenta conforme las
moléculas de RNA polimerasa progresan a lo largo de los
genes individuales del RNA ribosomal. De esta manera, la
terminal proximal del gen transcrito tiene transcritos cofios
unidos, en tanto que transcritos mucho más largos están
unidos a la terminal distal del gen. Las flechas indican la
dirección (5 '
a 3') de la transcripción. (Reproducido con
autorización de Miller OL Jr, Bea§ BR: Portra¡t of a gene. J
Cell Physiol, 1969; 74 [Suppl 1]: 225.)
do se considera la comp§idad del genoma. LaE. coli
tiene? x 103 sitios de iniciación de la transcripción en
4 x 106 pares de base (bp) en el DNA. La situación en
el ser humano es mucho más cornpleja, debido a que
algunos de los 105 sitios de iniciación de la transcrip-
ción esl'ín esparcidos en 3 x 10e bp del DNA. La RNAP
puede unirse a muchas regiones del DNA, pero ex-
plora la secuencia de DNA, a velocidad de 103 bp/s,
hasta reconocer ciertas regiones específicas del DNA
a las cuales se une con muy alta afinidad. Esta rggión
se conoce como promotor, y es la asociación del
RNAP con ef promotor la que asegura la iniciación de
la transcripción.
Los promotores bacterianos
son relativamente simples
Los promotores bactedanos tienen aproximadamente
40 nucleótidos (40 bp o cuatro giros de la doble hélice
del DNA) de longitud, una región suficientemente
pequeña para ser cubierta por una molécula de RNA
holopolimerasa de E coli.Enestaregión del promotor
existen dos elementos cortos con secuencia conser-
vada. Aproximadamente 35 bp "corriente arriba 'del sitio
de transcripción existe una secuencia de consenso de
ocho pares de nucleótidos (5'-TGTTGACA-3') a la
cual se une la RNAP para formar el conocido comple-
jo cerrado. Más proximal al sitio de iniciación de la
transcripción, ce,rca de 10 nucleóüdos corriente arriba,
está una secuencia de 6.pares de nucleótidos ricos en
A-T (5'-TATAAT-3').Éita se muestra de manera es-
quemática en la figura 39-5. La última secuencia tiene
una baja temperatura de fusión debido a su deficien-
cia de pares de nucleotidos GC. Por esto, se piensa que
la caja TATA facilita la disociación entre las dos cade-
nas de DNA, de tal manera que la RNA polimerasa
unida a la región promotora puede tener acceso a la
secuencia de nucleótidos inmediatamente corriente
abajo, de
,su cadena molde. Esto se conoce como com-
p§o abierto. Otras bacterias üenen secuencias de con
senso ligeramente diferentes en sus promotores, pero
por lo general todas tienen dos componentes en el pro-
motor; estos tienden a estar en la misma posición relati-
va al sitio de iniciación de la transcripción y, en todos los
casos, las secuencias entre las cajas no tienen similitud.
Las señales de terminación de la transcripción
dependientes de rho en la E. coli,también parecen te-
ner una secuencia de consenso distinta, tal como se
muestra en la figura 39-6. Puede observarse que la
secuencia de conienso conservada, que tiene cerca de
40 pares de nucleótidos de longitud, contiene una re-
petición invertida interrumpida, seguida de una serie
de pares de bases AL Conforme transcurre la trans-
cripción a través de la repetición invertida respecto al
original, el transcrito generado puede formar la estruc-
tura intramolecular en horquilla; como se muestra en
¡

556. 504 . Bioquímica de HarPer
Promotor
Cadena codificadora 5'
C¿ Jena molde 3'
la figura 39-6.La transcripción continúa hacia la re-
gión AI, y con la ayuda de la proteína de terminación
[,
ta RNe polimerasa se detiene, se disocia del molde
de DNA y libera el transcrito naciente.
Los promotores de eucariotas
son más complejos
Es claro que las señales en el DNA que controlan la
transcripción en las células eucariotas son de distintos
tipos. Dos tipos de elementos de secuencia son pro-
motores proximales. Uno de ellos define en dónde
comienza la transcripción a lo largo del DNA, y el
otro determina con qué frecuencia ocurre este even-
to. Por ejemplo, en el gen de la timidina cinasa del
Dirección de la transcriPción
Cadena codiflcadora 5'
Cadena molde 3'
Cadena codificadora 5'
Cadena molde 3'
/t
s'nNR
5',
RNA
3'
producto
vims del herpes simple, que utiliza los factores de trans-
cripción de su huésped mamífero para la expresiótl
genética, existe un solo sitio de iniciación de la trans-
cripción, y la exactitud de ésta a partir de dicho sitio
delniciación depende de una secuencia de nucleótidos
localizados a 32 nucleóticlos "coriente ariba" del sitio
de iniciación (p ej, en -32)
(figura 39-7). Esta re-
gión tiene una secuencia de TATAAAAG y tiene una
notable homología con la caja TATA, funcionalmente
relacior.rada, localizada a cerca de 10 bp "corrientc
arriba" del sitio de iniciación del mRNA procarióticc
(figura 39 5). Una mutación o inactivación de la ca.1r
TAIA reduce en gran medida la transcripción del gen
del herpes simple. Muchos de los genes de mamíféros
tienen una caja TAIA que suele localizarse I 5 a 30 b¡'
(Capítulo 39)
sitio de inicio
de la transcripción
[,:""^t-l
Región -35
Reg¡ón transcrila ,
del gen
TTTTTTTT
AAAAAAAA
//
/F
Figura 3g-5.
promotores bacterianos, como los de E. coti que se m_ueslran aquí, comparten dos regiohes con secuencia de
nucleótidos altamente conservada. Estas secuencias se locaíizan a 35 y 1o bp "corriente arriba" (en la dirección 5' de la cadena
codificadora) del sitio de In'rcia;'ó; ¡e lá transcripción, el cual se représenta como +1 . Por convención, todos los nucleótidos
corriente arriba del sitio de.inicio de la transcripción (en'+1) se numeran en sentido negativo. f3m$eri p9¡ convención, los
elementos reguladores Oe sácrLnc¡a del DNÁ (caja'TATA,'etc.) se describen en la dirección de 5'a 3'localizados en la
cadena codificadora. Sin
"rnoáiéá,
áiioi álemenüsiuncionán soíamente en la doble cadena del DNA. NÓtese que el transcrito
pioou.to de esta unioao oeiianiái¡póiOn ilene Ia misma polaridad o "sentido" (es decir la orientación de5'a 3') que la cadena
codificadora.
U
U
,/on
u"
/ cG
/ cc
/ BB
,/ cc
5'J
U
Figura 39-6. La señal de terminación de la transcripción bacteriana en el gen contiene una repeticiÓn separada e ir''=- -'
(eñlasáreasdeloscuadros) seguidadeunazonadepar"sdebasesAT(partesuperiordelafigura)
Larepetición n'':1 -:
cuando se transcribe al RNA, préd" g"n"ru, la estructura secundaria del tránscrito de RNA que se muestra en la parte -'=-
'
de Ia figura.
3' gr*¡
5',
llTTTTt¡
-/ L
AAAAAAAA
3
oru
5',
UUUUUU-3'
RNA transcrito
Reg¡ón -10
\i

557. Síntesis, procesamiento
1t nlo¿¡¡¡.rción del RNA .
505
"corriente arriba" del sitio de iniciación de la transcrip-
ción. La secuencia de consenso es TAIAAA, aunque
se han caracterizado numerosas variaciones que por
lo general, involucran cambios de una T o una A. La caja
TAIA se une a la proteína de unión de TATA (TBP)
de 30 kDa, la cual a su vez se une a algunas otras pro-
teínas llamadas factores asociados a la TBP (TAF).
Este complejo de TBP y TAF con frecuencia se cono-
ce como TFIID. Se piensa que la unión de éste con la
secuencia de la caja TAIA, representa el primer paso
en la formación del complejo de transcripción,en el
promotor.
Unpequeño número de genes carecede cajaTATA.
En estos casos, una secuencia iniciadora (Inr) dirige
a la RNA polimerasa II hacia el promotor, y permite
así que la transcripción basal se inicie desde el sitio
coffecto. El elemento Inr abarca el sitio de iniciación
(desde
-3
a +5) y consiste enuna secuencia de consen-
so general (Py), A"1NT/A(Py)r, que es similar per se a
la secuencia del sitio de iniciación. (A"1 indica el pri-
mer nucleótido transcrito.) Las proteínas
eue
so uflolr
al Inr para dirigir la unión de la pol II, que incluye al
TFIID y uno o más TAF. Los promotores que tienen
tanto una caja TATA como una Inr pueden ser más
potentes que los que sólo tienen uno de los elementos.
Las secuencias más alejadas "corriente arriba'del
sitio de inicio determinan con qué frecuencia ocurre
el evento de transcripción. Las mutaciones en estas
regiones reducen la frecuencia del iniciación de la
transcripción entre 10 y 20 veces. Las cajas típicas de
estos elementos de DNA son GC.y CAAT, así llama-
das en virtud de las secuencias de DNA involucradas.
Como se ilustra en la figura 39--7, cada una de estas
cajas se une a proteínas, Spl en el caso de la caja GC,
y CTF (o C/EPB, NF1, NFY) para la caja C,\AT. La
frecuencia de iniciación de la transcripción es ona con-
secuencia de estas interacciones de proteína-l )NA, por
lo que la interacción proteína-DNA en el conjunto
TATA, asegura la fidelidad del iniciación.
Estos elementos corriente arriba confir¡ren la fi-
delidad y la frecuencia de la iniciaciórr y tienen
requerimientos rígidos tanto para la posición como para
la orientación, en particular la caja TATA. Los cam-
bios en las bases sencillas tienen efectos impofiantes
sobre la función; el espaciamiento de estos elementos
respecto al sitio de iniciación es crítica, y por lo gene-
ral no trabaja si la dirección cle 5' a 3' está invertida
(figura 39-8). Esto es pafiicularmente ciefto para ia
caja TATA.
En genes eucariotas, una tercera clase de elemen-
tos de secuencia puede aumentar o disminuir la tasa
de la iniciación de la transcripción. Estos elementos
se conocen como aumentaclores o represores, depen-
diendo del efecto que tienen. Se ha encontrado a estos
elementos en una variedad de localizaciones tanto co-
rriente ariba como corriente abajo de1 sitio de inicio
de la transcripción. En contraste con los elementos pro-
motores proximales y corriente arriba. 1os aumenta-
dores y represores pueden ejercer sus ef-ectos cuando
se localizan alejados cientos o aun miles de bases de
la unidad de transcripción en el mismo cromosolra.
Resulta sorprendente que los aumentadores ,v silen-
ciadores pueden funcionar independientemente de la
orientación. Se han descrito docenas de estos elemen-
tos. En algunos casos, los requerimientos de secuencra
para la unión son muy restringidos; en otros, se permi-
te una considerable variación. Algunas secuencias só1o
unen a una sola proteína, pero la mayor pafie une a
varias proteínas. De manera similar, una sola proteína
se puede unir a más de un elemento.
Los elementos de respuesta a hormonas (para
esteroides, T., ácido retinoico, péptidos, etc.) actúan
como, o en conjunción con, aumentadores o silencia-
dores (capítulo 44). Otros procesos que aumentan o
silencian la expresión genética, como la respuesta al
choque térmico, metales pesados (Cdt* y Zn2 ), ¡,
aI-
gunos agentes químicos tóxicos (p. ej., dioxina), están
mediados a través de elementos reguladores específi-
cos. La expresión genética tejido específica. por
ejemplo, el gen de la albúmina en el hígado. también
está mediada por secuencias específicas de DNA.
Señales específicas regulan
!a terrninación de la transcripción
Muy poco se conoce acerca de las señales para la
terminación de la transcripción por la RNA polirne-
Figura 39-7. Los elementos de transcripción y los factores de unión en el gen de la timidina cinasa (tk). La RNA polimerasa
ll dependiente de DNA se une "corrrente abajo" de la región de la caja TATA (que une al factor de transcripción TFIID) para
iniciar Ia transcripción en un solo nucleótido (*t). La frecuencia de este evento aumenta por la presencia de los elementos
que actúan en cls, "corriente arriba" (las cajas GC y CAAT) Estos elementos unen a los factores de transcripción frans Sp1
y CTF (C/EBP, NF1, NFY) respectivamente, y pueden funcionar independientemente de la orientación (flechas).

558. 506 . Bioquímica de Harper (Capítulo 39)
Expresión regulada
Elementos
"corriente arr¡ba"
(caja CAAT, etc.)
r-=r---+
Figura 39-8. Diagrama esquemático en el que se muestran las regiones de control de la transcripclón en un gen eucariótico
hifotético de clase ll (produciendo mRNA). Un gen puede dividirse en sus regiones de codificación y reguladÓras, definidas
por el sitio de iniciación de la transcripción (flecha ancha). La región de codificación contiene la secuencia de DNA que se
iranscribe en el mRNA, la cual, finalmente, se traduce en la proteína. La región reguladora contiene dos clases de elementos.
Una es responsable de asegurar la expresión basal. Por lo general, estos elernentos tienen dos componentes: el proximal,
casi siempie la caja TATA, dirige a la RNA polimerasa ll hacia el sitio correcto (fidelidad). En los promotores carentes de
TATA, un elemento iniciador (lnr) que abarca el sitio de iniciación (+1), puede dirigir a la polimerasa a este s¡tio. Otro compo-
nente, los elementos "corriente arriba", especifican la frecuencia de la iniciación. El mejor estudiado es la caja CAATr pero
muchos otros elementos (Sp1 , NF1, AP1 , etc.) pueden usarse en varios genes. Una segunda clase de elementos regulado-
res de acción cls'son los responsables de regular la expresión. Esta clase consta de elementos que aumentan o reprimen la
expresión y de otros que median la respuesta a varias señales, incluyendo hormonas, choque térmico, metales pesados y
químicos. La expresión tejido-específica también involucra secuencias específicas de esta clase. La dependencia de la
orientación de todos los elementos se indica por las flechas dentro de los recuadros. Por ejemplo, el elemento proximal (caja
TATA) debe estar en la dirección 5'a 3'. Los elemerltos "corriente arriba" trabajan mejor en la orientación 5'a 3', pero a¡gunos
de ellos pueden estar ¡nvertidos. Algunos elementos no están fijos respecto al sitio de iniciación de la transcripción. De esta
forma, aigunos elementos responsables de la regulación de la expresión se pueden localizar ¡ntercalados con elementos
"corriente arriba", o pueden localizarse "corr¡ente abajo" del sitio de inicio.
r;.
t,-
I
!
I
I
t'.
I
I
I
i
rasa II de eucariotas. Sin embargo, parece que las se-
ñales de terminación están distantes corriente abajo
de la secuencia codificadora de los genes eucariotas.
Por ejemplo, la señal de terminación de la transcrip-
ción de la p-globina del ratón ocurre en varias posi-
ciones 1 000 a 2 000 bases más allá del sitio en el cual
la cola poli (A) eventualmente se adicionará. Se cono-
ce poco acerca del proceso de terminación, o de si
están involucrados factores específicos de terminación
similares al factor sigma bacteriano. Sin embargo, se
sabe que la terminal 3'del mRNA se genera poste-
riormente a la transcripción, y parece involucrar dos
pasos. Después de que la RNA polimerasa II ha atra-
vesado la región de la unidad de transcripción que
codifica la terminal 3'del transcrito, una RNA endo-
nucleasa separa el transcrito primario en una posición
cerca de 15 bases 3'de la secuencia de consenso
AAUAAA, la cual parece servir en los transcritos de
eucariotas como una señal de separación. Finalmente, esta
nueva terminal 3'recién formada se poliadenila en el
nucleoplasma, tal como se describe más adelante.
Un aparato complejo, consistente en hasta 50 proteí-
nas únicas, proporciona la transcripción exacta y
regulable de los genes de eucariotes. Las enzimas RNA
polimerasa (pol I, pol II, y pol IiI para los genes de la
clase I, II y III, respectivamente) transcriben la info¡-
mación contenida en la cadena molde de DNA en el
RNA. Estas polimerasas deben reconocer un sitio es-
pecífico en el promotor para el iniciación de 1a
transcripción en el nucleótido apropiado. Al contrario
de la situación en los procariotas, las RNA polimera-
sas de eucariotas no pueden diferenciar entre las se-
cuencias promotoras y otras regiones de DNA; por
tanto, otras proteínas facilitan la unión específica de1
promotor de estas enzimas y la formación del com-
plejo de preiniciación. Otro conjunto de proteínas, los
coactivadores, contribuyen a regular la velocidad de
la iniciación de la transcripción por medio de la interac-
ción con activadores de la transcripción que se unen cor.
los elementos del DNA corriente arriba (véase después
F*r¡rtn*r*r¡ del eornpl*jo
de ?ran**ripción hasal
En las bacterias, un complejo factor sigma-polimer"s.
se une de manera selectiva al DNA en el promotor :
situación es más compleja en los genes eucariotas, L - ,
genes clase II
-aquellos
transcritos por la pol II p-.
elaborar mRNA- se describen como un ejemplc :
-
los genes clase II, la función de los factores sign"
=,
asumida por varias proteínas. La transcripción br*-
requiere además de la pol II, de factores llamad -,=
A, B, D, E, F y H, algunos de los cuales se comF -::-
de varias subunidades diferentes. Estos factores
-.=,
.
rales de transcripción (GTF) se abrevian de ;r".-. -
Expresión basal

559. Síntesis, procesamiento y modificación del RNA .
507
convencional como TFIIA, TFIIB, etc., para elfacfor
de rranscripción , genglase II A. El TFIID, et cual se une
a la caja TAIi\, es el único factor capaz de unirse a
secuencias específicas de DNA. Como se describirá
después, el TFIID consiste en laproteína que une a TAIA
(TBP) y de 8 a l0/actores asociados a IBP (TAF)
La TBP se une a la cala TAIA en la hendidura
menor del DNA (muchos de los factores de transcrip-
ción se unen en la hendidura mayor) y producen un
doblez de l00o o rizo en la hélice de DNA. Se piensa
que esta inclinación facilita la interacción de las pro-
teínas asociadas a la TBP con otros componentes del
complejo de iniciación de la transcripción, y posible-
mente con factores unidos a elementos corriente arriba.
Aunque se define como un componente de los promo-
tores de los genes clase II, laTBP, en virtud de su aso-
ciación con distintos conjuntos de TAF específicos
de polimerasa, también es un componente importante de
los complejos de iniciación clase I y clase III, aunque
no contengan caja TATA. No se han identificado los
sitios de unión de TBP en estos promotores.
La unión de TBP marca un promotor específico
para la transcripción, y es el único paso en el proceso
de ensamble que depende completamente de una in-
teracción proteínas/DNA. De los pasos subsecuentes
in vitro, el primero es la unión del TFIIB al complejo
TFllB/promotor. Esto resulta en un complejo tercia-
rio estable, el cual después se localiza de manera más
precisa en el sitio de iniciación de la transcripción.
Dicho complejo atrae y enlaza al complejo pol IVTFIIF
al promotor. La TFIIF es estructural y funcionalmente
similar al factor sigma bacteriano y se requiere para el
encuentro de la pol II con el promotor. La TFIIAtam-
bién se une y estabiliza el complejo TBP/promotor.
La TFIIA puede permitir al complejo, responder a los
activadores, quizás por el desplazamiento de los repre-
sores. La adición de TFIIE y TFIIH es el paso final
del ensamble de este complejo de preiniciación (PIC,
del inglésprcinitation compler). El TFIIE parece unir-
se al complejo con pol IIITFIIF y después se recluta el
TFIIH. Cada uno de estos eventos de unión aumenta
el tamaño del complejo, por lo que llega a cubrir cerca
de 60 bp ( de 30 a +30 relativo a +1, el nucleótido a
partir del cual se inicia la transcripción) (figura 39-9).
El PIC está ahora completo y es capaz de iniciar la
transcripción basal a partir del nucleótido correcto. En
los genes que carecen de la caja TATA, se requiere de
los mismos factores, incluyendo TBP. En tal caso, una
secuencia iniciadora (Inr) coloca al complejo para
una iniciación precisa de la transcripción. Algunos pro-
motores tienen ambos caja TATA y secuencias Inr, que
en algunos casos actúan de manera sinérgica.
i-a f*s-*riña*í*ri ñrtivit a ia tr*l il
La pol II de eucariotes consta de l4 subunidades. Las
dos subunidades más grandes, cerca de 200 kDa. son
homólogas a las subunidades bacterianas
B y p'. En
adición al elevado número de subunidades, la po1 II
de eucariotas difiere de su contraparte en los proca-
riotas en que tiene una serie de repeticiones de la
secuencia Tir-Ser-Pro-Tre-Ser-Pro-Ser en el carboxilo
terminal de la subunidad más grande de la pol II. Este
dominio repetido en el carboxilo terminal (CTD,
del inglés corboxyl terminal repeat domain) tiene 26
unidades repetidas en las levaduras y 52 unidades en
las células de mamíferos. La CTD es sustrato de va-
rias cinasas (incluyendo el componente TFIIH de la
holoenzima) y es un sitio de unión para una amplia va-
riedad de proteínas conocidas como Srb o proteína
mediadora. La CTD también interactúa coú las enzimas
de procesamiento del RNA, lo que podría estar involu-
crado con la poliadenilación del RNA. Otro
componente, el TPllE, aumenta notablemente 1a acti-
vidad de cinasa de la TFIIH. La pol II se activa cuando
se fosforila en los residuos de Ser y Tre, y se inactiva
-50 --g0 -10 f- +.10
lrlr
+30
I
Figur.a_3$-9' Complejo de transcripción basal eucariótico. La formación del complejo de transcripción basal se inicia cuando
la TFIID se une a la caja TATA. Este dirige el ensamble de otros componentes por medio de inieracciones proteína-DNA y
proleína-proteína. El complejo entero abarca el DNA desde la posición
-30 a +3ó relativas al sitio de inicio (+1
, marcado por
la flecha curvada).
+50

560. 508 . Bioquímica de Harper
cuando Ia CTD se deslbsfbrila. La po1 lI que carece
de la cola CTD es íncapaz de activar la transcripciór.r,
1o cuai acentúa la importancia de este dominio.
La pol [I se asocia con otras proteínas para for-
mar un complejo holoenzima. En las levaduras, por lo
menos nueve productos genéticos llamados Srb (de
supresor de Rll-A polimerasa B)- se unen colr la CTD.
Las proteínas Srb también llamadas mediadores- sor.r
esenciales para la transcripción por la pol IT, aunqr-re
su flrnción exacta en este p1'oceso aún no se ha definido.
El TFIID se consideró originalmente una simple pro-
teína. Sin embargo, la evidencia condujo al impofiante
descubrimiento de que la TFIID es realmente un com-
plejo que consiste en TBP y las ocho TAF. La primera
evidencia de que el TFIID es más complejo que las
moléctilas de TBP, provino de la observación de que
el TBP se une a un segmento de DNA de 10 bp, inme-
diatamente ar:riba de la caja TATA del gen, en tanto
que la TFIID cubre una región de 35 bp mayor (figura
39 9). Segundo, la TBP tiene una masa molecular de
20 a 40 kDa (según la especie), en tanto que el com-
plejo de TFIID tiene una nlasa molecular de cerca de
700 kDa. Finalmente, y quizás mucho más imporlan-
te, la TBP apoya la transcripción basal pero no la
transcripción aumentada generada por cierlos activa-
dores, como Sp I unido a la caja GC. Por otra parte, la
TFIID apoya tanto la transcripción basal y la aumen-
tada por la Spl, Octl, AP1, CTF, ATF, etc. (cuadro
39-3). Las TAF son esenciales para esta transcripción
activador-aumentada. No resulta claro si existe una o
varias formas de TFIID que pudieran diferir en su com-
plemento de TAF asociadas con TBP. Es concebible
que diferentes combinaciones de TAF con TBP se pue-
dan unir a diferentes promotores y reporles recientes
sugieren que esto podría explicar la activación selectiva
observada en varios promotores, así como la diferente
potencia de cierlos promotores. Debido a que se requie-
ren para la acción de los activadores, con frecuen-
cia se conoce a las TAtr'como coactivadores. Existen
tres clases de factores de transcripción involucrados
en la regulación de los genes clase II: factores basales,
coactivadores y activadores-represores (cuadro 3 9J).
Una cuestión de suma importancia es cómo estas cla-
ses de proteínas interactúan para gobernar ei sitio de
transcripción.
Dos modelos explican el ensamb¡e
del complejo de preiniciación
La fbnlación del PIC descrita previamente, se basa
en la adición secuencial de componentes pr-rrif,rcados
(( rtl'tt
.
Cuadro 39-3, Algunos de los elementos de control
de la transcripción, sus secuencias de consenso
y los factores que se unen a ellos y que se
encuentran en los genes de mamíferos transcritos
por la RNA polimerasa ll. Una l¡sta completa incluina
docenas de eiemplos, Los asteriscos s¡gnifican
que existen numerosos miembros de esta famil¡a
Ocl-1,2,4,6-
en experimentos ín t,iÍro. Una característica esellcr -
de este modelo es que el ensamble tiene lugar en .
molde de DNA. De acuerdo con esto, se piensa q,..
los activadores de la transcripción, que tienen u:..
unión autónoma con el DNA. así como dominio. ;.
activación (capítulo 4l) funcionan por estimular ' ,
sea la formación o la función de PIC. Los coactivador.,
TAF se consideran como f-actores puente que se c, -
munican entre los activadores corriente arriba. l:.
proteínas relacionadas con la pol Il, o muchos otri',
cor.nponentes del TFIID. Este panorama, en el que ..
supone que existe un ensamble paso a paso del Plt
promovido por varias interacciones entre 1¡,
activadores, coactivadores y componentes del PlC. ..
ilustra en la figura 39-10. Dicho modelo se apo) o r-
la observación de que muchas de estas proteínas pLr.-
den unirse una con ofra in vitrrt.
La evidencia reciente sugiere que existe otro p,.-
sible mecanismo para la fbrmación del PIC 1 -
regulación de la transcripción. Prirnero, los grani..
complejos de GTF y de pol II se encuentran en i-,.
células, y este complejo puede asociarse con un prolll "
tor en un solo paso. Segundo, la tasa de transcripui.
Cuadro 39-4. Tres clases de factores
de transcripción en los genes clase ll
Mecanismos generales Componentes especílicos
Componentes basales TBR TFIIA, B,m E, G, F y H
Coactivadores TAFs
Jun, Fos, ATF-
Activadores SP1, ATF, CTF, AP1, EtC.
Elemento
Secuencia
de consenso
Factor
Caja TATA TATAAA TBP
Caja CAAT CCAATC C/EBP-, NF-T
Caja GC GGGCGG sp1
CAACTGAC
T/CGGA/CN.GCCAA
MyoD
NF1
-
Octamero de lg ATGCAAAT
AP1 TGAG/CTC/AA
Respuesta séricaGATGCCATA SRF
Choque térmico (NGAAN)3 HSF
¡¡-

561. Síntesis, procesomi.ento
-v
modificación del RNA .
509
Tasa de
lranscripcién
f ccAArl
alcanzada cuando los activadores se adicionan a con-
centraciones limitantes de la holoenzima pol II, puede
alcanzarse por el aumento de la concentración de la
holoenzima pol II en ausencia de activadores. Por tan-
to, los activadores por símismos no son absolutamente
esenciales para la formación de PIC. Estas observa-
ciones condujeron a la hipótesis de "reclutamiento",
la cual no ha sido comprobada de manera experimen-
tal. Simplemente, se estableció que la función de los
activadores y coactivadores puede ser sólo la de re-
clutar un PIC preformado en el promotor. El
requerimiento de un dominio de activación se evita
cuando un componente del TFIID o la holoenzima
pol II se inclina, de manera artificial, usando técnicas
de DNA recombinante, hacia el dominio de unión del
DNA (DBD) de un activador. Este anclaje, a través
del componente del DBD de la molécula activadora,
conduce a una estructura competente desde el punto
de vista transcripcional, y no se requiere así del domi-
nio de activación del activador. Con este panorama, la
función del dominio de activación y de los TAF, es for-
mar un ensamble que dirija al PIC preformado hacia
el promotor; no conftibuye al ensamble del PIC (figura
39-10B). La eficiencia de este proceso de reclutamien-
_---rl
I cnnr
I
to determina la tasa de transcripción en un promotor
determinado.
Las hormonas
-y
otros efectores que sirven para
transmitir la información relacionada con el ambiente
celular- modulan la expresión genética mediante su
influencia sobre el ensamble y la actividad del activa-
dor y del coactivador, y la subsecuente formación del
PIC en el promotor de los genes blanco (capítulo 44).
Los numerosos componentes involucrados permiten
la formación de abundantes combinaciones y, por tan-
to, una graduación de la actividad de transcripción en
un gen determinado.
LA LOCALIZACIÓN
DE LOS ELEMENTOS DEL DNA
QUE ACTÚAN EN C'S ES INTRAGÉN¡GA
EN LOS GENES CLASE III
La RNA polimerasa III dependiente de DNA, que
transcribe los genes del IRNA y del RNA de bajo peso
molecular (capítulo 37), reconoce a un promotor que
es intragénico del gen que se expresa, y no en posición
corriente arriba del punto de inicio de la transcripción.
-f
comPlejo
\i
(
rBP
)
or^,
./
\A.-/--_'-_--.
Ar+
t rArA I
Tasa de
lranscripción
z- ¡Y*,r
( CTF ) (IAF)
t-\M/t
)l
*
Qcrr
I
Figura 39-10. Dos modelos para el ensamble del complejo de transcripción activo y para explicar cómo los activadores y
coactivadores pueden aumentar la transcripción. lndicado aquí cómo un óvalo pequeño, el TBP, contiene TFIID, un óvalo
grande que contiene tcdos los coniponentes del complejo basal de transcripción que se ilustra en la figura 39-9 (p. ej..
RNAPII y TFI¡A, TFllB, TFIIE y TFIIF). Panel A: el complejo de transcripción basal se ensambla sobre el promotor después
de que se une la subunidad TBP del TFIID con la caja TATA. Algunos TAF (coactivadores) se asocian con la TBP. En este
ejemplo, un activador de la transcripción, el CTF, se muestra unido a la caja CAAT, formando una lazada por la interacción con
un TAF unido a la TBP. Panel B: modelo de reclutamiento. El factor activador de la transcripción CTF se une con Ia caja CAAT
e interactúa con un coactivador (en este caso es TAF). Esto permite una interacclón con el TBP-complejo de transcripción
basal preformado. La TBP ahora puede unirse con la caja TATA, y el complejo ensambrlado es completamente activo.
Complejo basal

562. (Capítulo j9t
En el caso de genes del IRNA eucariótico, existen dos
bloques de seóuencia internos separados (A y B) que
actúan como un promotor intragénico' I as secuencias
áántio ¿" los bloques A y B bxisten en la molécula de
IRNA maduro, en regiones altamente conservadas' que
p.ti"lpu.,
".,
ta formáción del brazo D y el brazo TYC'
i"rp""iiuu*"nte (fi gura 37 -1l). Mediante la- manipu-
tación de la estructura de los genes de IRNA', se ha
J"-ott udo que para la función del promotor-la dis-
iu"tiu opti*á enire los bloques A
.y-
B.tt de 30 a 40
pares de'bases, y el punto delniciación de la transcrip-
iión t" presentáenfre l0 y l6 pat9s99!§gscorriente
"rlUá
¿'Lf bloque A. Para el gén del 55 RNA'
-el
cual
también se transcribe por la RNA polimerasa III' pa-
rece existir un factor prbteico específico de la transcrip-
ción que, una vez unido al promotor.intragénico' es
áiáuuür" ou. interactúe con una molécula de RNA
'"nli-".utá
IIl para colocar sus sitios catalíticos sobre
áiporto de iniciación de la transcripc-ión del DNA'
Úr'-""anis*o similar que emplea un factor (o facto-
res) de transcripción que actúa en trans- podría estar
iníolucrado en la tranicripción del gen del IRNA'
CON FRECUENCIA, LAS MOLÉCULAS
DE RNA SE PROCESAN ANTES DE
LLEGAR A SER FUNCIONALES
En los organismos procariotas los transcritos prima-
rios de los genes que codifican al mRNA sirven como
molde de traducción, aún antes de que se complete su
transcripción. Esto es, presumiblemente, debido a que
el sitio de transcripción no está compartimentalizado
dentro del núcleo, como sucede en los organismos
eucariotas; por tanto, en los organismos eucariotas la
transcripción y traducción están acopladas' En conse-
cuenciá, el mRNA de procariotas sufre
'poco
procesamiento antes de llevar a cabo su función en 1a
síntesis de proteínas. El rRNA y las moléculas de IRNA
se transcriben como unidades considerablemente ma-
yores que la molécula f,rnal. De hecho, gran parte de
ías uniáades de transcripción del IRNA, contiene más
de una molécula. Así, en los procariotas el procesa-
miento de las moléculas precursoras del rRNA y eL
inNe, se requiere para la generación de las molécu1as
maduras funcionales'
Casi todos los transcritos primarios de RNA se
someten a un extenso procesamiento entre el momen-
to de su síntesis y aqrrél en que sirven para su función'
ya sea como mRNA o como una molécula estructur¡'
Lomo rRNA, 5S RNA o tRNA. El procesamiento oct'-
rre principalmente dentro del núcleo, e incluye ur:'
.opfura.tu.leofilica
a pequeñas moléculas, acoplada
'
reacciones nucleolíticas y de ligación (empalme de
exones). En las células de mamíferos, 50 a 750'n d;
RNA nuclear no contribuye al mRNA citoplásmici
La pérdida de este RNA nuclear es significativamen:'
-uyo.
qr. 1o que puede explicarse por la. pérdida c'
las seculncias intermedias (véase después)' Se desc "
Exóa 2
Cápsula 5'
CáPsula
CáPsula
Cápsula
intrón
3'del intrón
Ligado de la terminal 3'
del exón
'1
a la terminal
5'del exón 2
Digestión del intrón
Exón 1
lntrón
-6 ---JllI--¡-6 Vh
A, 3' transcrito prrmano
l-
V
en la terminal 5'del
,l.An
,\
| | .,
l,
Figura 39-11. Procesamiento del transcrito primario (hnRNA),a mfln
!n
este transcrito hipotético' la termina :
=
izquierda) del intrónsecorta(J)y-una_formaOetaza¿aLnirála'g¿elaterminal
5'del intrónyunaAcercanaalatÉ'-
-'
.
en la secuencia de consenso UACUAAC. Esta secuencü ."
"i*""
como el sitio de ramificación' y la A 3' forma la -- '
-
:
2. con taG La terminat s iá á i"iá"r'á¡ oát intron
".
ántán."r cortada (r1). Esto libera la lazada' la cual se dirige ¡ = '
'
1 queda unido al exón 2 por los residuos G'
+
G-G
i
I
!r
*
[,
t
$
h
F
t
F
F
F
F

563. Síntesis, procesamiento y modfficación del RNA .
511
noce la función exacta de la transcripción aparente-
mente excesiva en el núcleo de una célula de maqrífero.
Las porciones cod¡ficadoras {exones}
de muchos genes eucar¡otas están
interrumpidas por intrones
Intercaladas dentro de las porciones del DNA que co-
difican a aminoácidos (exones) en muchos genes,
existen secuencias de DNA que no contribuyen a la
información genéticatraducida finalmente a la secuen-
cia de aminoácidos de una molécula de proteína
(capítulo 38). De hecho, estas secuencias intermmpen
la región de codificación de los genes estructurales.
Estas secuencias interpuestas (intrones) existen,en
muchos, pero no todos los genes de eucariotas supe-
riores. Los transcritos primarios de los genes estruc-
turales contienen RNA complementario de las secuen-
cias intercaladas. Sin embargo, de las secuencias de
intrones del RNA se eliminan del transcrito, y los
exones del mismo se empalman apropiadamente en el
núcleo antes de q\e aparezcaen e1 ciioplasma, la mo-
lécula de mRNA resultante para su traducción (figuras
39 1l y 39-12). Una especulación es que los exones,
que con frecuencia codifican una actividad de domi-
nio de una proteína, son un medio para entremezclar
la información genética.
Los introne$ se remueven
y los exones se ennpalman
En la actualidad ya se ha dilucidado los mecanismos
por medio de los cuales se remueven los intrones del
transcrito primario en el núcleo, se ligan los exones
para formar la molécula de mRNA, y la molécula de
mRNA se transpofia al citoplasma. Se han descrito
cuatro diferentes mecanismos de reacción de empalme.
A continuación se describe la más común en las células
eucariotas. Aunque las secuencias de nucleótidos de
los intrones de los diversos transcritos eucariotas son
muy heterogéneas, aun aquellas dentro de un mismo
transcrito, hay secuencias relativamente conservadas
en cada una de las dos uniones exón-intrón (empalma-
das) y en el sitio de ramificación; localizado entre 20
y 40 nucleótidos corriente arriba del sitio de empalme
3'(véase las secuencias de consenso en la figura 39-12).
Una estructura especial, el
ttempalmosoma",
está in-
volucrada en la conversión del transcrito primario en
el mRNA. Los empalmosomas constan del transcrito
primari,ó, cinco RNA nucleares pequeños (U1, U2, U5
y UaNQ y más de 50 proteínas. En conjunto, éstos
forman un complejo de nucleoproteínas pequeñas
(snRNP), algunas veces llamado snurp. Se piensa que
los snurp colocan los segmentos de RNA en posición
adecuada para las reacciones de empalme, la cuales se
inician con el corte de la unión del exón en 5' (dona-
dor o izquierdo) (figura 39-11). Esto se lleva a cabo
por un ataque nucleofflico por un residuo adenilil en
la secuencia del punto de ramificación, adyacente co-
rriente arriba a la terminal 3'de este intrón. La terminal
libre 5'forma una estructura delazada o semicírculo
unida por un enlace fosfodiéster 5'-2'no usual al A
reactivo en la secuencia PiNPiPiPuAPi del sitio de ra-
mificación (figura 39-12). Este residuo adenilil se
localiza,por lo general,23 a37 nucleótidos corriente
arriba de la terminal 3' del intrón que se está remo-
viendo. El sitio de ramificación identifica el sitio de
empalme 3'. Un segundo corte se lleva a cabo en la
unión del intrón con el exón en 3' (donador o dere-
cho). En esta segunda reacción de transesterificación,
el grupo hidroxilo 3'del exón corriente arriba ataca al
fosfato 5'en el límite del exón-intrón corriente abajo,
y la estructura de lazada que contiene el intrón se libe-
ra e hidroliza. Los exones 5' y 3'quedan ligados para
formar una secuencia continua.
Los snRNA y las proteínas asociadas se requie-
ren para la formación de varias estructuras e
intermediarios. La Ul se une, por ap¿ueamiento de
bases, al límite exón-intrón en 5'. Después la U2 se
une, por apareamiento de bases, al sitio de ramifica-
ción, y con ello expone un residuo A nucleofílico. El
complejo de U5/U4|U6 se une posteriormente al
empalmosoma; un deseruollamiento mediado por una
proteína dependiente de AIP resulta en la ruptura del
complejo U4N6 (con bases apareadas) con la libera-
ción de laU4.La U6 es entonces capaz de interactuar
primero con la U2 y después con la U1. Estas
interacciones sirven para aproximar al sitio de empal-
me 5', el punto de ramificación, con su A reactivo, al
sitio de empalme 3'. Esta alineación se ve aumentada
por la U5. Tal proceso también resulta en la forma-
A___l_
Secuencias de consenso
r
u ------Vr------t@unncu- rrAcuAAC c@--Vf-s
C
E¡6¡ 5, ]s-_ lnrrón_+l f*ón e,
Figura 39-12. Se muestran las secuencias de consenso en uniones empalmadas, y también las secuencias 5' (donador o
izquierdo) y 3' (aceptor o derecho). También se muestra la secuencia de consenso de levadura (UACUAAC) del sitio de
ramificación. En las células de mamíferos, esta secuencra de consenso es PiNPiPiPuAPi, en donde Pi es una piridina, Pu una
purina y N un nucleótido. El sitio de ramificación se localiza 20-40 nucleótidos "corriente arriba" del sitio 3'.

564. 512 ' Bioquímica de HarPer
ción de una estructura de lazada o de semicírculo' Los
dos extremos se cortan, probablemente por el com-
plejo U2lU6. La U6 es esencial ya que las levaduras
deficientes de este snRNP no son viables' Es impor-
tante hacer notar que el RNA sirve como el agente
catalítico. Esta secr-rencia después se repite en los genes
que contienen múltiples intrones. En estos casos' se
rigo" un patrón definido para cada uno de los genesl y
loi intrones no se remueven necesariamente en forma
secuencial: primero 1, después 2, después 3, etc'
La relaólón entre el hnRNA y el correspondiente
mRNA maduro en las células eucariotas, ahora es apa-
rente. Las moléculas de hnRNA son los transcritos
primarios más sus primeros productos, procesados, los
cuales, después de la adición de las cápsr-rlas y las co-
las poli (A) y la remoción de los intrones, se trarlspoftan
at iltopiusrra como moléculas de mRNA maduro'
(CaPírulo 39t
este orden y para la generación de diferentes.mRNA'
De manera similar, el uso de sitios altemos de teml-
naciólr cofta y poliadenilación, tarnbién resulta en una
heterogeneidad dei mRNA. Algunos ejen.rplos esque-
máticos de estos procesos. todos presentes en 1a
naturaieza. se muestran en la figura 39 13'
El empalme erróneo puede causar enfermedades'
Por lo menos una forma de p-tatasemia, padecimiento
en el cual el gen de la B-globina
está severamente sub-
expresaclo, párece resultar de un cambio de nucleótidos
en una unión de exón-intrón, que impide la remoción
del intrón y, por tanto, conduce a una síntesis dismi-
nuida o ausente de ia cadena p. Esto es una conse-
cuencia del hecho de que el marco de lectura para 1a
traducción del mRNA está alterado
-un
def-ecto en
este proceso tundamental (ernpalme) subrayala exac-
titud que el proceso de empalme RNA-RNA debe
aTcar,zat
El procesamiento de las moléculas de hnRNA es
on titio de regulación de la expresión genética' Los
patrones alternativos del empalme de RNA son el re-
sultado de mecanismos adaptativos tejido-específi cos
y de control clel desarrolio. Como se mencionó ante-
riormente. la secuencia de eventos de empalme
exón-intrón sigue, por 1o general, un ordenjerá-rquico
para un determinaáo gen. E1 hecho de que se fornren
estructuras muy complejas de RNA durante el empal-
me- que involucra numerosos snRNA y proteínas-
permite abundantes posibilidades para un cambio de
hnRNA
La regulación tejido-específico de la expresión.gene-
tica pirede darse mediante elementos de control en el
promotoq o por el uso de promotores altemativos' El gei:
ie la glucocinasa (GK, del inglés gárcokinase) consta de
10 exónes inten'umpidos por nueve intrones' La secuen-
cia de exones 2-lÓ es idéntica en el hígado y en 1a'
células B pancreáticas que son los tejidos principale'
en los que se expresa la GK. La expresión del gen cle
la GK se regula de diferente manera
-por
medio d'
dos diferentes promotores- e11
gsfss dos tejidos' E
promotor hepáiico y el exón 1L se localizan cerca i'
lo,
"*or.t
Z-101 ei exón lL está ligado directamen:'
al exón 2. En cambio, el promotor de las células E
pancreáticas se localiza a cerca de 30 kbp corrier'':'
aniba. En este caso, el límite 3' del exón I
B
está 1ig"-
do con el límite 5' del exón. 2. Ei promotor hepátic'
el exón 1L se excluyen y remueven durante la re¿¡-
ción de empalme (figura 39-14)'
F,n células de mamíferos, las tres moléculas de RN.
"
transcriben como pafie de una sola molécula pre' "
'
sora grancle (figura 39-15). El precursor se proce
posteriormente en el nucleolo para proporclon:-: :
componente de RNA para las subunid-ades :'
ribosoma que se encuentran en el citoplasma' Los
-Ee:-: '
de rRNA se localizan en el nucleolo de las cé1u'" -'
mamíferos. En todas las células están presentes
' '
-
tos de copias de estos genes, de ios cttales s€ reC " : :
un gran número para sintetizar sttficientes cop:;: ::
cadá tipo de rRNA, para fotmar los 10i ribost'rl:¡ ''
E---E--fl-
uunA *
AAUAA -
(A)i
Empalme selectivo
---^--
E- E] [-r f-nnuna-AAUAA-(A)"
Sitio 5' donador alternativo
z- \_--,,' r-
m f| [f-nnunn-AAUAA-(A)"
Sitio 3' acePtor alternativo
m-\/-¡¡-
AAUAA- AAUAA- (A)n
Sitio alternativo de poiiadenilaciÓn
I fanuna-{nt,
Figura 39-13. Mecanismos de procesamiento alternativo de
nnhNn. Esta forma de procesamiento de RNA involucra la
inirus¡¿n o exclusión selectiva de exones, el uso de sitios
álbrnativos 5'donadores y 3'aceptores, y el uso de diferen-
tes sitios de Poliadenilación'

565. Sínfesis, procesamiento ,- mody'icación del Rl'lA .
513
Hígado
car/14okb)
-
-->-.+lr¡--^
^-^ ^
A A
Célura B. hipoiisiaria
'18 1L 2A23 4 56 7 B I 10
Figura 39-14. Uso alternativo del promoior en los genes del hígado y en las células B pancreáticas. La regulación diferencial
del gen de la glucocinasa (GK) se logra mediante el uso de promotores tejido-específicos. El gen promotor de la GK en la
célula B y el exón 1B se localizan cerca de 30 kbp corriente arriba del promotor hepático y el exón 1L. Cada uno de los
promotores tiene una estructura única y se regula de manera diferente. Los exones 2-10 son idénticos en los dos genes, y las
proteínas GK codificadas por el mRNA del hígado y de las células B tienen propiedades cinéticas idénticas.
qA
1L1B
queridos para cada replicación de la célula. En tanto
que una sola molécula de mRNA puede copiarse para
dar I 05 moléculas de proteínas, proporcionando una
gran amplificación, los rRNA son productos finales.
Esta carencia de arr-rplificación requiere un número
fnayor de genes.
Los genes del rRNA se transcriben como unida-
des, cada una de las cuales codiflca (5' a 3') un RNA
riboson.ral l8S. uno 5.8S y uno 28S. El transcrito pri-
mario es una molécula 45S altarnente metilada en el
nucleolo. En el precursor 45S, el segmento final 28S
contiene 65 grupos ribosa-metilo y cinco grupos base-
metilo. Sólo aquellas porciones del precursor que
Ilegan a ser moléculas de rRNA estables se metilan.
El precursor 45S se procesa de manera nucleolítica,
pero las señales de procesamiento son claran,ente di-
ferentes de las del hnRNA. Por tanto, el procesamiento
de rRNA está lnediado por una serie de reacciones
endonucleolíticas y exonucleolíticas (véase después),
rnás que por la reacción catalizada por RNA, involu-
crada en 1a formación del mRNA (figura 39 I 1).
Cerca de la mitad del transcrito primario original
se degrada por estas reacciones nucleolíticas, como se
muestra en la figura 39 15. Durante el procesamiento
del rRNA, ocufle una metilación posteriot y finalnren-
te, en los nucleolos, 1as cadenas 28S se autoensamblan
con cerca de 50 proteínas ribosomales para fbrmar las
grandes subunidades 605. La molécula de rRNA 5.8S,
que también se fon.na a paftir del RNA precursor 45S
en el nucleolo, llega a ser parte integrai de la subunidad
ribosomal mayor. Las pequeñas subunidades ribosoma-
les (40S) se forman por Ia asociación de cerca de 30
proteínas ribosornales con la moiécula de rRNA l8S.
: .,, r t,: -.-:¡¡r.i]1r;i';,,1
Algunos moléculas de RNA se modif'lcan después de
ser transcritas. Estas modificaciones inclr,ryen el encap-
sulamiento en 5' y las adiciclnes en las terminales 3'
de nucleótidos al rnRNA, así como modificaciones c1e
los nucleótidos del IRNA.
Cotno se mencionó previamente, Ias moléculas de
mRNA de mamílbros contienen una estructrLra capsular
de 7-metilguanosina en su terminal 5'. y muchos tie-
nen una cola poli (A) en Ia terminal 3'. La estructura
capsular se agrega a la teminal 5' del mRNA precur-
sor recién transcrito en el núcleo, antes del transporte
de 1a molécula de mRNA hacia el citoplasma. La cáp-
sula en 5' del transcrito de RNA se requiere para la
iniciación de 1a traducción y para la protección de 1a
terminal en 5' del mRNA, contra el ataque por 1a 5
'-+
3' exonucleasa. Las n.retilaciones secundarias de la
molécula de mRNA, aqr-Leilas en el residuo hid¡o¡rilo
en 2' y en el adenilil N6, ocurren después de que 1a
molécula de mRNA ha aparecido en el citoplasrna.
Las colas poli (A) se agregan a la tenlrnal 3' de
Ias moléculas de mRNA en un paso de procesamiento
postranscripcional. El mRNA se corta iniciah¡ente
cerca de 20 nucleótidos corriente abajo de la secuen-
cia de reconocimiento AAUAA. Otra enzima, la poli
(A) polimerasa, adiciona una cola poli (A) corta. la
cual se alargaposteriormente hasta en 200 residuos de
A. La función de la cola poli (A) se desconoce, pero
parece ser que protege Ia tenninal 3' de1 mRNA del
ataque 3'-+ 5' endonucieasa. En cualquier caso, la pre-
sencia o ausencia de 1a cola poli (A) no determina el
que una molécula de precursor en el núcleo aparezca
en el citoplasma, debido a que no todas las moléculas
de hnRNA con colas poli (A) contribuyen al mRNA
citoplásmico, ni todas las moléculas de mRNA
citoplásmico contienen colas poli (A) (las histonas son
las más notables a este respecto). Procesos citoplás-
micos en las células de mamíferos pueden añadir o
remover residuos de adenilato de las colas poli (A), lo
cual se lra relacionado con Ia estabilidad del mRNA.
2

566. 514 . Bioquímica de Harper
(Capírt,.' :
ol
Y
I 18s 5.8S 28S
s,ffig,
precursor45s
I
(Dl
I+
ffiPrecursor32S
@ol-r -r+
-l
lr
t_l...=-il
I
le
18s t
I
ffi- :___-__-l
I
I
i
§ffilzes
*u.u.
Figura 39F-15. Representación diagramática del procesamiento del mRNA ribosomal a partir de grandes moléculas precurso-
¡.al de RNR. El transcrito primario tiene un tamaño de 45S y tiene cerca de 13 000 nucleótidos de longitud. Se sintetiza de 5'
a 3' por la RNA polimerasa (círculos abiertos). Los genes conglomerados densamente se transcriben a una tasa rápida, por
tanto, las moléculas de RNA que se alargan, se observan con facilidad en preparaciones de cromatina, y se asemejan a
.árboies"
en la micrografía elecirónica en lá figura 39-4. Los productos finales se forman a través de una serie de reacciones
de endo y exonuclea-sas, en las que se involucra a las ribonucleasas específ¡cas del rRNA. Una secuencia posible de estas
reaccionás se muestra por medio'de los círculos numerados y las flechas. Se muestra el tamaño y la longitud de nucleótidos
de los productos 18S, 5.8S, y 28S. El rRNA 18S se incorpora, con cerca de 30 proteínas, en la subunidad ribosomal pequeña
El rRNA de 28S y 5.8S se incorpora, con cerca de 50 proteínas, en la subunidad grande.
El tamaño de las moléculas de mRNA citoplás-
mico, aún después de que se ha removido la cola poli
(A), es considerablemente mayor por un factor de 2 o
de 3 al del molde requerido para codificar una proteí-
na específica. Los nucleótidos extra ocurren en
regiones sin traducción (no codificadoras) tanto 5'
como 3'a la región de codificación; las secuencias sin
traducción más largas, por lo general, están en la ter-
minal 3'. La función exacta de estas secuencias se
desconoce, pero se les ha implicado en el procesamien-
to, transporte, degradación y traducción del RNA.
Transcripción
al
La edición del RNA camb¡a al mRNA
después de la transcriPción
El dogma central establece que para un gen y un prG'
ducto genético determinados, existe una relación lineal
entre la secuencia de codificación en el DNA, la se-
cuencia del mRNA y la secuencia en laproteína (figura
38-7). Los cambios en la secuencia del DNA se refle-
jará en la secuencia del mRNA y, dependiendo del uso
de codones, en la secuencia de la proteína. Algunas
excepciones a este dogma se han documentado recien-

567. temente. La información codificada puede cambiarse
anivel delmRNApormedio de laedición delRNA. En
estos casos, la secuencia de codificación del mRNA
difiere del DNA análogo. Un ejemplo es el gen de la
apolipoproteína B (apo B) y el mRNA. En el hígado,
el único gen de la apo B es transcrito en un mRNA
que dirige la síntesis de una proteína de 100 kDa, la
apo 8100. En el intestino, el mismo gen dirige la sín-
tesis del transcrito primario; sin embargo, una citidina
desaminasa convierte un codón CAA del mRNA en
UAA en un sólo sitio específico; en lugar de codificar
para glutamina, este codón se torna en una señal de
terminación, y resulta en una proteína de 48 kDa (apo
B48). La apo B100 y la apo B48 tienen diferentes fun-
ciones en los dos órganos. Un número creciente de
ejemplos incluye un cambio de glutamina por arginina
en el receptor a glutamato, y numerosos cambios en
los mRNA mitocondriales del tripanosoma que por lo
general incluyen la adíción o supresión de uridina.
Las moléculas de IRNA, como se menciona en los ca-
pítulos 37 y 40, siryen como rnoléculas adaptadoras
para la traducción del mRNA en la secuencia de las
proteínas. El tRNA contiene muchas modificaciones
de las bases estándar A, U, G, y C, incluyendo
metilación, reducción, desaminación y reareglo de los
enlaces glucosídicos. Las moléculas de tRNA se
transcriben, tanto en los procariotas corno en los
eucariotas, como precursores grandes, conteniendo con
frecuencia la secuencia para más de un IRNA, los cuales
están sujetos a procesamiento nucleolítico y reduc-
ción en tamaño por una clase específica de ribor.ruclea-
sas. Además, los genes de algunas moléculas de tRNA
ss¡flsnsn
-¡1uy
cerca de la porción que comesponde
al asa anticodón- un solo intrón de I 0-40 nucleótidos
de largo. Estos intrones en los genes de IRNA se
transcriben, por tal.lto, el procesamiento de los trans-
critos del precursor de muchas r.r,oléculas de tRNA
debe incluir la remoción de 1os intrones y el apropiado
ernpalme de 1a región anticodón para gelleiar una
molécula activa adaptadora para la síntesis de proteí-
nas. Las enzimas del procesamiento nucleolítico de
los precursores de tRNA, aparentemente reconocen la
estructura tridimensional v no sólo secuencias linea-
les de RNA. Así, este sistenra de enzimas procesa sólo
moléculas capaces de doblarse para fomar productos
func ional mente competentes.
La moditlcación posterior: de las moléculas de
IRNA incluye alquilaciones y la unión de la termina!
característica C. C. A a laterminal 3' de la molécu-
la por medio de Ia enzima nucleotidil transferasa. Ei
OH en 3' de la A ribosa es el punto c1e unión para el
Síntesis, procesctmiento ,- modi/icación del Rl'lA .
515
aminoácido específico que está por entrar a la reac-
ción de polimerización en 1a síntesis de proteínas. La
metilación de los precursores de1 IRNA probablemente
ocurre en el núcleo, en tanto que la ruptura y unión de
C .
C
. A son funciones citoplásmicas, debido a que las
terminales se recambian más rápidamente que ias mo-
léculas de tRNA mismas. Se requieren enzimas de1
citoplasma en las células de mamífbros para la unión de
los aminoácidos alos residuos C. C. A (capítulo 40).
Además de la acción catalítica desempeñada por los
snRNA en la formación de1 mRNA, algunas otras fun-
ciones enzimáticas se le han atribuido al RNA. Las
ribozimas son moléculas de RNA con actividad
catalítica que involucran, por lo general, reacciones
de transesterif,icación, y la rnayor parte de ellas está
relacionada con el riretabolismo del RNA (empalrle y
endorribonucleasa). Recientemente se observó que un
componente del RNA ribosomal hidroliza a un éster
aminoacilo y de esta manera tiene una función central
en la función del enlace peptídico (capítulo 40). Tales
observaciones, hechas en organelos de plantas, leva-
duras, virus y células de eucariotas superiores, mues-
tran que el RNA puede actuar como una enzima.
Esto ha revolucionado el pensamiento acerca de la
acción enzimática y el origen de la vida misma.
El RNA se sintetiza a parlir del molde de DNA por
medio de 1a enzima RNA poiimerasa. Exisren rres RNA
polimerasas: e1 tipo I transcribe el RNA ribosomal: el
tipo II, el RNA mensajero; y el tipo lii. e1 RNA de
transferencia. Las enzinas polimerasas con ntúltiples
subunidades se Llnen a la reeión del promotor de un
gen y transcriben la secuencia de 1a cadena moide del
DNA (la unidad de transcripción) a una cadena de RNA
complementariii {el transcrito primario). Los promo-
tores de los genes eucariotas sor.r simples. Por lo
general, constan de cerca de 40 bp de DNA que coll-
tiene dos elementos: 1a caja TAIA, localizada l0 bp
"corrieirte arriba" del sitio de iniciación de la trans-
clipción, y r-ln segundo elentento, iocalizado 35 bp en
la d lrección 5' "coriente arriba". Los promotores euca-
riotas son más complejos y, por lo general, constan de
nunlerosos eiementos. Un conjunto de elementos ase-
gura que .ce inicie la transcripción en el sitio corecto.
Los elei¡entos en este conjr-rnto, que con frecuencia
inclu¡,e la caja TA|A, son responsables de la veloci-

568. (Capítulo 391
516 . Bioquímica de Harper
dad basal de la iniciación y suelen encontralse entre
100-200 bp del sitio de iniciación de la transcripción.
Otro conjunto de elementos localizado más distante
en dirección 5' del sitio de inicio de la transcripción,
puede aumentar o silenciar la transcripción. Estos tra-
bajan junto con, o sirven como, elementos de señal de
la respuesta tej ido-específ,rcos.
El proceso de transcripción puede subdividirse en
iniciación, elongación y terminación. Cada paso re-
quiere de algunas enzimas o factores, además de la
RNA polimerasa. En las células eucariotas, el transcrito
primario consta, por lo general, de porciones que codi-
iica, pa.a aminoácidos (exones) interrumpidas por
secuencias de intervención (intrones) que son removi-
dos en el procesamiento del transcrito primario a
mRNA maduro. El RNA ribosomal también se sinte-
tiza como una molécula precursora 45S que se procesa
a las formas maduras 28S, l8S y 5.8S. I
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569. 40
Síntesis de proteínas
y el código genético
DarylK. Granner, MD
INTRoDUccIóru
Las letras A, G, T y C corresponden a los nucleótidos
que se encuentran en el DNA. Estiín organizados en
palabras de códigos de tres letras llamados codones y
el conjunto de codones constituyen el código genético.
Un arreglo lineal de codones (gen) especifica la síntesis
de varias moléculas de RNA, muchas de las cuales estrin
involucradas en algunos aspectos de la síntesis de proteí-
nas. La síntesis de proúeínas ocurre en tres pasos principa-
les: iniciación, elongación y terminación. Este proceso
se asemeja a la réplica y transcripción del DNA en sus
formas generales y en el hecho de que también sigue
la polaridad de 5' a3' .
IMPORTANCIA BIOMÉDICA
Antes de que se dilucidara el código genético resultaba
imposible comprender la síntesis de proteínas. El có-
digo genético proporciona el fundamento para explicar
la forma en la cual los defectos en las proteínas podían
causar una enfermedad genética, para su diagnóstico
y, qlaizás,para el tratamiento de estos padecimientos.
Además, la fisiopatología de muchas infecciones
virales está relacionada con la capacidad de estos agen-
tes de alterar la síntesis de proteínas de las células del
huésped. Muchos de los agentes antibacterianos son
efectivos, debido a que alteran la síntesis de proteínas
de la célula invadida.
LA INFORMACIÓN GENÉTCA
FLUYE DESDE EL DNA AL RNA
Y A LA PROTEÍNA
La información genética contenida en la secuencia de
nucleótidos del DNA se transcribe en el núcleo en una
secuencia de nucleótidos específica de una molécula
de RNA. La secuencia de nucleótidos en el banscrito de
RNA es complementaria a la secuencia de nucleótidos
de la cadena molde de su gen, de acuerdo con las re-
ili
glas de los pares de bases. Ñumerosas clases diferentes I
de RNA se combinan para dirigir la síntesis de proteínas.
H
En los organismos procariotas, existe una corres- :l
pondencia lineal ente el gen, el RNA mensajero (mRNA) fr
transcrito del gen, y el producto de unpolipéptido. La ü
situación es más complicada en las células de euca- l,
riotas superiores, en los cuales el transcrito primario, ,i
RNAnuclear heterogéneo (hnRNA), es mucho mayor ..t
que el mRNA maduro. El hnRNA mayor contiene regio-
',.
nes de codificación (exones) que formariín el mRNA
\'
maduroylargas secuencias intercaladas (intrones) qu"
l¡
separan los exones. El hrRNA se procesa dentro del
d
núcleo, y los intrones, que con frecuenciaconstituyen
i¡
mucho más del hnRNA que los exones, son removi-
':l
dos. Los exones se empalman paraformar el mRNA
,,
madruo, el cual se transporta hacia el citoplasma, donde
se traduce en una proteína.
La célula debe poseer la maquinaria necesariapara
traducir la información de manera exacta y eficiente a
partir de la secuencia de nucleótidos de un mRNA en
la secuencia de aminoácidos de la correspondiente pro-
teína específica.Paraaclarar el conocimiento de este
proceso, denominado traducción, hubo que esperar a
que se descifrara el código genético. Inicialmente se
reconoció que las moléculas de mRNA por sí mismas
no tenían afinidad por los aminoácidos y, por tanto,
que la traducción de la información en la secuencia de
nucleótidos de mRNA a la secuencia de aminoácidos
de una proteína, requiere de una molécula intermedia-
ria adaptadora. Por una parte, esta molécula adaptadora
debe reconocer una secuencia específica de nucleó-
tidos, y por otra a un aminoácido específico. Con esta
molécula ad.aptadora, la célula puede dirigir un
517

570. 5 18 . Bioquímica de Harqer
aminoácido específ,rco a la posición secuencial apro-
piada de la proleína, tal como 1o dicta la secuencia de
nucleótidos del mRNA específico. De hecho, los gru-
pos funcionales de los aminoácidos en realidad no están
én contacto con el molde de mRNA'
rCaPiri,. -
1o menos dos de estos codones silenciosos los utLilz'
la célula como señales de terminación; éstas especr-
fican dónde se debe detener la polimerización de lc s
aminoácidos para una molécula de proteína' Los res-
tantes 61 codónes codifican para los 20 aminoácidos
(cuadro 40-1)' Por tanto, debe existir "degeneración"
en el código genético, es decir, múltiples codones deben
codificará1 Áit.o aminoácido' Algunos aminoácidos
están codificados por varios codones; por ejemplo' seis
codones diferentes especifican a la serina' Otros amino-
ácidos, tales como la metionina y el triptófano' tienen
un solo codón. En términos generales, el tercer nucleó-
tido en un codón es menos importante que los otros
dos en la determinación del aminoácido específico para
ser incorporado, y esto se considera como la causa
principal de la degeneración del código genético' Sin
"-tutgo,
para cuálquier codón específico' sólo está
indicaáo un aminoáiido; salvo raras excepciones el
código genético no es ambiguo, es decir, dado un codón
"rp"litto,
sólo está indicado un aminoácido' La dis-
tinción entre la ambigüedad y la degeneración es
un concePto imPortante.
Lo no ambiguo pero degenerado del código puede
explicarse en términos moleculares' El reconocimiento
de codones específicos en el mRNA por las moléculas
Cuadro 40-1. El código genético (asignación
de codones en el RNA mensaiero)*
Las moléculas adaptadoras que traducen los codones
en la secuencia de aminoácidos de una proteína son
las moléculas de RNA de transferencia (tRNA)' El
ribosoma es la maquinaria celular en la cual diversas
"rtiAu¿"t
firncionaies interactuan para ensamblar la
molécula de proteína. Muchas de estas unidades
subcelulares (ribosomas) pueden ensamblarse para tra-
ducir de *un"tu simultánea una misma molécula de
mRNA, y al hacer esto, formar un polirribosoma' El
retículá endoplásmico rugo§o es un compartimiento
de polirribosomas unidos a la membrana que provee
io rr"""t*io patalasíntesis de proteínas integrales de
la membraná y de proteínas para ser exportadas' Las
estructurás potirribosOmicas también existen de ma-
nera libre en el citoplasma, en donde sintetizafi pro-
teínas que se mantienen dentro de la célula'
Paia la síntesis del complemento celular de pro'
teínas se requiere de 20 diférentes aminoácidos; de
esta forma, por lo menos debe haber 20 codones dis-
tintos que cbnstituyen el código genético' Debido a
que sólo existen cüatro nucleótidos diferentes en el
ánNe, cada codón debe incluir más de un nucleótido
á" pu¡íu o de pirimidina. Codones con dos nucleóti-
dos, cada uno, podrían formar sólo 16 codones espe-
cífióos (42), en'ánto que los codones de tres nucleótidos
podrían fott tu. 64 codones específ,rcos (#)'
En la actualidad se sabe que cada codón consiste
en una secuencia de tres nucleótidos, es deciq es un
código de tripletes. El descifrado del código genético
aepeiaiO
"t
gruo medida de la síntesis química de los
poií-"to, delos nucleótidos, en particular, de tripletes
con una secuencia rePetida.
u lc LA G
l
U Fen Ser
'lir Cis t:l
Fen Ser lir Cis c
Fen Ser lir Cis
Leu Ser Term
fgt,'
Leu Ser Term TriP G
C Leu Pro His Arg !
Leu Pro His Arg u
L;; Pro Gln n,é A
a;; i Pro Gln nts
I
G
A lle Tre Asn Ser UA lle Tre Asn Ser U
lle Tre Asn Ser I
li. Tre Lis ¡rsl I
Met fe Lis Argr G
G val Ala AsP
9!i
u
U
v;i Ái. esb cri c
Ylr *:y:I a,)"i ¡r, ct, ct¡ G
4
UEtstrNEF(A¡JLr' Ir\
Y NO SE SOBRELAPA, NO TIENE
PUNTUACIÓN Y ES UNIVERSAL
Tres codones no codifican para aminoácidos específi-
cos; éstos se han nombrado codones silenciosos' Por
*
Los térm¡nos primero, segundo y tercer nucleótido se.refieren a los
i".r"átiáo. i"ái"idualeidel trrptete oe un codÓn U-' nucleót¡do
rriár"' ó,
"r.ráátido
citosina; A, nucleótido adenina; G'-nucleótido
ürá"i"á; ü"t, codón de inicio de la cadena; Term' codón termina-
Éáiáe á caoena nUG, que codifica para Met' sirue como el codón
J" i""i" en las células de mamíferos (Las abreüaturas de los
aminoácidos se explican en el capftulo 4 )
t á ü"-n',ito-.onOiias'de mamffetos, eIAUA codifica para.Met y,UGA
para Trip, y AGA y AGG sirven como terminadores de la caoena'
I'
Primer
nucleótido
Segundo
Nucleótido
Tercer
nucleótido

571. adaptadoras del tRNA, depende de su región anti-
codón y de las reglas específicas del apareamiento de
bases. Cada molécula de tRNA contiene una secuen-
cia específica, complementaria del codón, la cual se
conoce como su anticodón. Para un codón determina-
do en el mRNA, sólo una molécula de la especie de
tRNAposee el anticodón apropiado. Debido a que cada
molécula de tRNA puede estar cargada con sólo un
aminoácido especí{ico, cada codón especifica sólo para
un aminoácido. Sin embargo, algunas moléculas de
tRNA pueden usar el anticodón para reconocer más
de un codón. Con algunas excepciones, dado un codón
específico, sólo un aminoácido específico será incor-
porado
-aunque,
dado un aminoácido determi-
nado, más de un codón puede reconocerlo.
Como se mencionó previamente, la lectura del
código genético durante el proceso de la síntesis de pro-
teínas no involucra el sobrelape de codones. De esta
manera, el código genético no se sobrelapa. Además,
urravez que la lectura se inicia en un codón específico,
no existe puntuación entre los codones y el mensaje
se lee en una secuencia continua de tripletes de nucleó-
tidos hasta que se alcanza un codón silencioso.
Hasta hace poco, se pensó que el código genético
era universal. Ahora se ha demostrado que el conjun-
to de moléculas de tRNA en las mitocondrias (que
contienen su propio conjunto separado y distintivo de
maquinaria de traducción) desde los eucariotas infe-
riores hasta los superiores, incluyendo a los seres
humanos, lee cuatro codones de manera diferente de
las moléculas de tRNA en el citoplasma, incluso de las
mismas células. Como se observó en el cuadro 40-1,
el codón AUA se lee como Met, y el codón UGA co-
difica para Trp en las mitocondrias de mamíferos.
Además, en las mitocondrias, los codones AGA y AGG
se leen como una señal de detención o codones de ter-
minación de cadena, y no comoArg. Como resultado,
las mitocondrias sólo requieren de 22 moléculas de
tRNA para leer su código genético, en tanto que el
sistema de toaducción citoplásmico posee todo el com-
plemento completo de 31 especies de tRNA. Salvo
estas excepciones, el código genético es universal.
La frecuencia de uso de cada uno de los codones de
aminoácidos varía de manera considerable entre las
especies y entre diferentes tejidos dentro de la espe-
cie. Las listas de uso de codones se hacen más exactas
conforme más genes son secuenciados. Esto es de con-
siderable importancia, ya que los investigadores con
fiecuencia necesitan deducir la estructura del mRNA
apartir de la secuencíaprimaia de unaporción de la
proteína, para sintetizar una sonda de oligonucleótidos
e iniciar el proyecto de clonacién del DNA recombi-
nante. Las características principales del código
genético se muestran en el cuadro 40-2.
Síntesis de profeínas y el código genético .
5 19
Guadro 40-2. Formas del código genét¡co
.
Degenerado
.
No ambiguo
.
No sobrelapado
.
Sin puntuación
.
Universal
Las moléculas de IRNA tienen estructura tridimen-
sional y funciones extraordinariamente sirnilares. La
función adaptadora de las moléculas de IRNA, requiere
de la carga del tRNA específico con su arninoácido
también específico. Debido a que no existe afinidad
de los ácidos nucleicos por grupos funcionales deter-
minados de los aminoá¿idoa, eite reconocimiento se
debe llevar a cabo por n.redio de una molécula proteica
capaz de reconocer a una molécula de tRNA específi-
ca y a un aminoácido específico. Se requiere por 1o
menos de 20 enzimas especílicas para estas funcio-
nes de reconocimiento específico, y para la adecuada
unión de los 20 aminoácidos con las moléculas espe-
cíficas de tRNA. El proceso de reconocimiento y, de
unión (carga) se lleva a cabo en dos pasos por n.redio
de una enzima para cada uno de los 20 aminoácidos.
Estas enzimas se conocen como aminoacil-tRNA
sintetasas. Éstas forman un intemediario activado de
un complejo aminoacil-AMP-enzima (figura 40-l ). El
complejo específico de aminoacil-AMP-enzima reco-
noce a un tRNA específico al cual se une la parte
aminoacil en el grupo 3'-hidroxilo de 1a adenosina ter-
minal. Las reacciones de carga tienen un mar_een de
error menor de 10-4, y por ello son extremadamente
precisas. El aminoácido se mantiene unido a su tRNA
específico, por medio de un enlace éster hasta que es
polimerizado en una posición específica durante la
fabricación de un polipéptido precursor de una mo-
lécula de proteína.
Las regiones de la molécula de IRNA menciona-
das en el capítulo 37 (e ilustradas en la figura 37-l 1), en
este momento se tornan importantes. El brazo de timi-
dina-pseudouridina-citidina (TYC) está involucrado
en la unión del aminoacil-tRNA a la superficie riboso-
mal en el sitio de la síntesis de proteínas. El brazo D
es uno de los sitios importantes para el adecuado reco-
nocimiento de una determinada especie de IRNA por
la aminoacil-tRNA sintetasa apropiada. El brazo
aceptor, localizado en el hidroxilo-3'de la adenosina
terminal, es el sitio de unión del aminoácido específico.
La región del anticodón consiste en siete nucleó-
tidos y reconoce el codón de tres letras en el mRNA

572. 520'Bioqufui"ofuH*Pu
I C;;¡
oo
llll
Enzima-Adenina -
R¡bosa- O
-
P
-
O
-
C
-
CH
-
R
tl
OH NHz
Enz-AMP'AA
(Aminoácido activado)
Comple¡o aminoaciF
AMP-enzima
AMP + Enzinn
\,
t\
IRNA IRNA-AA
Aminoacil'tRl{A
Figura40-l.Formacióndelaminoacil-tRNA.UnareaccióndedospasosqueinvolucranalaenzimaaminoaciltRNASintetaSa
resulta en la formación det aminoaciltRNA. La prir"rá'i"u""¡án-involucra
Ia tormácion de un complejo de AMP-aminoác::-
enzima. Este aminoácid" *ii"ááá-i" transfierá
"
lu *ofá"rfá
"árrespondiente
de IRNA' El AMP y la enzima se liberan '
posteriormente pueden ,orrá¡- u Jt]ri)ár.t ir. ¡."u""ion"t O"
""gu
tienen un promedio de error de menos de 104 y por tan:-
son en extremo Preclsas'
Aminoácido (AA)
mRNA
S'---z-----'---f
--z
Cod6n
ffiffi'
(fisura 40-2). La lectura secuencial en la dirección 3'
;";
"i
utá ¿"t anticodón, consiste en una base va-
i"Uf *r*r" t odifi cada-XllZpirimidina-pirimiqina-5
"
ü"té.i;Ñ
esta dirección de lectura del anticodón
es de 3' a 5-, en tanto que el código genético en el cua-
l;;ó-i, tá lee de 5'a 3', debido á que el codón v
el
uru¿"f .^rri"odónde las motéculas del mRNAy IRNA'
respectivamente, son antiparalelos en su comple-
mentariedad.*T;á;;;"eración
del código q"§ti:g
reside casi-
"o*lri
l"i"ni"",
"r 'rttirno
n*leétido del triplete del
üil;ú que sugiere que el apareamiento de bases
;;; ;J" lilti.ó nuclLótido v el correspondiente
l""f.J,i¿" del anticodón no ei estrictamente-por
la
;"ghá; W;son-Crick' Esto se conoce como balan'
ceo; el apareamiento del codón y el anticodón puede
ñ;il;;;";
este sitio específico de apareamiento
rrilffi;td"-"*t"oti¿o'
Por éjemplo' los dos.codones
""t"1á'*ti.ina,
AGA y AGó' só pueden unir al mis'
ff;trciü;;ieniendt
un uraciló en la terminal 5'
iiicill. o" manera similar, tres codones para-glicina'
b?ü'ccC] ccn' pueden formar un pT
'le
bases
il;; ; anticodón, el CCI
-en
donde I es un
nucieOtido inosina, otra de las bases raras que aparece
en las moléculas de tRNA'
El reconocimiento
del codón por una molécula
d" tRÑA;; a"pende del aminoácido que está unido a
;;;;t*1t,-'ni¿to'ito'
Esto ha sido demostrado de
;;;;; ;;;;iosa mediante la carga de un IRNA espe-
;i#; ffi
;i;teina (tnN
\*1 "o1:ill!1n1,tT:odu
d'
forma radiactiva' Por Á"¿iot químicos' el residuo de
;;;;t*1. il" alterado para g"n"tut una molécula de
,RNÁ específica pará cistéína' pero cargada con
alanina. La transformación
química^del cisteinil a alanil
," áii"io r" p"rción anticodán de la molécula de tRNA
;tr*iil;fu
a cisteína' Cuando este alanil-tRNA"i'
se
;:á;i;,.';ucción
de un mRNA para hemo.globina'
t""lr."tp"iá una alanina radiactiva a-un sitio para
"iti"r*'",
r" molecuia de proteína de la hemoglobi-
,". eüpeÁ"","
dernosuá qulel-derivado aminoacrl
á" r""
"i"f¿"ula
de aminoacil-tRNA
no interviene er
;i;;;;;iliento
del codón' como se pudo observar
iu pái"iO. aminoacil nunca está en contacto con e
*Jrá" ¿" mRNA que contiene los codones'
Brazo del
anticodón
Brazo acePtor l¡
a't

,"n
Fioura 40-2. Reconocimiento del codón por elanticodón Uno
;;ü;;;"t
para la fenilalanina es UUU EI IRNA carga-
;;lá f*il;lr;iná trenl
tiene la secuencia complementaria
AAA: oor tanto, forma un compleio de pares de bases con el
"áá"ri.
L, región anticodÓn suele consistir en una secuen-
;á ü;;" ;;"ieótidos: variable (N)' purina modificada(.Pu)'
i,V.Zy dos pirimidinas (Pi) en la direccion de 3 a 5
'
Aunque el cambio inicial puede no ocurrir en la ca;'-
";;;i;;
de la molécula de doble cadena del D -
par" .t" g"r, después de la replicación'. las molét'u ':
áe oXAi¡as con mutaciones en la cadena molde'
"
t"...i.an y upor"c"rán en organismos de la poblarr '-
tf
ASE
Enzima (Enz)
c

573. de proteínas y el cócligo genético
-:-t--, ',.], ],, :t'.1-tr'itit.li, {.!: ti'i,:l
: , .:t;.. itI:r-¡t'*r: il"'t;,;,:,,.:
Los cambios de una sola base (mutaciones puntua-
les) pueden ser transiciones o transversiones. En las
primeras, una deteminada pirimidina se cambia por
otra pirimidina o una determinada purina se cambia
por otra purina. Las transversiones son cambios de una
purina por cualesquiera de las otras dos pirimidinas o
el cambio de una pirimidina por cualquier otra de las
dos purinas, tal como se muestra en la figura 40-3.
Si la secuencia de nucleótidos del gen que contie-
ne la mutación se transcribe a una molécula de RNA.
la mólécula de RNA poseerá un cambio de base com-
plementario en este sitio correspondiente.
Los cambios de una sola base en las moléculas de
mRNA pueden tener uno de varios eÍéctos cuando son
traducidos en una proteína:
1) Puede no haber efectos identificables debido a
la degeneración del código. Esto es rnás proba-
ble si la base cambiada en la rnolécula de mRNA
está en el tercer nucleótido de un codón. Debido
al bamboleo, la traducción de un codón es me-
nos sensible a un cambio en la tercera posición.
2) Ocurrirá un efecto de "cambio de sentido'o cuan-
do un aminoácido diferente se incorpora en el
sitio correspondiente en la molécula de proteína.
Este aminoácido equivocado, según su localiza-
ción en la proteína específica, puede ser acep-
table, parcialmente aceptable o inaceptable para
la función de esa molécula de proteína. A partir
de un cuidadoso examen del código genético, se
puede concluir que muchos cambios de una sola
base podrían resultar en el reemplazo de un ami-
noácido porotro con grupos funcionales similares.
Este es un mecanismo efectivo para evitar un
cambio drástico en las propiedades fisicas de una
molécula de proteína. Si ocur:re un efecto de cam-
bio de sentido aceptable, la molécula de proteína
resultante puede no ser distinguible de una nor-
mal. Un cambio de sentido parcialmente acep-
table resultará en una molécula de proteína con
una función parcial pero anormal. Si ocr-rme un
efecto de cambio de sentido no aceptable, la mo-
lécula de proteína no será capaz de funcionar en
su papel asignado.
f..<....-....+C
"x".x"
4<--.>G
Transic¡ones Transversiones
Figura 40-3. Representac¡ón diagramática de las mutacio-
nes de transición y de transversión.
3) Un codón sin sentido podría resultar en la ter-
minación prematura de la incorpoiación de
aminoácidos a una cadena peptídica y la produc-
ción de solo un fragmento de la molécula de
proteína intentada. Hay grandes probabilidades
de que una molécula de proteína prematuramen-
te terminada, o fragmento peptídico, no funcione
en su papel asignado.
La hemoglob¡na ilustra los efectos
del cambio de una sola base
en los genes estructurales
Algunas mutaciones no tienen efecto aparente. La
carencia de efecto del cambio de una sola base podría
ser demostrable sólo por medio de la secuenciación
de los nucleótidos de las moléculas de mRNA, o de
los genes estructurales para 1a hemoglobina a partir de
una gran cantidad de seres humanos con moléculas de
hemoglobina normal. Sin embargo, se puede deducir
que el codón para valina en la posición 67 de la cade-
na B de la hemoglobina, no es idéntico en todas las
personas
euo
poseeil la cadena p de hemoglobina nor-
mal. La hemoglobina Milwaukee tiene en la posición
67 un ácido glutámico; la hemoglobina Bristol contie-
ne ácido aspártico en la posición 67.Para explicar el
cambio del aminoácido por el cambio de un solo resi-
duo de nucleótido en el codón para el aminoácido 67,
se debe inferir que el mRNA que codifica para la he-
moglobina Bristol poseía un codón GUU o GUC previo
a un cambio a GAU o GAC, ambos codones para el
ácido aspártico (figura 40 4). Sin embargo, el mRNA
que codifica parala hemoglobina Milwaukee tendría
que poseer en la posición 67 un codón GUA o GUG
para que el cambio de un solo nucleótido pudiera se¡
responsable de la aparición de codones de ácido
glutámico GAAo GAG. La hemoglobina Sydney, que
contiene una alanina en la posición 67, podría haberse
originado por el cambio de un solo nucleótido en cual-
quiera de los cuatro codones paravalina (GLU, GUC,
GUA o GUG) a los codones de alanina (GCU, GCC, GCA
o GCG, respectivamente).
La sustitución de aminoácidos
ocas¡ona mutac¡ones con camb¡o
de sentido
A. Mutaciones con cambio de sentido aceptables
Un ejemplo de una mutación con cambio de sentido
aceptable (figura 40-5, parte superior) en el gen es-
tructural para la cadena
B
de la hemoglobina, podría
ser detectada por la presencia de una hemoglobina al-
terada electroforéticamente en los eritrocitos de una
persona aparentemente sana. La hemoglobina Hikari
se ha encontrado en por 1o menos dos familias de per-

574. 522 ' Bioquí*i"o
(Capítulo 4
Hb Milwaukee
p-67
Glutamato
Hb Bristol
p-67
Aspartato
Hb A (normal)
0-67
Valina
Hb Sydney
a-67
Alanina
Figura 40-4. La valina normal en la posición 67.de la cadena B
de la hemoglobina A' puede codificarse por uno de los cuaÚo
codones en el rectánguto. En la hemoglobina rr¡il*uu[JJ ánoirir, ef aminóácido en ia posición 67 de la cadena P contiene
glutamato. codificado po, c-.n.Á á ü-é.n.o,
".0"
,náiá iá"
"uárá"
páoriu habei resultado de una transversión de un soro
paso a partir de tos coooneÉ ¿'" rári'"á c.u.n á c.u.G.'ó;;;;"á"lrnil"t,
la alanina presente en la posición 67 de la cadem
B de la hemoglobina sydney podría haber resultado ¿e É iiánii"ion de un solo pasb a partir de cualesquiera de los cuato
bodones de la vatina. sin embargo, et residuo o"
""prrtiiI ""
i" ñ"ri"io.
67 de.la'hámogiobina Bristol podría haber resultado
de ta transvers¡ón en un Jffi;!; ráio á pártir de lbs codones áe valina G'U'U o de G'U'C'
sonas japonesas. En esta hemoglobina la lisina está
.urtit.rla, po. asparagina en la posición 6 1 de. la cade-
na p. La iransvérsión cor-respondiente podría ser ya
*.u'Áe,q o AAG cambiados por AAU o AAC' E1 re-
.nrpturo de la lisina específica por asparagina'
afu'r.nte-erlte no altera el funcionamiento normal de
la cadena P
en estas Personas'
B. Mutaciones con cambio de sentido
parci al mente acePtables
Una mutación con cambio de sentido parcialmente
u.eptuUt. (figura 40 5, centro) se ejemplifica mejor
.áír" tt."iráobina S, hemoglobina falciforme' en la
cual el aminJácido normal en la posición 6 de 1a cade-
nu p, a.iao glutámico' ha sido reemplazado por valina'
Éi i"rrrri" lorrespondiente de un solo nucleótido de1
.odóo, podría t.i G,qt o GAG del ácido glutámico
pniCUÁ o GUG de valina. Está claro que esta mutación
ion car¡rbio cle senticlo, obstaculiza el funcionamien-
1o nomraly resulta en anemiade células falcifomes cuando
el gen mutante está presente en la forma homocigótica'
Eliarnbio de glutamato por valina puede considerar-
se parcialmenté aceptable debido a que la hemoglobina
i uo" y libera oxígeno, aunque de manera anormal'
C. Mutaciones con cambio de sentido
inacePtables
Una mutación con cambio de sentido inaceptable (fi-
gura 40 5, parle inferior) en un gen cle la hemoglobina'
!.n".u
rrnu rrolécula de hemoglobina-no funcronal' Por
ájemplo, las mutaciones de la hemoglobina M generan
moléculas que petmiten que el Fe2'de la porción hem
f
ueda oxidárse a Fer', produciendo metal.remoglobina'
La metahemoglobina no puede transportar oxigen'-
(véase caPítulo 7).
La supresión de un solo nucleótido de la cadena coc.-
ñ"uJáiu ¿"
"n
gen, resulta en un marco de lectura alt''
.;;; ;t et mñNe. La maquinaria que traduce :
-nN¿.,
no reconoce la falta de una base' debido a qu=
no
"*irt"
p,r"tuación en la lectura de los codones' Cor' -
consecuencia, se produce una alteración importan:=
en la secuencia de aminoácidos polimerizados' coi:'
." *u"rt u
"tt
el ejemplo 1, figura 40-6' T a alteracr :
del marco de lectura resulta en una traducción mu:'-
iJ" áa mRNA distal a la supresión del nucleótr;-
Ñá-.Oto resulta mutilada la secuencia de aminoácic -
'
áistat a esta supresión, sino que la lectura del mens''
=
ouede resultarin la aparición de un codón sin sen:l:
'y
fo.
tunto en la proáucción de un polipéptido ta::
mutilado como prematuramente terminado cer'3 ::
carboxilo terminal (ejemplo 3, figura 4G-6)'
Si los tres nucleótidos o un múltiplo de tres :-'-
ron suprimidos de una región codificadora' el m\'; '
conespondiente, cuando es traducido' podría proc*-
'
,"u pilr.iru de la cual falta el número correSpon; :-
[ áJ u-inoa"idos (ejemplo 2, figura 40-6¡ Debr: ' -
q,rá
"t
tttu..o de lectúra es un triplete' la fa.se de l::: -
iu poa.iu no alterarse para los codones dist,ale:
' :
supresión. Sin embargo. si la supreslon de -
I

575. Síntesis de proteínas y el
Molécula de proteína
Aminoácido Codones
Sin sentido
aceptable
Hb A, cadena ll
I
+
Hb Hikari, cadena ll
Lisina 6'1
I
Asparagina
AAA o AAG
rxt
AAU o AAC
Sin sentido
parcialmente
aceptable
Hb A, cadena p
I
I
+
Hb S, cadena p
Glutamato
I
+
Valina
GAA
t
GUA
o GAG
I
I
i
GUGo
Sin sentido
aceptable
Hb A, cadena
0
I
I
+
Hb M (Boston), cadena 0
Histidina 58
I
+
Tirosina
CAU
I
UAU
o CAC
I
I
UAGo
Figura 40-5. Ejemplos de los tres tipos de muiaciones sin sentido, que generan cadenas anormales de hemoglobina. Están
indicadas las alteraciones en el aminoácido y las posibles alteraciones eñ los respectivos codones. La mutación en la cadena
b de la hemoglobina Hikari tiene propiedades f¡siológ¡cas aparentemente normaies, pero está electroforéticamente alterada.
La hemoglobina S tiene una mutación en la cadena
B y una función parcial: se une al oxígeno, pero se precip¡ta al ser
desoxigenada. La hemoglobina M Boston, una mutación en la cadena o,, permite la oxidación Oél n¡erio fenoso hem al estado
férrico, y por tanto no une el oxígeno.
nucleótidos ocwrejusto antes de o dentro del codón
de terminación noflnal (codón sin sentido), la lectura
de la señal de terminación noflnal se altera. Esta su-
presión podría resultar en la lectura a üavés de la señal
de terminación hasta encontrar offo codón sin senti-
do (ejemplo 1, figura 404). Ejemplos excelentes de
este fenómeno se describen en la discusión de las
hemoglobinopatías.
La inserción de uno, dos o de un número de nu-
cleótidos no múltiplo de tres en un gen, resulta en un
mRNA en el cual el marco de lectura estrí distorsionado
para la traducción, y los mismos efectos que ocuffen
con la supresión se reflejan en latraducción del mRNA.
Esto podría resultar err secuencias mutiladas de ami-
noácidos distales a la inserción, y la generación de un
odón sin sentido en o distal a la inserción, o quizrás a la
lech¡ra a través del codón de terminación normal. Des-
pués de una supresión en un gen, una inserción (o
viceversa) puede restablecer el marco apropiado de
lectura (ejemplo 4, figura 40-6). El mRNA correspon-
diente, cuando es traducido, podría contener una
secuencia de aminoácidos mutilada entre la inserción
y la supresión. Más allá del restablecimiento del mar-
co de lectura, la secuencia de aminoácidos sería
correcta. Se podría imaginar que diferentes combina-
ciones de supresiones, de inserciones o de supresiones
e inserciones, podrían resultar en la formación de una
proteína la cual una porción es anormal, pero esta por-
ción está rodeada por secuencias normaleJ de
aminoácidos, Estos fenómenos se han demostrado de
manera convincente en el bacteriófago T4, siendo un
hallazgo que contribuyó de modo significativo a de-
mostrar que el marco de lectura era un triplete.
Las mutaciones supresoras reducen los
efectos de las mutac¡ones con camb¡o
de sentido, sin sentido y con
corrirn¡ento del marco de lectura
La información previ4 acerca de los productos proteicos
alterados por mutaciones en genes, se basa en la pre-
sencia de moléculas de IRNA con funcionamiento
normal. Sin embargo, en organismos procariotas y
eucariotas se han descubierto moléculas de tRNA con
un funcionamiento anormal que son también resulta-
do de mutaciones. Algunas de estas moléculas de
tRNA anormales pueden suprimir los efectos de las
mutaciones en genes estructurales distantes. Estas
moléculas de tRNA supresoras, por lo general for-
madas como resultado dé alteraciones en lá región del
anticodón, pueden suprimir mutaciones con cambio
de sentido, mutaciones sin sentido y mutaciones por
corrimiento del marco de lectura. Sin embargo, debi-
do a que las moléculas de tRNA supresoras no son
I

576. 524 . Bioquímica de Harper (Capítulo :
f
T¡p" rilr".t"l
mRNA UAG
Polipéptido
UAG,.
Termi-
nación
Eiemplo 1
[supresió,
(-1i
mRNA UAG
Polipéptido
E¡emplo 2
larpr".ió. F¡rl
uuuc AUG GCC qgU UGC AAA GGC li.4q
AGU AGU
Met-Ala- Ser- Cis- Lis
-
Gti
-
Tir
-ser-
ser
UUUG AUG GCC CUU GCA AAG GCU 4!4
GUA GUU AG...
Met-AIa-Leu-Ala- Lis
-Ala-Tre-Val -
Val-Ser-
Eiempto3 tlnserció(.tl
mRNA UAG UUUG
Polipéptido
mRNA UAG UUUG
Polipéptido
AUG GCC UCU AAA 999 UAU AGU AGU UAG...
Met-Ala- Ser- Lis
-
Gli
-
fir
-ser-ser
Terminación
r-lD)
I
AUG GCC CUC UUG CAA AGG CUA UAG UAG UUAG.
Met
-
AIa
-
Leu- Leu
-
Gln
-
Arg
-
Leu Terminación
Muiiledo
rlt-)
-T-
UUUG AUG GCC UCU UUG CAA AGG UAU AGU AGU
-
Met
-
Ala
-
Ser- Leu
-
Gln
--
Arg
-
Tir
-
Ser
.-
ser
\__ __)
Y
Mut¡lado
-ui9
Termi-
nación
Figura 40-6. Demostración de los efectos de las supresiones e inserciones, en un gen de la secuencia del transc':: -.
mRNA y de la cadena de polipéptido traducido a partir de éste. Las flechas indican los sitios de las supresiones o inser - :
-
-
y los números en los círculos indican el número de residuos de nucleótido suprimidos o insertados.
LA SíNTESIS DE PROTEíNAS
SE PUEDE DESCRIBIR EN
rRES EA§E§: lNlclAGlÓN,
E LON GAC IO N J-TERIWñTAC ION
Las características estructurales generales de h
ribosomas y de su proceso de autoensambls se rrn
cionan en el capítulo 39. Estas entidades parricul[
sirven como la maquinaria en la cual la secuencAü
nucleótidos del mRNA se traduce en la secuercál
aminoácidos de la proteína específlca. La úadrui
del mRNA comienza cerca de la termiaal 5', cr I
formación de la correspondiente terminal amim ü
la molécula de proteína. El mensaje se lee de 5"r3[
Mutilado
Eiempro4
mlEl
mRNA UAG
Polipéptido
capaces de distinguir entre un codón normal y uno re-
sultante de la mutación en el gen, su presencia en la
célula, por lo general, resulta en una viabilidad dismi-
nuida. Por ejemplo, las moléculas de IRNA supresoras
de las mutaciones sin sentido, pueden suprimir las se-
ñales de terminación normales para pertnitir una lectura
continua, cuando no es deseable. Las moléculas del
IRNA supresoras del corrimiento de lectura pueden
leerun codónnormal, más uncomponente de un codón
yuxtapuesto para producir un corrimiento en el mar-
co, también cuando no es deseable. tas moléculas de
tRNA supresor pueden existir en las células de mamí-
feros, debido a que ocurre una transcripción continua
de la lectura.
ü

577. .Lrncluyendo con la formación de 1a terminal carboxilo
de la proteína. De nuevo, el concepto de polaridad es
aparente. Como se mencionó en el capítulo 39, la trans-
cripción de un gen en el correspondiente mRNA o su
precursor, forma primero la terminal 5' de la molécu-
1a de RNA. En los procariotas, esto permite el iniciación
de 1a traducción del mRNA antes de que se complete
1a transcripción del gen. En los organismos eucariotas.
el proceso de transcripción es nuclear; la traducción
delmRNA ocurre en e1 citoplasma. Esto evita la trans-
cripción y traducción simultánea en los organismos
eucariotas y hace posible el procesamiento necesario
para generar mRNA maduro a partir del transcrito pri-
mario
-hnRNA.
La iniciación de la síntesis de proteínas requiere que
se seleccione una molécula de mRNA para su traduc-
ción por los ribosomas.Unavez que el mRNA se une
a los ribosomas, éstos encuentran el marco de lectura
correcto sobre el mRNA y se inicia la traducción. Este
proceso involucra al tRNA, rRNA, mRNA y por lo
menos l0 factores de iniciación eucariotas (eIF), al-
gunos de los cuales tienen múltiples subunidades (de
3 a 8). También están involucrados GTP, ATP y
an-rinoácidos. La iniciación se puede dividir en cuatro
pasos: I ) disociación del ribosomaen sus subunidades
40S y 605; 2) unión de un complejo terciario que con-
siste en met-tRNAj, GTP y eIF-2 al ribosoma 40S para
lormarel complejo de iniciación;3) la unión delmRNA
a1 complejo de iniciación 40S para formar el comple-
.1o de iniciación 43S; y 4) la combinación dei complejo
de iniciación 43S con la subunidad ribosomal 605 para
fbmar el complejo de iniciación 80S.
A. Disociación ribosómica
Dos factores de iniciación, e1 elF-3 y el eLIFlA, se
unen a la subunidad ribosómica 40S recién disociada.
Esto retarda la reasociación con la subunidad 605 y
permite a otros tactores de iniciación asociarse con la
subunidad 40S.
B. Formación del complejo de preiniciación 435
El primer paso en este proceso involucra la unión de
GTP por el eIF-2. Este complejo binario se une poste-
riormente con el met-tRNAi, que es un tRNA involucra-
do específicamente en la unión al codón de iniciación
{UG. (Existen dos tRNA para rnetionina. Uno especi-
fica la metionina para el codón inicial. el otro para las
metioninas internas. Cada uno tiene una secuencia de
nucleótidos única.) Este complejo terciario se une con
la subunidad ribosómica 40S para formar el complejo
Síntesis de proteínas y el código genético .
525
de preiniciación 43S, el cual se estabiliza por la aso-
ciación con el eIF-3 y el eIF-lA.
El eIF -2 es uno de los dos puntos de control para
la iniciación de la síntesis de proteínas en las células
eucariotas. El eIF-2 consta de las subunidades cr, p y y.
El elF-2cr se fosforila (en la serina 5l) por tres dife-
rentes proteincinasas (HCR, PKO y GCN2) que se
activan cuando una célula está bajo estrés y cuando el
gasto de energía requerida paraia síntesis de prote!
nas sería dañino. Estas condiciones incluyen inanición
de glucosa y aminoácidos, infección viral, deprivación
sérica, hiperosmolalidad y choque térmico. La elF-2cr,
fosforilada se une fuertemente e inactiv a ala proteina
de reciclaje GTP-GDR eIF-2B. Esto impide la forma-
ción del complejo de preiniciación 43S y bloquea la
síntesis de proteínas.
C. Formación del comptejo de iniciación ttSS
Las terminales 5'demuchas delas moléculas demRNA
en las células eucariotas están "encapsuladas", como
se describió en el capítulo 39. Esta cápsula de metil-
guanosil trifosfato facilita la unión del mRNA al
complejo de preiniciación 43S. Un complejo de pro-
teína, eIF-4F (4F), que consiste en eIF-4E y la eIF-4G
(4G). eIF-4A (4A), se une específicamente ala cáp-
sula a favés de la proteína 4E. Después el eIF-4A (4A)
y el eIF-4B (4B) se unen y reducen la compleja es-
tructura secundaria de la terminal 5'del mRNA a través
de la actividad de la AIPasa y la helicasa dependiente
de ATP. La asociación del mRNA con el complejo de
preiniciación 43S para formar el complejo de inicia-
ción 48S, requiere de la hidrólisis de ATP. El eiF-3 es
una proteína clave debido a que se une con alta afini-
dad con el componente 4G de la 4F, lo que enlaza al
complejo con la subunidad ribosómica 43S. Después
de la asociación del complejo de preiniciación 43S
con la cápsula del mRNA y la reducción ("fundido")
de la estructura secundaria cerca de la terminal 5'del
mRNA, el complejo busca en el mRNA un codón de
iniciación adecuado. Por lo general éste es el 5'AUG,
pero el codón de iniciación preciso está determinado
por las llamadas secuencias de consenso Kozak que
rodean a AUG:
-3 -1
+4
GCCA/GCCAUGG
Se prefiere la presencia de una purina en las posicio-
nes
-3
y +4 relativas a AUG.
D. Formación del complejo de iniciación B0S
La unión de la subunidad ribosómica 603 con el com-
plejo de iniciación 48S involucra la hidrólisis del GTP
unido al eIF-2 por el eIF-5. Esta reacción resulta en la
liberación de los factores de iniciación unidos al com-
plejo de iniciación 48S (estos factores después se

578. (Capítulo 40t526 , Bioquímica de Harper
Formación del
compleio terciario
/t- (A)n
,l_
(A)"
sitio A
Figura 40-7. Representación diagramática de la iniciación de la síntesis de proteínas en el molde de mRNA conteniendc ,
-
=
cápsulaen5'(G.TP-S')yunaterminal t3'(A)"1 3'poli(A).Esteprocesoseefectúaentrespasos: 1)activacióndel mRN¡,
formación del complejo terciario consistente en tRNA met, factor de iniciación elF-2, y GTP; y 3) formación del comp
=
-
activo de iniciación B0S (véase texto para conocer detalles). GTP, o; GDP, O. Los diversos factores de iniciación aparecÉ- .
formaabreviadacomocírculosocuadrados; porejemplo,elF-3(l),el elF-4F(E) EI 4.Fesuncomplejoconsistentec::i
y 4A unidos a 4G (véase figura 40-B). La constelación de factores proteicos y la subunidad ribosómica 40S inclu,,',.- .
complejo de preiniciación 43S. Cuando se une al mRNA, ésta forma el complejo de preiniciación 4BS.
r
Met
"*"F1?*
@
Met
I
r*
I
@@
[-
",,.
@
I
"l'-_.
mFINA activadoFormación del comple¡o
de iniciación 80S
ffi
ffi
Fbffil
^^.\W
e4LSf -:.1 l 'M l
f
ffi
ffi
--.1
ffil
f
@fffitrdl
c,fs)lTk)
-l'-
Met
caoru,"
-!-
AuG-------/É- 1Ar"
are:frE'l=E-M
+
j+rlc"p f
,LAUG-u-
(A),,
or'-.1¡@
OOr*,
I
T
AUG-----rr'-- (A)"+r
i cap
Met
F:;,
lc"-pr"Iñl
I
inicraeión 80S
I
Elonoación

579. recician) y la rápida asociación de las subunidades 40S
¡. 605 para formar el ribosoma 80S. En este punto, el
\let-tRNAi está sobre el sitio P del ribosoma, listo para
qtie comience el ciclo de elongación.
El complejo 4F es parlicularmente importante en el
control de la velocidad de traducción de las proteínas.
Como se describió previarnente, el 4F es un complejo
que consiste en 4E,, e1 cual se une a la estructura de la
cápsula mrG en la terminal 5' del mRNA. y la 4G, c¡ue
sirve como una proteína de soporte. Además de unirse
ala4E,la 4C se une al eIF-3, el cual une al complejo
con la subunidad ribosómica 40S. También une la 4,A
y la 48, el complejo de ATPasa-helicasa que ayuda a
desdoblar el RNA (figura 40 8).
lnsulina
(activación
de la cinasa)
Complejo
el F-4F
Figura 40-8. Activación del elF-4E por la insulina y la íor-
mación del complejo de la unión a la cápsula elF- F. La cápsuia
del complejo 4FmRNA se muestra en la figura 40-7. El com-
plejo 4F consiste en elF-4E (4E), el elF-4A y el etF-4G El 4E
es inactivo cuando es unido por un miembro de una famllia
de proteínas de unión (4E-BPs). La insulina y los factores
mitogénicos (p. ej., IGF-1m PDGF, interleucina 2 y angioten-
sina ll), activan a una proteincinasa de serina en la vía mTOR,
lo que resulta en la fosforilación del 4E-BP. La 4E-BP
fosforilada se disocia de la 4E y la última es entonces capaz
de formar el complejo 4F y unirse a la cápsula del mRNA.
Estos péptidos de crecimiento también fosforllan a la 4E
misma mediante Ia activación de un componente de la vía
MAP cinasa. La 4E fosforilada se une con mucha mayor
avidez a la cápsula que la 4E no fosforilada.
Síntesi.s de proteínas y el código genétíco . 527
La 4E es la responsable del reconocimiento de la
estructura de la cápsula del mRNA, que es el paso
limitante de la velocidad de la traducción. Este proce-
so está regulado a dos niveles. La insulina y los factores
de crecimiento mitogénicos! causan la fosforilación de
la 4E en 1a ser 209 (o Tre 210). La 4E losforilada se
une a la cápsula de manera mucho más ávida que la
forma no fosforilada, de esta firanera se aumenta la ve-
locidad de 1a iniciación. Un componente de la vía de la
MAP cinasa (figura 5l 10) parece estar involucrado
en esta reacción de fosforilación.
La actividad de la ¿lE
está regulada en una segunda
forma, y ésta también involucra una fosfbrilación. Un
conjunto de proteínas recién descubierlas se unen a la
4Ey la inactivan. Estas proteínas incluyen a la 4E-BP1
(BP1, también conocida cor¡o PHAS-l) r, ias pro-
teínas cercanamente relacionadas 4E-BP2
1.
.1E-8P3.
La BPI se une con alta afinidad a la ,1E. La reacción
[4E]
.
[BP1] impide que la 4E se una con 1a 4G (para
fon¡ar la 4F). Debido a que esta interacción es esen-
cial para la unión de la 4F con la subunidad ribosómica
40S y para la cor:recta posición de ésta sobre el mRNA
encapsulado, la BP-1 inhibe de ntanera efectiva 1a ini-
ciación de la traducción.
La insLrlina y otros factores de crecimiento inducen
la fbsforilación de la BP-1 en cinco sitios únicos. La
fosforilación de la BP-l origina su disociación de 1a 4E.
y no se puede volver a unir hasta que se remueve todo
el fosfato. No se ha identificado la proteincinasa res-
ponsable, pero parece ser diferente de la que fbsforila
la 4E. Una cinasa en el blanco de la vía de la rapamicina
(mTOR, fflammalían t.trget of rapanTrin) de mamí-
feros quizás esté involucrada. Estos efectos soble la
activación de la 4E explican, en parte. cómo la insulina
ocasiona en el hígado, tejido adiposo y en el múlsculo
un marcado aumento postranscripcional de la sintesis
de proteínas.
I-a elongación, que es un proceso cíclico. involucra
varios pasos catalizados por los llarnados lactores de
elongación (eEF). Estos pasos solr 1) unión del arni-
noacil-tRNA al sitio A; 2) lomtación del enlace pep-
tídicol y 3) translocación.
A. Unión del aminoacil-tRNA al sitio A
En el ribosoma 80S fbrmado durante él proceso de
iniciación, el sitio A (aminoacil o aceptor) se encuentra
1ibre. La unión del aminoacil-tRNA apropiado requiere
del reconocimiento del codón apropiado. El factor de
elongación eEtr'-lc¿ foma un complejo con GTP y el
aminoacil-tRNA entrante (figura 40-9). Este comple-
jo Ie permite al an-rinoacil-tRNA entrar en el sitio A
con la liberación de eEF- I c¿-GDP v fosfato. Como se
qjry!
/
Po¿
/ /\
l+rlcapsuta
\/
AUG-rF- (A)"

580. (Capítulo 40)
528 . Bioquímica de HarPer
]i;e,ü---§",'
Figura 40-9. RepresentaciÓn diagramática del proceso ::
elóngación de los péptidos en la síntesis de proteínas -:-
círcu'jos pequeños marcados como n-1, n, n+1, etc ref --
sentan los residuos de aminoácido de la molécula de prote -:
recién formada. eEF-1n y eEF-2 representan los factores :=
elongación 1 y 2, respectivamente. Los sitios peptidil-lR.':
y aminoacil-tRNA sobre el ribosoma están represenla:-'
por el sitio P y el sitio A, respectivamente

581. Síntesis de proteína,s y el código genético .
529
muestra en la figura 40*9, el eEF-1o-GDP se recicla
posteriormente a eEF-1c¿-GTP con la ayuda de otros
factores proteicos solubles y GTP.
B. Formación del enlace peptídico
El grupo c¿-amino del nuevo aminoacil-tRNA en el
sitio A lleva a cabo un ataque nucleofilico en el grupo
carboxilo esterificado del peptidil-tRNA que ocupa el
sitio P (sitio peptidil o polipéptido). En la iniciación,
este sitio esta ocupado por el aminoacil-tRNA meti.
Esta reacción se cataliza por una peptidiltransferasa,
que es un componente del RNA 28S de la subunidad
ribosómica 605. Éste es otro ejemplo de la actividad
de ribozima, e indica un importante papel directo y
previamente no sospechado del RNA en la síntesis de
proteínas (cuadro 40-3). Debido a que el aminoácido
en el aminoacil-tRNA ya está"activado", para esta
reacción no se requiere de otra fuente de energia. La
reacción resulta en la unión de la cadena peptídica en
crecimiento con el tRNA en el sitio A.
C. Translocación
Unavez que se remueve la porción peptidil del tRNA
en el sitio P, el tRNA descargado se disocia con rapi-
dez del sitio P. El factor2 de elongación (eEF-2) y el
GTP son los responsables de la translocación del
peptidil-tRNA recién formado en el sitio A al sitio P
vacío. El GTP, que se requiere para el eEF-2, se hidro-
liza a GDP y fosfato, durante el proceso de trasloca-
ción. La fraslocación del peptidil-tRNA recién formado
y su codón correspondiente dentro del sitio P, libera al
sitio A para otro ciclo de reconocimiento del codón
por el aminoacil-tRNA y elongación.
La carga de la molécula de IRNA con el residuo
aminoacil requiere de la hidrólisis de un AIP en un
AMP, equivalente a lahidrólisis de dosAIP en dosADP
y fosfato. La entrada del aminoacil-tRNA en el sitio A
resulta en la hidrólisis de un GTP a GDP. La trasloca-
ción del peptidil-tRNA recién formado en el sitio A al
sitio P por el eEF-2 resulta, también, en la hidrólisis
de GTP a GDP y fosfato. Por tanto, el requerimiento
energético parala formación de un enlace peptídico,
incluye el equivalente de lahidrólisis de dos moléculas
deATP enADPy dos moléculas de GTPen GDP, o la
Cuadro 40-3. Evidencia de que el tRNA
es una peptidiltransferasa
' Los ribosomas pueden formar enlaces peptídicos, aun cuando sean
removidas o inactivadas las proteínas.
' Ciertas partes de la secuenc¡a del rRNA están muy conservadas en
todas las especies.
' Estas regiones conservadas están en la superflcie de la molécula de
RNA.
' El RNA puede ser catalítico.
' Las mutaciones a nivel de la síntesis de proteínas que resultan en la
resistencia a antibiót¡cos, se encuentran con mayor frecuencia en el
rRNA que en los componentes proteicos del ribosoma.
hidrólisis de cuatro enlaces de fosf¿to de alta energía.
Este proceso ocurre de manera nípida. Los ribosomas de
eucariotas pueden incorporar hasta seis aminoácidos
por segundo, en tanto que los ribosomas de procariotas in-
corporan hasta I 8 por segundo. De esta forma, el proce-
so de síntesis de péptidos ocurre con alta velocidad y
precisión hasta que se alcanza un codón de terminación.
La termir¡aeió¡r oeurra eL¡ñnd*
se reconsc& uHl c*elén sánr se¡rtád*
{figura 4CI*f ü}
En comparación con la iniciación y la elongación, la
terminación es un proceso relativamente simple. Des-
pués de rnúltiples ciclos de elongación que culminan
en la polimerización de los aminoácidos específ'rcos
de una molécula de proteína, el codón sin sentido o de
terminación del mRNA (UUA, UAG, UGA) aparece
en el sitio A. Normalmente no existe un IRNA con un
anticodón capaz de reconocer dicha señal de termina-
ción. Los factores de liberación (eRF) son capaces
de reconocer que una señal de terminación se encuen-
tra en el sitio A (figura 40-10). El factor de liberación,
junto con GTP y la peptidil transferasa, promueve la
hidrólisis del enlace entre el péptido y el tRNA que
ocupan el sitio P mediante la adición de una molécula
de agua en lugar de un aminoácido. Esta hidrólisis li-
bera a la proteína y al tRNA del sitio P. Después de la
hidrólisis y la liberación el ribosoma 80S se disocia
en sus subunidades 40S y 605,las cuales se reciclan.
Por tanto, los factores de liberación son proteínas que
hidrolizan el enlace peptidil-tRNA cuando un codón sir
sentido ocupa el sitio A. Entonces, el mRNA se libera
del ribosoma, por 1o que se disocia en sus subunidades
40S y 605 constitutivas y se puede repetir el ciclo.
n-os polis*rmas s*ti ensasrlfules
*I* riboso¡mas
Muchos ribosomas pueden traducir de manera simul-
táneala misma molécula de mRNA. En virtud de que
su tamaño es relativamente grande, las partículas de ri-
bosoma no se pueden unir a un mRNA a menos de 80
nucleótidos de distancia. Múltiples ribosomas sobre
la misma molécula de mRNA forman un polirribo-
soma o "polisoma". En un sistema sin restricción, el
número de ribosomas unidos a un mRNA (y por tanto,
el tamaño de los polirribosomas) se correlaciona de ma-
nera positiva con la longitud de la molécula de mRNA.
La masa de la molécula de mRNA es muy pequeña en
comparación con la masa de un solo ribosoma.
Un solo ribosoma de mamífero es capaz de sinte-
tizar cerca de 400 enlaces peptídicos por minuto. Los
polirribosomas que sintetizan de manera activa las pro-
teínas pueden existir !-.no partículas libres en el

582. 530 . Bioquímica de Harper
GM TP-s'
GM TP_s'
N C
Péptido
citoplasma celular, o puecien estar unidos a las hojas
del material citoplásmico membranoso conocido como
retículo endoplásmico. La unión de los ribosomas par-
ticulares con el retículo endoplásmico es la responsable
(Capínr
Factor de liberación (eRF)
+GDP+:
de su apariencia "rugosa", tal como se obser,, : -
medio de microscopía electrónica. Las proteinr. .
tetizadas por los ribosomas unido- se liberan 1a i:..
de la cisterna entre ias hojas del retículo endopl:. :
Codón de
terminación
(sin sentido)
{
Figura 40-10. Representación diagramática del proceso de terminación de la síntesis de proternas. Los sitios peptic -:='
y aminoaciI{RNA están indicados como sitio P y sitio A, respectivamente. Se muestra la hidrólisis del complejo peptidil-tR - :
la entrada de HrO. Con N y C se indica el aminoácido y el carboxilo terminal de los aminoácidos, respectivamente, y se -: .-:
polaridad de la síntesis de proteínas.
I
bo*
h,o t
ñ
.ll.( 4os
)+
l-

583. Síntesis de proteíncts y el código genético .
531
rugoso y desde ahí son exportadas. Algunos de los
productos proteicos del retículo endoplásmico rugoso
son empacados por el aparato de Golgi en partículas
zimógenas para su posterior exportación (capítulo 43).
Las paftículas polinibosómicas libres en el citosol,
son las responsables de la síntesis de las proteínas re-
queridas para las funciones intracelulares.
La maquinar¡a de la síntesis
de proteínas puede responder
a las amenazas de¡ medio amb¡ente
La ferritina, proteína quese une al hierro, impide que
el (Fe'?*) alcance niveles tóxicos dentro de las células.
El hierro elemental estimula la sintesis de la ferritina
mediante la liberación de una proteína citoplásmica
que se une a una región específica en la región no tra-
ducida 5' del ferritin mRNA. La alteración de esta
interacción proteína-mRNA activa al ferritin mRNA,
lo que resulta en su traducción. Este mecanismo pro-
porciona un control rápido de la síntesis de una proteína
que secuestra al Fe2*, que es una molécula potencial-
mente tóxica.
Muchos virus también optan
por ¡a maquinar¡a de síntesis
de proteínas de la célula huésped
La maquinaria de síntesis de proteínas también puede
modificarse en formas deletéreas. Los ürus se replican
mediante el uso de los procesos celulares del huésped,
incluyendo a los que están involucrados en la síntesis
de proteínas. Algunos mRNA virales son traducidos de
manera mucho más eficiente que los de la célula huésped
(p. ej., el virus Mengo y el virus de la encefalomiocar-
ditis). Otros, tales como el reovirus y el virus de la
estomatitis vesicular, se replican de forma abundante,
y sus mRNA tienen una ventaja competitiva sobre los
mRNA de las células huésped por factores de traducción
limitados. Otros virus inhiben la síntesis de proteínas
de la célulahuésped impidiendo laasociación del mRNA
con el ribosoma 40S.
El poliovirus y otros picornavirus obtienen una
ventajá selectiva mediante la alteración de la función
del complejo 4F a su favor. Los mRNA de estos virus
no tienen una estruótura capsular para dirigir la unión
de la subunidad ribosómica 40S (véase antes). Más
bien, la subunidad ribosómica 40S se pone en contac-
to con un sitio de entrada ribosómica interno (IRES)
por medio de una reacción que requiere del 4G, pero
no del 4E. El virus obtiene una ventaja selectiva al
tener una proteasa que ataca al 4G y remueve el sitio
de unión amino terminalpara4E. Ahora, el complejo
4E + 4G(4F) no se puede formar, por 1o que la subuni-
dad ribosómica 40S no puede dirigirse al mRNA
encapsulado. De esta manera se encuentra abolida la
traducción de la célula huésped. El fragmento 4G puede
dirigir la unión de la subunidad ribosómica 40S con el
mRNA que contiene el IRES, por lo que la traducción
del mRNA viral resulta muy eficiente (figura 40-1 1).
Estos virus también promueven la desfosforilación del
BPI (PHAS-1), por lo que disminuye latraducción de-
pendiente de la cápsula (4E).
EL PROCESAMIENTO POSTERIOR A LA
TRADUCC¡ÓN AFECTA LA ACTIVIDAD
DE MUCHAS PROTE|NAS
Algunos virus animales, en especial los poliovirus y el
virus de la hepatitis A, sintetizan proteínas grandes
policistrónicas a partir de una molécula grande de
mRNA. Estas moléculas de proteína se corlan de manera
subsecuente, en sitios específicos, para proporcionar
las proteínas específicas que se requieren para el fun-
cionamiento viral. En las células de animales, muchas
de las proteínas son sintetizadas a partir de un mRNA
molde como una molécula precursora, la cual a su vez
debe ser modificada para llegar a ser una proteína ac-
tiva. El prototipo es la insulina, que es una proteína de
bajo peso molecular formada por dos cadenas de poli-
péptidos con puentes disulfuro intracadena e interca-
dena. La molécula se sintetiza como una molécula
[4Gl
(4E)
_,1
"rrtil-ll-ou¿-
t4e
-{.;l
'.+Lr.l
(4E) I v l)
:
.IRES L
AUG
I P,ot"r""
I del poliovirus
I
F¡gura 4O-11. Los picornavirus disgregan el complejo 4F. El
complejo 4E.4G (4F) dirige a la subunidad ribosómica 40S
hacia la cápsula típica del mRNA (véase el texto). La 4G
sola es suficiente para la dirección de la subunidad 40S ha-
cia el sitio interno de entrada ribosómica (IRES) del mRNA
viral. Para obtener una ventaja selectiva, ciertos virus (p. ej.,
poliovirus) tienen una proteasa que rompe el sitio de unión
4E de la terminal amino de la 4G. Esta 4G truncada puede
dirigir a la subunidad ribosómica 40S hacia los mRltlA que
tienen el IRES, pero no hacia aquellos que tienen una cáp-
sula. El ancho de las flechas indica la velocidad de iniciación
de la traducción a partir del codór1 AUG en cada ejemplo.
-fL^r¿
Y*l
T
-
IRES

584. 532 . Bioquímica de Harper
(Capítttlo 1ii,
{
precursora de cadena sencilla, o prohormona, que se
pliega para permitir que se formen los puentes
disulfuro. Después, una proteasa específ,tca elimina el
segmento que conecta las dos cadenas que forman la
molécula de insulina funcional (figura 51 3).
Muchos otros péptidos se sintetizan como proteí-
nas que requieren modificaciones antes de adquirir
actividad biológica. Muchas de las modificaciones
posteriores a la traducción, involucran la remoción de
residuos de aminoácidos amino terminales por medio
de aminopeptidasas específicas. La colágena, proteí-
na abundante en los espacios extracelulares de los
eucariotas superiores, se sintetiza como procolágena.
Tres moléculas del polipéptido procolágena, que con
frecuencia no tienen una secuencia idéntica, se alinean
en una forma que depende de la existencia de péptidos
amino terminales específicos. Enzimas específicas 11e-
van a cabo las hidroxilaciones y oxidaciones de los
residuos de aminoácidos específ,tcos de las moléculas
de procolágena, para formar enlaces cruzados y obtener
mayor estabilidad. Los péptidos amino terminales se
eliminan de las moléculas para formar el producto final
-una
molécula de colágena fuerte e insoluble (capí-
tulo 57). Muchas otras modiñcaciones postraduccionales
de proteínas ocwren; por ejemplo, es común la modi-
ficación covalente por acetilación, fosforilación y glu-
cosilación.
MUCHOS ANTB¡ÓTICOS FUNCIONAN
DEBIDO A QUE INHIBEN EN FORMA
SELECTIVA LA SÍNTESIS
DE PROTEí¡¡AS OE LAS BACTERIAS
Los ribosomas en las bacterias y en las mitocondrias
de las células eucariotas superiores, difieren de los
ribosomas de 1os mamíferos descritos en el capítulo
37. El ribosoma bacteriano es más pequeño (70S en
lugar de 80S) y tiene un RNA complementario dife-
rente, un tanto más simple, así como moléculas de
proteínas. Esta diferencia se aprovecha con fines clí-
nicos, debido a que rnuchos antibióticos efectivos
interactúan de manera específica con las proteínas y
con los RNA de los ribosomas de procariotas, y de
esta forma inhiben la síntesis de proteínas. Esto resul-
ta en la supresión del crecimiento o en la muerte de la
bacteria. Los más útiles de esta clase de antibióticos
(p. ej., tekaciclinas, lincomicina, eritromicina y cl oram-
fénicol) no interactuan con los componentes de las
partículas ribosómicas de eucafiotas y, por tanto, no
son tóxicos para éstos. I.a tetraciclina impide la unión
del aminoacil-tRNA al sitio A. La cloromicetina y la
clase de macrólidos de los antibióticos actuan por
medio de la unión con el rRNA 23S, lo que resulta
interesante en virlnd del papel recientemente recono-
cido de1 rRNA en la formación del eniace peptídico.
Otros antibióticos inhiben la síntesis de proteínas
en todos los ribosomas (puromicina) o sólo en los de
1as cé1u1as eucariotas (cicloheximida). La purornicina
(ligura 40 12) es un anáiogo estructural de1 tirosinil-
IRNA. Este antibiótico se incorpora vía el sitio A del
riboson,a a la posición carboxilo terminal de rln péptido'
pero ocasiona la liberación prematura del polipéptido.
La puromicina, como un análogo del tirosil-tRNA.
inhibe de fitanera electiva la síntesis de proteínas tanto
en procariotas como en eucariotas. La cicloheximida
inhibe a la peptidii transferasa de la subunidad ribosti-
mica 605 en los eucariotas, posiblernente por unirse a
un componente rRNA.
La torina diftérica, una exotoxina del Con'ne'
bacterium di¡'ththericte infectada con un fago lisogénico
específrco, cataliza la ADP ribosilación del eEF-2 err
las células de mamíferos. Esta modiflcación inactir ¡
al eEF-2 y. por tanto, inhibe de manera específica la
síntesis de proteínas en los rnamíferos. Muchos animales
(p ej , el ratón) son resistentes a la toxina diftérica
N
I
\
N
HOCH2,O.
I
t/ \l
\+
NH OH
I
O:C-CH-CH2
I
NHz
r
tRNA
ooH
I
o
=c -
cH- cH,
I
NH,
Figura 40-12. Las estructuras comparativas del ant b :: '
puromicina (parte superior) y la porción 3' term na -=
tirosiniltRNA (parte inferior).
I
{
I
I
I

585. Síntesis de profeínas y el códígo genético .
533
Esta resistencia se debe a la incapaciclad de la toxina
ditlérica para cruzar la membrana celular más que a la
insensibilidad de ta eEF-2 del ratón a la ADp ribosi_
lación por NAD, catalizada por la toxina diftérica.
La ricina, una ntolécula ertremadamente tóxica,
aislada de Ia semilla de ricino, inactiva el RNA ribosó_
mico 28S de los eucariotas, mediante el corle N-glucolítico
o 1a remoción de una sola adenina.
Muchos de estos compuestos, en particular la
puromicina y ia cicloheximida, r.ro son de utiiidad clí_
nica pero han sido imporlantes para dilLrcidar el papel
de la síntesis de proteínas en la regulación de los proce_
sos r¡etabólicos, en pafticular la inducción enzimática
por medio de hormonas.
El flujo de la información genética sigue la secuencia
DNA -> RNA + proteína. La infbrmación genética en
la región estructural de un gen se transcribe en una
molécula de RNA, de tal manera que Ia secr,rencla del
último es complementaria a la del DNA. Algunos ti_
pos diferentes de RNA, incluyendo el RNA ribosómico
(rRNA), el RNA de transferencia (IRNA) y el RNA
mensajero (mRNA), están involucrados en la síntesis
de proteínas, quizás con un papel catalítico directo en
el caso del rRNA. La información en e1 rnRNA está
en una secuencia seriada de codones. cada uno de ellos
formado por tres nucleótidos. Estos codones de triplete
no se sobrelapan y no existe puntuación entre los
codones: el mRNA se lee de manera continua desde
un codón de iniciación (AUC) hasta un codón de ter_
minación (UAA, UAG, UGA). Estos codones limitan
el marco de lectura abierto de1 mRNA, que es la serie
de codones, cada uno de los cuales especifica a un
aminoácido dado, que determina la secuencia precisa
de aminoácidos de la proteína que se va a sintetizar.
Algunos aminoácidos tienen un solo codón (metionina
y triptófano), en tanto que otros pueden codificarse
hasta por seis codones diferentes (leucina, serina).
La síntesis de proteínas, como la síntesis de DNA
y de RNA, sigue una polaridad de 5' a 3'y se puede
dividir en tres procesos: iniciación, elongación y ter-
minación. Cada uno de estos procesos es complejo.
Por ejemplo, la iniciación de la síntesis de proteínas,
además de requerir de ribosomas, formados por algu-
nos tipos de RNA y docenas de proteínas, también
requieren del mRNA específico, tRNApara los 20 amino-
ácidos, por lo menos 10 factores de iniciación (algunos
de los cuales son complejos multisubunidades), AIp
y GT?. A pesar de esta complejidad, se puede describir
un conocimiento general de los procesos ordenados que
couducen a la iniciación, y de los factores involucra-
dos en la elongación y terminación de la síntesis de
proteínas.
La información resumida previamente, facilita la
comprensión de cómo surgen las proteínas mutantes.
Las sustituciones de una sola base pueden resultar en
codones que especifican un aminoácido diferente en
una determinada posición, o en un codón de deten-
ción, lo que genera una proteína incompleta. La adición
o la supresión de bases altera el marco de lectura, por
lo que se leen codones diferentes. Esto puede resultar
en una secuencia anoflnal de aminoácidos o en una
proteína incompleta, si se crea un codón de detención.
Una variedad de compuestos, incluyendo algunos
antibióticos, inhiben la síntesis de proteínas mediante
la alteración de uno o más de los pasos descritos pre-
viamente. I
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and transcriptional regulation. Trends Biochem Sci
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586. 41
Regulación de la expresión génica
DarylK. Granner, MD
!NTRoDUcclór.l
Los organismos se adaptan a los cambios ambientales
mediante la alteración de la expresión génica; este pro-
cqso se ha estudiado en detalle en bacterias y virus, y
por lo general involucra la interacción de proteínas de
unión específicas con varias regiones del DNA, en la
vecindad inmediata del sitio de inicio de la transcrip-
ción. Esto puede tener un efecto positivo o negativo
sobre la transcripción. Las células eucariotas usan este
paradigma básico, pero también emplean otros meca-
nismos para regular la transcripción. También se usan
para el control de la expresión génica procesos como
el de potenciación o represión, expresión tejido-espe-
cífica, regulación por medio de hormonas, metales
pesados y agentes químicos, amplificación genélica,
reordenamiento genético, modifi caciones posteriores
a la haducción y estabilización del RNA.
IMPORTANGIA BIOMÉDICA
Muchos de los mecanismos que controlan la expre-
sión de los genes se usan para responder a las hormonas
y a los agentes terapéuticos. El conocimiento de estos
procesos puede eonducir al desarrollo de agentes que
alteren los mecanismos fisiopatológicos, inhiban la
función o suspendan el crecimiento de organismos
patógenos.
LA EXPRESIÓN REGULADA
DE LOS GENES SE REQU¡ERE
PARA EL DESARROLLO,
DIFERENCIAG¡ÓN Y ADAPTACIÓN
La información genética presente en cada célula
somática de un organismo metazoario es prácticamente
idéntica. Las excepciones se encuentran en aquellas
células cuyos genes están amplificados o reordenados
pararealizar fixrciones celulares especializadas. La ex-
presión de la información genética debe estarregulada
durante la ontogenia y diferenciación del organismo y
de sus componentes celularés. Además, para que el
organismo se adapte a su medio ambiente y conserve
la energía y los nukimentos, la expresión de la infor-
mación genética debe estar influidapor señales extrín-
secas y sólo responder cuando sea necesario. Conforme
evolucionan los organismos, han aparecido mecanis-
mos reguladores más sofisticados para proporcionar
al organismo y a sus células la responsividad necesa
ria para sobrevivir en su ambiente complejo. Las
células de mamíferos poseen cerca de I 000 veces más
infórmación genética que la bacteria Es cherichia coli.
Es probable que mucha de esta información genética
adicional esté involucrada en la regulación de la ex-
presión genética durante la diferenciación de los tejidos
y de los procesos biológicos en el organismo multice-
lular, y en asegurár que el organismo pueda responder
a los coryp§os retos ambientales.
En'términos sencillos, sólo existen dos tipos de
regulación genética; regulación positiva y regulación
negativa (cuadro 4l-l). Cuando la éxpresión de la
información genética se incrementa en forma cuanti-
tativa por la presencia de un elemento regulador
específico, se dice que es una regulación positiva; en
tanto que, cuando la expresión de laregulación genética
está disminuida por la presencia de un elemento regu-
lador específico, se dice que la regulación es nega-
tiva. El elemento o molécula que media la regulación
negativa se conoce como un regulador negativo o re-
presor, mientras que en la regulación positiva es un
regulador positivo o activador. Sin embargo, un do-
ble negativo tiene el efecto de actuar como positivo.
De esta manera, un efector que inhibe la función de un
regulador negativo, parecerá que conlleva una reglrla-
ción positiva. Muchos sistemas reguladores que
535

587. Aumentada
536 . Bioquímico de Httrper
Cuadro 41-1. Efectos
y negativa sobre
Regulador presente i Disminuida
Regulador ausente Aumentada Disminuida
parecen ser inducidos están, de hecho, desreprimidos
a nivel molecular. (Véase capítulo 1 para la explica-
ción de estos ténlinos.)
Estas tres respuestas se muestran en fbrma diagran,á-
tica en la figLrra ,{l-l como la tasa de expresión
genética en la respuesta temporal a una señal inductora.
Una respuesta tipo A se caracteriza por un au-
mento de la tasa de expresión génica que depende de
la presencia continua de 1a señal de inductora. Cuan-
do se remueve la señal inductora, la tasa de expresión
génica disminuye hasta niveles basales. pero allmenta
de manera repetida por la reaparición de la señal espe-
cífica. Este tipo de respuestas, por 1o regular se observan
en los procariotas, en respuesta a un cambio repentino
de la concentración intacelular de un nutriente. También
se obserl,a en rnuchos organismos superiores después
de la exposición a inductores tales como hormonas.
nutrientes o lactores de crecimiento (capítulo 44).
En una respuesta tipo B se observa una eler,ada
tasa de expresión génica que es ternporal, aun con 1a
presencia continua de la señal regr,rladora. Después de
que ha hnalizado esta señal y se ha permitido la recu-
peración de 1a célula. se observa una segr-rnda respuesta
temporal a una señal reguladora subsecuente. Este fe-
n(rmeno de respuesta-desensibilización-recuperación
caracteriza a la acción de muchos agentes famacoló-
gicos. pero también ocllrre en l¡uchos de los procesos
que se presentan de manera natural. Por lo común. este
tipo de respuesta se presenta durante el desarrollo de un
organismo cuando sólo se requiere la aparición tempo-
ral de un producto genético específico, aunque persista
1a señal.
EI patrón de respuesta tipo C se observa en pre-
sencia de la señal reguladora, oolro una tasa elevada
de expresión génica qr-re persiste de manera indeflnida.
ann después cle la temrinación de la señal. Esta señal
actira como un disparador en este patrón. Una vez que
(Capítulo 1i
Tipo A
Señal lrw¡vmn4
Tipo B
Recuperación
Seña! hAJvwvuv\^J\¡úwvw
Tipo C
+'
Tiernpo
-..-...---..-.-->
Tiempo
Sۖal l^
^4
Figura 41-1. Representación diagramáiica de las respues-
tas de la tasa de expresión de un gen a señales reguladoras
específicas, como una hoqmona.
se inicia la expresión del gen en la célula, no puede
terminarse aun en las células hijas, por tanto, ésta es
una alteración irreversible y hereditaria. Este tipo de
respuesta se presenta de fotma típica durante el desa-
ro1lo de la función diferenciada en un tejido u órgano.
Los procariotas proporc¡onan modelos
para el estud¡o de la expresión genética
en las células de mamíferos
El análisis sofisticado de la regulación de la expresión
genética en las células procariotas, contribuyó a est r-
blecer el principio de que la información fluye desde
un gen a un RNA mensajero, a una molécula específi-
ca de proteína. Estos estudios se vieron apoyados por
de la regulación positiva
la expresión génica
(d
o
F
.o
C
0)
C
:9
o
o
o
(ü
d
F
d
.9
.o
c
o
c
'6)
o
o
o
o
o
(ü
6
F
6
o
.F
.o
C
o
C
.o
,G,
o
o
o
o
§
(ú
6
Tasa de expresión génica
Regulación
negativa
Hegulacién
positiva
J}E-BESTS.IA"SJE
M P O RAL
A UNA SENAL REGULADORA
MUESTRAN TRES

588. Reguloción cle lct expresión génica .
537
los análisis genéticos avanzados que poclían llevarse a
cabo en organislxos procariotas y eucariotas inferiores.
En años recientes, los principios establecidos en estos
estudios iniciales, acoplados con una variedad de téc-
nicas de biología molecular, han conducido a progresos
impofiantes en el análisis de la regr-rlaciór-r genética en
los organismos e¡;cariotas superiores, incluyendo a los
mamífleros. En este capítulo, Ia illfornlación inicial se
centrará en los sistemas procariotas. Los sorpren<ierfes
estuclios genéticos no se describirán.. pero se u.rcucio_
nará la fisiología de la expresión génica. Sin embargo.
casi todas las conclusiones acerca de esta fisiologia
han derivado de estudios genéticos.
Antes de que se explique la fisiología de la expresión
genética, se deben definir algunos términos génicos y
reguladores especializados para los sistemas proca-
riotas. En estos organismos, los genes involucrados
en una vía metabólica con frecuencia se presentan en
un areglo iineal conocido como operón; por ejer"lplo,
el operón lac.Un operón puedé estar regulado por un
solo promotor o región reguladora. El cistrón es la
unidad más pequeña de expresión genética. Como se
describió en el capítulo 11, algunas enzimas y otras
moléculas de proteína están compuestas de dos o rnás
subunidades no idénticas. Así, el concepto de.,un gen,
una enzima" no necesariamente es válido. El cistrón
es la unidad genética que codifica para la estructuta
de la subunidad de una molécula de proteína, actua.l-
do como la unidad más pequeña de expresión genética.
De esta forma, la idea de un gen, una enzimr podría
ser más exacta como el concepto de un cistl ón, una
subunidad. Un RNA que codifica para má; de una
proteína, traducidas independientemente, se conoce
como un mRNA policistrónico. Por ejemplo, e l mRIr{A
policistrónico del operón lac, se traduce en tres pro-
teínas distintas (véase más adelante). Los oper.ones y los
mRNA policistrónicos son comunes en las bacterias,
pero no en los eucariotas.
Un gen inducible es aquel cuya expresión aumen-
ta en respuesta a un inductor o un activador, una señal
reguladora positiva específica. En términos generales,
los genes inducibles tienen tasas basales de transcrip-
ción relativamente bajas. Por el contrario, los genes con
tasa de transcripción elevada, por 1o general están su-
jetos a una regulación a la baja por parte de los re-
presores.
I-a expresión de algunos genes es constitutiva,
1o que significa que se expresan con una tasa razona-
blemente constante, y no se conoce que sean ob-jeto
de regulación. Con frecuencia se les llama genes
6,bá-
sicos".x Como resultado de una mutación, algunos
productos de genes inducibles se expresan de manera
constitutiva. Una mutación que resulte en la expre-
sión constitutiva de 1o que iniciahnente era un gen
regulado se conoce como una mutación constitutiva.
El análisis del metabolismo
de la lactosa de la E. colicondujo
a la hipótesis del operón
Jacob y Monod, en 1967, describieron su modelo del
operón en un artículo clásico. Su hipótesis se basó en
gran parte, en sus observaciones acerca de la regula_
ción del metabolismo de la lactosa por la bacteria
intestinal E coLi. Los mecanismos moleculares respon-
sables de la regulación de los genes involucrados en
el metabolismo de la lactosa, están ahora entre los
mejor conocido.s en cualquier organismo. La
B-galacto-
sidasa hidroliza al $-galactósido lactosa en galactosa
y glucosa (figura4l-2). El gen estructuralparalap-ga-
lactosidasa (.lacQ estáagrupado con los genes respon-
sables de la penetración de la galactosa al interior,de
la célula (lacY) y de la tiogalactósido transacetilasa
(lacA). Los genes estructurales para estas tres enzimas,
junto con el promotor /ac y el operador lac Qnaregión
reguladora), están flsicamente asociados para consti-.
tuir el operón luc, como se muestra en la figura 41-3.
Este arreglo genético de los genes estructurales y de sus
genes reguladores, permite la expresión coordinada
de las tres enzimas relacionadas con el metabolismo de
la lactosa. Cada uno de estos genes unidos se transcribe
a una molécula grande de mRNA que contiene múlti-
ples codones independientes de iniciación (AUG) y de
terminación (UAA) de la haducción para cada cistrón.
Así, cada proteína se traduce por separado y no se pro-
cesan a partir de una sola proteína precursora grande.
Este tipo de moléculademRNA seconoce como mRNA
policistrónico. Los mRNA policistrónicos se encuen-
tran principalmente en los organismos procariotas.
En la actualidad, es convencional considerar que
un gen incluye secuencias reguladoras, así como tam-
bién la región que codifica el transcrito primario.
Aunque existen muchas excepciones históricas, por 1o
general un gen se escribe con letras itálicas en minúscu-
la, y la proteína codificada, cuando se abrevia, se
*
N. del Etl. Los senes básicos (dcl inglós ioi.rse, kceping genel
son ac¡ucllos que te(rricari'rcnte sc exprosan cn toclas las céiulas.
dado c¡ue codifican para protcínas nccesarias para el fr-rnciuna_
nricnto cclular básico (Dorlanci's lllustrated l\4cdical Dictionarv.
18 ci1. FlU,\: W. B. Saunclers Companl,; 1997). De otril m.,rera
se definen conto aquellos get')es que sur exprcsados (o con poten_
cial de ser cxpresados) en todas l¿rs células, cll teoria. en cualcluier
uromento; además constituven los gencs que codifican a ias prri-
ternas ini,olucraclas en funciones cclulares básicas. por ejemplo,
gluccilisis y cquilibrio dc elect¡óiitos (Segcn JC. Cumc.nt l\letl
'l'a.lk.
I ecl. Neu,Yt¡r'k: Applcton & t_ange: 1995).

589. 538 . Bioquímica de Harper (Capítilo 1l t
Enlace p-glucosídico
escribe con letras romanas, la primera letra con ma-
yúscula. Por ejemplo, el gen lacl codiftca paru la-
proteínarepresoraLacl. Cuando se coloca alaE. coli
en presencia de lactosa o algunos análogos específi-
cos de la lactosa, la expresión de la actividad de la
p-galactosidasa, la galactósido permeasa y la
tiogalactosidotransacetilasa, se incrementade 10 a 100
veces. Esta es una respuesta de tipo A, como se mues-
tra en la f,rgura 41-1. lJna vez removida la señal, es
decir, el inductor, declina la tasa de síntesis de las tres
enzimas. Debido a que no existe en las bacterias una
degradación significativa de estas enzimas, la concen-
fración de la
B-galactosidasa,
así como de las otras
dos enzimas se mantendrá igual a menos que se dilu-
yan por división celular.
Cuando se pone la E. coli en contacto con la
lactosa y la glucosa como fuentes de carbono, los or-
ganismos metabolizan primero a la glucosa y después
suspenden el crecimiento de manera temporal, hasta
que los genes del operón /ac se inducen para generar
la capacidad de metabolizar la lactosa como fuente de
energía utilizable. Aunque la lactosa está presente des-
de el inicio de la fase de crecimiento bacteriano, la
célula no induce a las enzimas necesarias para el ca-
tabolismo de la lactosa, hasta que se ha agotado la
glucosa. Inicialmente, se pensó que este fenómeno era
atribuible a la represión del operón lac por algunos
catabolitos de la glucosa, por tanto, se le llamó repre-
HrO
cH2oH
T/-"',1""
N!/
Hol lH
HHO
Glucosa
FcALAcrcsroAsAl
Lactosa
HHO
Galactosa
Figura 41-2. Hidrólisis de la lactosa a galactosa y glucosa por la enzima p-galactosidasa.
sión por catabolitos. En la actualidad se sabe que 1a
"represión por catao-olitos" está, de hecho, mediada por
una proteína activadora del gen de catabolitos (CAP.
del inglés caÍabolife gene actívator protein) junto con
el cAMP (figura 20-5). Esta proteína también se co-
noce como proteína reguladora del cAMP o CRP. La
expresión de muchos sistemas enzimáticos inducibles
u operones enla E. coli y en otros procariotas, es sen-
sible a la represión por catabolitos, como se discutirá
más adelante.
La fisiología de la inducción del operón /ac es bien
conocida a nivel molecular (figura 41-4). La expre-
sión del genlacl normal del operón /ac es constitutiva; se
expresa a una tasa constante, resultando en la formación
de las subunidades del represor/ac. Cuatro subunidades
idénticas con pesos moleculares de 38 000 se ensam-
blan en una molécula represora lac.La molécula de
proteína de represor LacI, que es el producto de lacl.
tiene una alta afinidad (K¿ cercana a 10-13 mol/L) para
el locus operador. El locus operador es una región
del DNA de doble cadena de 27 pares de bases de
largo, con una doble simetría rotacional (indicada por
las líneas continuas cerca de los ejes punteados) en
una región que tiene 21 pares de bases de lorrgitud.
como se muestra a continuación:
5'-AAT TGTGACC i OATENCAATT
3'-TTAACACTCG C CTATTGTTAA
E,l tamaño mínimo efectivo de un operador para 1'l
unión con el represor LacI es de I 7 pares de bases (le-
tras en negritas en la secuencia anterior). En cualquiei
momento, sólo dos subunidades del represor parece:-
unirse al operador, y dentro de la región de 17 pare.
de bases, por lo tnenos una base de cada par esl;
involucrada en el reconocimiento y unión con el Lacl
La unión ocurre principalmente en el surco ma)'oI
sin interrumpir la estructura de doble hélice con 1:-.
bases apareadas del DNA del operador. EI /oors ope-
rador se encuentra entre el sitio promotor, en el q...
OPerón lac
Figura 41-3. Las relaciones de posición de los genes es-
tructural y regulador del operón lac. El lacZ codifica para la
p-galactosidasa, el lacY codifica para la permeasa, y el lacA
codifica para una tiogalactosidasa transacetilasa. El lacl co'
difica para la proteína represora del operón /ac.
Sitio Operador
I
I
l
t
h
r

590. Regulación de la expresión génica ,
539
Operador
Represor
(tetrámero)
I
/lnductores
Geñ lacz
El RNA polimerasa
no puede transcribir
los genes del operador
o los genes (Z,YA) dislales
Gen lacY Gen lacA
€6@fr,",,"1x:
l'
¿
I
t
Subun¡dades a a
del represor ¡ ¡*3t

BNI
nolrmera sas transcribiendo genes
:: lI lt
la RNA polimerasa dependiente de DNA se une para
iniciar la transcripción, y el sitio de iniciación de la
transcripción del gen lacZ, el gen estructural de la
B-
galactosidasa (figura 4l-3). Cuando se une a1 locus
operador, la molécula del represor LacI impide la trans-
cripción del locus operador, así como de los genes
estructurales distales, lacZ, lacY y lacA. De esta fbr-
ma, la molécula del represor LacI es un regulador
negativo; en su presencia (y en ausencia del inductor;
véase más adelante), se impide la expresión de los
genes lacZ, lacYy lacA. Por lo general existen de 20 a
40 moléculas tetraméricas del represor y un /oczrs ope-
rador en cada célula.
Un análogo de la lactosa que es capaz de inducir
al operón lac, en tanto que nc .'s sustrato para la
B-ga-
lactosidasa, es un ejernplo de un inductor gratuito.
Un ejemplo es el isopropiltiogalactósido (IPTG). La
adición de lactosa o de un incluctor gratuito, tal como
Proteína de Proteína Proteína
B-galactosldasa
permeasa transacetilasa
IPTG a bacterias en crecimiento. con una fuente de
carbono pobre (como succinato). resulta en la rápida
inducción de las enzimas dei operón /ac. Pequeñas
cantidades del inductor graruito o de lactosa son ca-
paces de entrar en la célula, aun en ausencia de la
permeasa. Las moléculas del represor LacI, tanto las
que están unidas al /ocas operador, así como las libres
en el citosol, tienen una alta afinidad por el inductor.
La unión del inductor con una molécula represora unida
al locus operador, induce un cambio confonlacional
en la estructura del represor y causa su disociación del
DNA, debido a que su afinidad por el operador es ahora
l0r veces más baja (Ko cerca de 10
e
mo1/L) que la del
Lacl en ausencia de TPTG. Si la RNA polimerasa de-
pendiente de DNA ya se ha unido a la cadena codifica-
dora en el sitio promotor, comenzará la transcripción.
La polimerasa genera un mRNA policistrónico, cuya
terminal 5' es complementaria de la cadena molde del
CAP-cAMP
Figura 41-4. El mecanismo de represión y desrepresión del operón /ac. Cuando no está presente un inductor (A), los
productos del gen lacl que son sintetizados de manera constitutiva forman una molécula represora, la cual se une al locus
operador para impedir la unión de la RNA polimerasa en el locus promotor, y de esta manera impide la transcripción subse-
cuente de los genes estructurales lacZ, lacY y lacA. Cuando está presente el inductor (B), el gen /acl expresado de manera
const¡tutiva, forma moléculas de represor que son inactivadas por el inductor y no pueden unirse al locus del operador. En
presencia de oAMP y su proteína de unión (CAP), la RNA polimerasa puede transcribir los genes estructurales lacZ, lacYy
lacA, y la molécula de mRNA pol¡cistrón¡co formada, puede ser traducida en las moléculas de proteína conespondientes de
p-galactosidasa, permeasa y transacetilasa, permitiendo el catabolismo de la lactosa.
I
a
o(

591. 540 . Bioc1ttímico de Harper (Capítulo 411
operador. De esla manera, un inductor deprime al ope-
rón lsc y penlite la transcripción de los genes estruc-
turales de Ia p-galactosidasa, la galactosidasa peffleasa
y la tiogalactósido transacetilasa. La traciucción del
mRNA poiicistrónico puede ocurir aun antes de qi-Le
la traducción se complete. La desrepresión del operórt
1ac permite a la célula sintetizar la energía necesaria
para catabolizar la lactosa co[1o una fuente de ener-
gía. Con base en 1a fisiología descrita, la expresión
inducida por el IPTG de los plásmidos transl'ectados
que contienen al operadclr-promotor /ac ligado a r-rn
producto apropiado, generaclo por bioingeniería, se usa
comirnn.rente para expresar las proteínas recombinantes
de mamiferos enla E. c'oli.
Para que la RNA polin-rerasa se una al sitio pro-
motor, debe estar presente la proteína activadora del
gen de catabolitos (CAP o CRP), la que se une el
cAMP. Por medio de un mecanismo independiente, la
bacteria acumula cAMP sólo cuando es1á privada de
una fuente de carbono. En presencia de glucosa
-
o
de glicerol en concentraciones suficientes llara
su cre-
cilniento- la bacteria carecerá de suf iciente cAN{P
para unirse a Ia CAP, debido a que la gh-rcosa inhibe a
la adenilil ciclasa. que es la enzitla que conviefte e1
ATP en cAMP (capítulo 44). De esta forma, en pre-
sencia de glucosa o de glicerol, carece de CAP saturada
por cAMP, por lo que la RNA polimerasa dependien-
te cle DNA no puede iniciar la tr:anscripción del opercin
lac. E¡ presencia del cornplejo CAP-cAMB que se
une al DNA.justo coriente arriba del sitio promotor,
ocurre la flanscripción (figura4l
,1-). En estudios recien-
tes se sugiere que una región de la CAP hace contacto
con la subunidad c¿ de la RNA pcllimerasa y con ello
thcilita la unión de esta enzima al promotor. Así, el
regulador CIAP-cAMP está actuando corno Lln regu-
lador positir o. debido a que sc requiere srt prcsencia
para la expresión génica. Por tanto, el operón lctc'es-
tá sujeto tanto a regr-rlación positiva como negativa. La
actir,idad máxima del operón /¿¡c r¡curre cuando los
niveles de glucosa están disminuidos (cAMP elevado
con activación de la CAP) y está presente la lactosa
(sc impide que la LacI se una con el opelador).
Cuando el gen locl se ha mutado de manera qtte
su prodr-rcto, el LacI, no es capaz de unirse con el ope-
l'ador dei DNA, el organismo mostrará una expresión
constitutiva del operón lac. Por el contrario, organis-
mos con r.rna mutación en el gen /ac que produce una
proteina Lacl que irnpide ia unión de un indr-rctor con
el represor. se rnantendrá reprimido aíln en presencia
de la nrolécula inductora. debido a que el inductor no
se puecie unir al represor en el 1ocu.s operador para
deprimir al operiin.
Las bacterias que portan mutaciones en el /o¿'¿¡,s
operador /ac. de manera que la secuencia del operaclor
no se urie a 1a molécula normal clel represor" expresan
de rnanera constitutiva los genes del operón 1ac.
El cambio ("switch") genét¡co
del bacteriófago fu proporciona
un parad¡gma para la interacción
proteína-DNA en las células eucariotas
Algunas bacterias albergan virus que pueden residir
en un estado latente dentro del cromosoma bacteriano,
o se pueden replicar denho de la bacteria y, finalmen-
te, conducen a la lisis y muerte de la bacteria huésped.
Algunas E. coli acumulan vitus "atemperados", como
el bacteriófago )". Cuando éste infecta wa E. coli, in-
yecta su genoma lineal de DNA de doble cadena de
45 000 pares de bases. al interior de la célula (figura
41-5). Dependiendo del estado nutricional de la célu-
\a, el DNA l" se integrará al genoma huésped (vía
lisogénica) y se mantendrá latente hasta ser activado
(véase más adelante), o bien iniciará la replicación
hasta alcanzar alrededor de 100 copias de virus com-
pletos empacados con proteína, punto en el cual, causa
la lisis de su huésped (vía lítica). Las partículas virales
recién generadas, pueden entonces infectar a otros
huéspedes susceptibles.
Cuando está integrado al genoma huésped en es-
tado latente, el lambda se mantendrá en este estado
hasta que se active por la exposición de su huésped
bacteriano lisogénico a agentes que producen daño a1
DNA. En respuesta a estos estímulos nocivos, el bac-
teriófago latente se vuelve "inducido" y comienza a
transcribir y posteriormente a traducir los genes de su
propio genoma que son necesarios para la escisión del
cromosoma huésped, la replicación del DNA y la sín-
tesis de su cubierta proteínica y enzimas líticas. Este
evento actúa como un disparador o respuesta tipo C
(f,rgura 41-1); es decir, una vez que el lambda ha 11e-
gado a la inducción, no hay retroceso hasta que la célula
se lisa y se libera el bacteriófago replicado. Este cambio
de estado latente o estado profago en una infección
lítica, es bien conocido a nivel genético y molecular.
y en este capítulo se describirá en detalle.
El evento de cambio en el lambda está centrado
alrededor de una región de 80 pares de bases en su
molécula de DNA de doble cadena, molécula conoci-
da como el "operador derecho" (O*) (figura 4l-6At.
El operador derecho está flanqueado a su izquierda
por el represor lambda (cI) y a su derecha por el gen
estructural para otra proteína reguladora llamada Cro.
Cuando el lambda está en el estado profago, es deci¡.
integrado en el genoma huésped, el gen represor e=
el único gen lambda expresado. Cuando el bacterio-
fago está pasando por el crecimiento lítico, ei gel
represor no se expresa, pero el agenfe cro, así como
otros genes de lambda, sí se expresan. Es decir, cuan-
do el gen represor está encendido, el gen cro est:Á
apagiado, y cuando elgen cro está encendido, el gen
represor está apagado. Como se puede obsen'ar. e:-

592. Figura 41-5. La infección de la bacteria E coll por el fago
lambda comienza cuando una partÍcula viral se une a la
célula de la bacteria (1) e inyecta su DNA (líneas
discontinuas) en la célula (2,3). La infección puede tomar
dos cursos dependiendo de cuál de los dos conjuntos de
genes virales esté encendido. En la vía lisogénica, el DNA
viral se integra al cromosoma bacteriano (4,5), en donde se
replica de manera pasiva conforme la célula bacteriana se
divide. El virus latente se conoce como profago y la célula
que lo aloja se llama lisógena. En la forma lítica alternativa
de infección, el DNA viral se replica por sí mismo (6) y dirige
la síntesis de las proteínas virales (7). Se forman cerca de
100 nuevas partículas virales. La proliferación de los virus lisa,
o explota la célula (8). Un profago puede ser "inducido,, por
un agente tal como la radiación ultravioleta (9). El agente
inductor actúa como un apagador, por lo que un conjunto
diferente de genes es encend¡do. El DNA viral forma un asa
fuera del cromosoma (10) y se replica; los v¡rus proceden a
lo largo de la vía lít¡ca. (Reproducida con permiso de Ptashne
M, Johnson AD, Pabo CO: A genetic switch in a bacterial
vlrus. Sci Am [Nov] 1982;247: 128.)
tos dos genes regulan entre sí su expresión y, final-
mente, la decisión entre el crecimiento lítico y el
lisogénico del lambda. Esta decisién entre Ia trans-
cripción del gen represor y la transcripción del gen
cro) es un ejemplo de un
66switch"
molecular.
Regulación de la expre.sión génic:a .
511
l-a región del operadu'se puede subdividir en tres
sitios discretos, cada uno consistente en I 7 pares de
bases de secuencias sin-rilares, pero no idénticas de
DNA, unidas entre sí (figura 4l 68). Cada una de es-
tas tres subregiones, ORl, OR2 y O0.3, se puede unir
tanto al represor como a proteinas Cro. principalrnen-
te mediante contactos en el surco mayor, entre el
represor y la doble hélice de DNA. La región del DNA
entre los genes o? y represor, también tiene dos se-
cuencias promotoras que dirigen la uniór'r de Ia RNA
polimerasa, en una orientación especificada al sitio de
inicio de la transcripción de los genes advacentes. Un
pronrotor dirige a la RNA polimerasa para transcribir
en la dirección derecha y, por tanto. transcribir los
genes ¿r? y otros genes distales, mientras que otro pro-
motor dirige 1a transcripción del gen represor en la
dirección izquierda (figura 4l 6B).
E1 producto del gen represor. 1a proteína
represora de 236 arninoácidos y 27 kDa. erisre como
una molécula de dos dominios. en la cual el dominio
amino terminal se une con el DNA del operador v
el dominio carbt¡xilo terminal promueve la asocia-
ción de una proteína represora con otÍa para fbmrar
un dínrero. Un dímero de moléculas represoras. se une
con el DNA operador de manera muci.ro más estre-
cha de 1o que lo hace la fbrma monomérica (figrrla
41 7Aa4l 7C).
El producto de1 gen cro. [a proteína Cro de 66
aminoácidos y de 9 kDa, tiene un solo dontinio. pero
también une al DNA operador de manera más firrne
como dímero (figura 41-1D). Obviamente. el Íurico
dominio de la proteína Cro media tanto la unión con
el operador como la dimerización.
En una bacteria lisogénica, es decir. lura bacreria
que contiene un profago 7", el clímero represor ), se une
de manera preferente al Oul, pero por nledio de Lrna
interacción cooperativa, potencia la Lrnión (pol Lin 1),^-
tor de 10) de otro díl'nero represor con eJ Orl (figula
4l tt). La aflnidad del represol por el O*-i es la menor
de las tres subregiones del operador. La uriión del
represor con el Ooi tiene dos et-ectos princirales. La
ocupación clel O*1 por el lepresot blor¡uea la unión
del RNA polimerasa al promotor derecho.
1, de esta
manera. previene lzr cxpt'esión de c¡2. Posteriormente.
como ya se r¡encionó. el dímero represor unido a1 O* I
potencia la r-rnión de1 dírrero r:epresor al O,r2. La unión
del represor al Ou2 presenta un itlportante ef'ecto adi-
cional, el de potenciar la unión det RNA polimerasa
al promotor izquicrdo, que se superpone con el O,.2.
y con elio se potencia 1a transcripción y la subsecuen-
te expresión del gen represor. Esta potenciación de Ia
transcripción está aparentemente ntediada po.
interacciones proteína-proteína directas entre ia RNA
polimerasa unida al promotor y ei represor ilnido a
O¡2. De esta manera, el represor r" es tanto un regula-
dor negativo. por impedir la transcripción de c¡2.
,q
Vía
lisogénica
/
4
--------
/\
t-
-t
( ) l
\-7
O
ql
a
I
,,G
Vía
lítica
\
6r
Radiación
ultrav¡olela lnducción
'"tr*r"
"2. /
u_L^,,
r-%-t@-'&
\--=-lP

593. 542 . Bioquítnica de Harper
(Capítulo 4l)
Gen para el represor (cl)
ffi
Gen para la Cro
A
_ tp;t
_
RNA del, represor
-
_
Promotor cro
Figura 414. El operador derecho (Op) se muestra con detalle en esta serie de dibujos. El operador es una región del DNA
viral de cerca de Bo pares;; b;.4 G longitud (a). A su izluierda.se encuentra el gen de.codificación del represor lambda
(cl); a su derecha, el gen (cro) que codifica para la prot,eíná iegutadora Cro. Cuando la región del operador (B) se amplifica'
ñ,"d" r;Á; G"é qrá ¡n.'iivá üás iroi"ó¡ohá.' oR1, oR2 y oj3, cada una de ellas con 17 pares de bases de lonsitud' Estos
son sitios de reconocimientá a los cualei tanto et repiesór como la Cro se pueden unir. Los sitios de reconocimiento se
sobreponen con dos promotóres
-secuencias
de basbs a las que se une la enzima RNA polimerasa para transcribir un gen
a mRNA (tíneas gruesasl, ór" .á tr"-o-r." á piot"in". eiiitlo o"l'se amplifica (c) para mostrar su secuencia de bases' Nótese
que en esta región del
"r.iró.or"
l, ambás cadenas oet oÑR actúan como'un molde para la transcripción (capítulo 39)'
(Reproducida con permiso'dá pt"in"á, M, Johnson Ró,
paoo Co: A genetic switch in a bacterial virus. Sci Am [Nov] 1982;
247:'128.)
como un regulador positivo, por aumentar la trans-
cripción de su propio gen, el gen represor. Este efecto
duit ¿el represor es el responsable del estado estable
del bacteriófago )'. latente; no sólo el represor impide
la expresión de los genes necesarios parala lisis, sino
que también promueve su propia expresión para esta-
bilizar este estado de diferenciación. En el caso de que
la concentración de la proteína represora fuera muy
alta, el represor se puede unir al Op3 y de esta manera,
disminuir la transcripción del gen represor del promo-
tor izquierdo, hasta que la concentración del represor
disminuya y éste se disocie del Or3.
Cuando una señal de daño en el DNA, como la luz
ultravioleta, choca con la bacteria huésped lisogénica,
se generan fragmentos del DNA de una sola cadena,
quá activan a una proteasa específica codificada por
ún gen bacteriano conocida como recA (figura 41-8)'
La-proteasa recA activada, hidroliza la porción de la
proieína represora que se conecta con los dominios
ámino y carboxilo terminales de esa molécula. Esta
Figura 41-7. Estructuras moleculares esquemáticas de cl (represor lambda.mostrado en A, B y C) y Cro' La proteína de
represor lambda
".
,n"
""0"ñá
óói¡peptioica
oe zeo áminoácidos de largo. La cadena se dobla en forma de pesa con dc-'
subestructuras: un dominio amino terminal (NH.) y un áá*¡"¡o carboxilo teiminal (COOH). Los dos dominjos.están unidos pc'
una región de la cadena qré
"..r.""ptible
deóorte pói proteasas lindicado
por ias dos flechas en A)' Moléculas simples c:
iepreiér tmonomeros)
tienáen
"
a.oii"r." para formariimeros (É); un dímero puede disociarse.para formar nuevamenl;
monómeros. un dimero ," ,áni¡"ná unido,'principatmánie por contácto entre los dominios del carboxilo terminal (sombrr a'
do). Los dímeros det represáü rn"n á (y'óueoen o¡sóciárle de) los sitios de.reconocimiento en la región del operador: s-
,ávoiár¡nioáo es por el .it¡ó ó"1 tCl Es"el'dominio amino termiñal de la molécula de represor el que hace contacto ccn ;
óñíitr".uiááoo).' r_" cro ió11ünliún ioto dominio con sitios que promueven la dimerización y otros sit¡os que promue'' E-
ta unión de tos dÍmeros 66¡1.;í ;;;á¡;r, áe preteren"á er o-s. (nefroducida con permiso de Ptashne M, Johnson AD Pa:':
óó, Á gán"ti" switch in a bacteiial virus. Sci Am [Nov] 1982',247: 128')
Promotor del rePresor
Aminoácidos
132 a236
Aminoácidos
1 a92
Cro

594. Regulación de la expresión génica .
543
Prolago
os3 on2 oa1
Promotor cro
lnducción (1)
on1
Promotor c¡o
lnducc¡ón (2)
onl
RNA polimerasa
Crec¡m¡ento lít¡co inicial
Promotor del Represor Promotor c/a
Promoior del Represor Promotor cro
Figura 41-8. Se muestra la configuración del interruptor en los cuatro estadios del ciclo de vida del lambda. La vía lisogénica
(en la cual el virus se mantiene latente como un profago) se selecciona cuando un dímero represor se une con O¡1 , haciendo
probable, por tanto, que la OR2 interactúe de manera inmediata con otro dímero. En el profago (parte super¡or), los dímeros
de represor unidos a Or1 y O"2 impiden que la RNA polimerasa se una al promotor derecho, y asÍbloquean la síntesis de Cro
(control negativo). Los represores también aumentan la unión de la polimerasa con el promotor izquierdo (control positivo), lo
que resulta en que el gen represor se transcribe al RNA (lÍneas onduladas) y se sintetiza más represor, manteniendo el estado
lisogénico. El profago se induce cuando la radiación ultravloleta activa a la proteasa recA, la cual separa a los monómeros de
los sitios del represor. Por tanto, se rompe el equilibrio de los monómeros libres, dímeros libres y dímeros unidos, y los
dímeros abandonan los sitios del operador. La polimerasa ya no se une al promotor izquierdo, por lo que el represor ya no se
sintetiza. Conforme la inducción sigue su curso, todos los sitios del operador quedan vacantes y de esta forma la polimerasa
puede unirse con el promotor derecho y se sintetiza la Cro. Durante el inicio del crecimiento lítico, un solo dímero de Cro se
une al O*3, que es el sitio por el cual tiene la mayor afinidad. Ahora la polimerasa no se puede unir con €l prómotor izquierdo,
pero el promotor derecho se mantiene accesible. La polimerasa continúa uniéndose al m¡smo, transcribiendo a cro y a otros
genes líticos iniciales. Se asegura el crecimiento lítico. (Reproducida con permlso de Ptashne M, Johnson AD, Pabo CO: A
genetic switch in a bacterial virus. Sci Am [Nov] 1982;247'.128.)
Promotdrdel Reoresor L
ooSx
on3 on2
recA I
i
l ;
p..,*t ,del R"ü,
+*f O-
t:,
tllll
ÉÉttt
Fadiación ultravidleta
on3 on2
on3 on2

595. 544 . Bioquímica de Harper
separación de los dominios represores genera la diso-
ciación de los dímeros represores, lo que a su vez
ocasiona la disociación de las moléculas represoras
del On2 y, finalmente, del Onl. Los efectos de la re-
moción del represor del O*1 y O¡2 son predecibles.
LaRNA polimerasa tiene acceso inmediato al promo-
tor derecho y se inicia la transcripción del gen cro, y
el efecto potenciador del represor en O¡2 sobre la ffans-
cripción hacia el lado izquierdo se pierde (figura 4i-8).
La
-rroteína
Cro también se une a la región del
operador como un dímero, pero el orden de preferencia
es opuesto al del represor (figura 41-8), Esto es, Cro
se une más firmemente con Op3, pero no existe un
efecto cooperativo de la Cro en el O¡3 sobre la unión
de la Cro al O¡2. Habiendo concentraciones crecientes
de Cro, la proteína se unirá a O¡2 y finalmente, a O¡ 1 .
La ocupación de On3 por la Cro, apaga de manera
inmediata la transcripción del promotor izquierdo, y
de esta forma impide cualquier exprcsión posterior del
gen represor. Así, se lleva a cabo de manera completa
el cambio ("switch"): el gen cro ahora se expresa y el
gen represor está completamente apagado. Este even-
to es irreversible y la expresión de otros genes l, se
inicia como parte del ciclo lítico. Cuando la concentra-
ción del represor Cro se torna discretamente elevada,
ocupará finalmente el On1, y de esta forma reduce la
expresión de su propio gen; éste es un proceso nece-
sario para los estadios finales del ciclo lítico.
Las estructuras tridimensionales de la Cro y de la
proteína represora l, se han determinado por cristalo-
grafía de rayos X, y los modelos para su unión, y para
que se efectúen los eventos moleculares y genéticos
descritos, ya se han propuesto y probado. Ambas se
unen al DNA por un mecanismo de hélice-giro-hélice
(véase más adelante). En la actualidad, este sistema
proporciona la mejor comprensión de los eventos
moleculares involucrados en la regulación genética.
El análisis detallado del represor l. condujo al im-
portante concepto de que las proteínas reguladoras de
la transcripción tienen múltiples dominios funcionales.
Por ejemplo, el represor l, se une al DNA con una alta
afinidad. Los monómeros del represor forman dímeros,
los cuales interactúan unos con otros, y el represor
interactúa con la RNA polimerasa. La interfase pro-
teína . DNA y las tres interfases proteínas . proteína,
todas involucran dominios separados y distintos de la
molécula represora. Como se observará más adelante
(figura 4L-17), ésta es una característica compartida
por muchas de las moléculas (quizás todas) que regu-
lan la transcripción.
GENICA DE LOS EUCARIOTA§
Mucho del DNA de las células procariotas está orga-
rizad.o en genes y los moldes siempre pueden ser
(Cupirt,
transcritos. Una situación muy diferente existe e:r .
células de mamíferos, en las cuales relativamente l.
del DNA total está organizado en genes y sus re_er. .
reguladoras asociadas. La función del DNA er.: :;
desconoce (razón de la importancia de la secuencrac
-
completa del genoma humano). Además, collto Se c;:
cribió en el capítulo 38, el DNA en las cé1u_,,
eucariotas está extensamente dobiado y empacadc ;-
el complejo proteína . DNA llamado cromatina. L,,
histonas constituyen una parte importante de este cr.::
plejo, debido a que fomran las estructuras coltocrü-:
como nucleosomas (capítulo 38).
La estructura de la cromatina proporciona un n1\;
adicional de control de la transcripción génica. Cont
se mencionó en el capítulo 38, grandes regiones j.
cromatina son transcripcionalmente inactivas, en tat:-
to que otras son activas opotencialmente activas. Sah ,
algunas excepciones, cada célula contiene el misnr.-
complemento de genes (las células productoras o;
anticuerpos son una excepción notable). El desaroll.
de órganos especializados, tejidos y células, y su fun-
ción en el organisrno intacto, dependen de la expresi..:
di[erencial dc los genes.
Una parte de esta expresión dif-erencial se alcanz.
por tener diferentes regiones de cromatina disponibles
para la transcripción en las células de los diferentes te-
jidos. Por ejemplo, el DNA que contiene e1 grupo de
genes de la $-globina está en la cromatina "activa"
en el reticulocito, pero en las células musculares se
encuentra en la cromatina inactiva. Aúrn no se hai-,
identificado todos ios factores involucrados en la de-
terminación de la cromatina activa. La presencia de
nucleosomas y de complejos de histonas y de DN.{
(véase capítulo 38) proporciona con cefieza, una ba-
rrera contra la libre asociación de los factores de
transcripción con regiones específicas de DNA. La di-
námica de la fon¡ación y alteración de la estructura
del nucleosoma es, por tanto, una parte imporlante de
la regulación génica de eucarioras.
La acetilación y desacetilacién de las histonas
es un determinante importante de la actividad génica.
E1 sorprendente descubrimiento de que la actividad
acetilasa de la histona está asociada con los TAF (ca-
pítulo 4l) y con los coactivadores involucrados en 1a
regulación homronal de la transcripción del gen (ca-
pítulo 44), ha proporcionado un concepto nuevo de
regulación génica. Se sabe que la acetilación se ller a
a cabo en los residuos de lisina de las colas aminoter-
minales de ias moléculas de histona. Esta modificación
reduce la carga positiva de las colas y disminuye la
afinidad de unión de la histona por el DNA cargado

596. Regttlacirin de la erpresión génica .
515
negativamente. De acuerdo con esto, la acetilación de
la histona podría resultar en la alteración de la estruc-
tura nuclesómica y facilitar, así, el acceso de los
factores de transcripción a los elementos reguladores
de DNA. Como se mencionó previamente (véase capí-
tulo 4l ), esto podría aumentar la unión de la maquinaria
basal de transcripción al promotor. La desacetilación
de la histona podría tener un efecto contrario. Dife-
rentes proteírlas con actividad específica de acetilasa
y desacetilasa, están asociadas con varios componen-
tes del aparato de transcripción. La especificidad de
estos procesos se investigan, al igual que diversos
mecanismos de acción. Algunos ejemplos específicos
se muestran en el capítulo 44.
Existe evidencia de que la metilación de los re-
siduos de desoxicitidina (en 1a secuencia 5'-,,CpG-3')
del DNA, puede efectuar grandes cambios en la
cromatina que evitan su transcripción activa, como se
describió en el capítulo 38. Por ejemplo, en el hígado
de ratón, sólo los genes ribosón.ricos no nTetilados se
pueden expresat y existe evidencia de que muchos
virus anil¡aies no se transcriben cuando su DN,A. está
metilado. Se ha asociado una desmetiiación aguda de
los residuos de desoxicitidina en una región específi-
ca clel gen de la tirosina aminotransferasa
-en
respuesta a las hormonas glucocorticoides- con una
elevada tasa de transcripción del gen. Sin embargo,
no es posible generalizar que el DNA metilado es
transcripcionalmente inactivo, qlle toda la cromatina
inactiva está metilada, o que el DNA activo no está
metilado.
Finalmente, la unión de factores de transcripción
específicos a elementos afines del DNA, podría resul-
tar en la alteración de la estructura del n¡-rcleosoma.
Muchos genes eucariotas tienen múltiples elementos
de unión a proteínas en el DNA. La unión seriada de
factores de transcripción a estos elementos, en una
modaiidad combinacional, podría tanto romper la es-
tructura del nucleosoma como impedir su nueva
formación.
El DNA eucariota que está en una región "activa"
de la cromatina se puede transcribir. Como en las cé-
lulas procariotas, Ln1 promotor indica dónde iniciará
la transcripción la polirnerasa del RNA, pero no se ha
definido que el promotor tenga las cajas en 35 y 10,
en particular en las células de mamíferos (capÍtulo 39).
Además, los fáctores de acción trans, por lo general
provienen de otros cromosomas (y de esta manera ac-
túan en fr.tns), en tanto que esta consideración es
discutible en el caso de una célula procariótica que
contiene un solo cromosoma. La complejidad aumen-
ta por los elementos o factores que potencian o
reprimen la transcripción, definen la expresión tejido-
específica, y modulan la acción de muchas moléculas
ef'ectoras.
Ciertos elementos del DNA potenc¡an
o repr¡men la transcripción
de los genes de eucariotas
Además de los cambios generales en la cromatina que
afectan Ia actividad transcripcional, ciertos elementos
del DNA facilitan o potencian la iniciación en el pro-
motor. Por ejemplo, en el virus 40 de los simios (SV40)
existe, cerca de 200 pb corriente arriba del promotor
de los genes tempranos, una región de dos conjuntos
idénticos de 72 pb de longitud, en secuencia, que pue-
de aumentar en gran medida la expresión de los genes
in vivo. Cada uno de estos elementos de 72 pb puede
subdividirse en una serie de elementos menores, por
tanto, algunos potenciadores tienen una estructura muy
compleja. Los elementos potenciadores difieren del
prornotor en dos formas notables: pueden ejercer su
influencia positiva sobre la transcripción, aun cuando
estén separados de un promotor por miles de pares de
bases, y funcionan orientados en cualquier dirección
y pueden funcionar corriente aniba (5') o cor:riente
abajo (3') del promotor. Los potenciadores son
inespecíficos; pueden estimular cualquier promotor en
1a vecindad y pueden actuar sobre más de un promo-
tor. El elemento potenciador del SV40 puede ejercer
cierta influencia, por ejemplo, sobre la transcripción
de la
B-globina, mediante el aumento de su transcrip-
ción 200 veces, en las células que contienen tanto el
potenciador como el gen de la
B-globina en el mismo
plásmido (véase más adelante y la figura 4l-9). El
elemento potenciador no produce un producto que a
suvez actia sobre el promotor, debido a que sólo es
activo cuando existe dentro de la misma molécula de
DNA (es decir, como czs) como un promotor. Las pro-
teínas que se unen al potenciador son responsables de
este efecto. Parece que los activadores de la transcrip-
ción funcionan mediante la facilitación de la unión de
la maquinaria de transcripción basal con el promotor.
Los elementos potenciadores y las proteínas de unión
asociadas, con frecuencia confieren hipersensibilidad
a la nucleasa, a aquellas regiones en las que residen
(capítulo 38). En el cuadro 4l-2 se presenta un resu-
men de las propiedades de los potenciadores.
También se han identificado los elementos de ac-
ctón cis que disminuyen o reprimen la expresión de
genes específicos. Só1o algunos de estos elementos se
han estudiado, por 1o que no es posible formular gene-
ralizaciones acerca de su mecanismo de acción.
La expresión tejido-específica
puede ser el resu¡tado de la acción
de potenciadores o represores
En la actualidad se reconoce que muchos de los genes
albergan elementos potenciadores o activadores en
diversas localizaciones respecto a sus regiones de co-
I

597. Elemento de respuesta Promotor Gen estructural
t
o --l cRE lcnr ) cAr I
t/tttt
I
pepcx
I
Figura 41-9. Explicación diagramática de la acción de los
aumentadores y de otros elementos reguladores c¡b de ac-
ción. Este modelo de genes quiméricos consiste en un gen
reportero (estructural) que codifica para una proteína, la cual
puede ser fácilmente identificada, un promotor que asegura
el inicio de la transcripción, y de los elementos reguladores
putativos. Los eiemplos A y B ilustran el hecho de que los
aumentadbres (p. ej., SV40) funcionan en cualquier orienta-
ción y sobre un promotor heterólogo. El ejemplo C ilustra
que el elemento regulador metalotioneína (mt) (el cual bajo
la influencia de cadmio o cinc, induce la transcripción del
gen mt endógeno y por tanto, de la proteína mt unida al
metal) funcionará a través del promotor de la timidina cinasa
(tk) para aumentar la transcripción del gen de la hormona
de crecimiento humana (hGH). Las construcciones genéticas
diseñadas, se introdujeron en el pronúcleo de embriones de
una sola célula de ratón macho, y los embriones se coloca-
ron en el útero de una madre sustituta para desarrollarlos
como animales transgénicos. Se han generado crías bajo
estas condiciones y en algunos, la adición de iones cinc al
agua de bebida, tiene un efecto que aumenta la hormona de
crecimiento hepática. En este caso, estos animales
transgénicos han respondido a los altos niveles de hormona
de crecimiento, volviéndose hasta dos veces más grandes
que sus compañeros de camada normales. El ejemplo D
¡lustra que un elemento de respuesta a los glucocorticoides
(GRE) funcionará a través de promotores homólogos (gen
PEPCK) o heterólogos, y que el promotor del gen PEPCK
también cont¡ene un elemento que funciona como un au-
mentador de nivel basal y como un elemento de respuesta
alcAMP (CRE).
dificación. Además de ser capaces de potenciar la rans-
cripción de los genes, algunos de estos elementos
potenciadores poseen claramente la capacidad para
realizarlo en forma tejido-específica. De esta manera,
el elemento potenciador asociado con los genes de las
inmunoglobulinas entre las regiones J y C, potencia la
expresión de aquellos genes preferentemente en las
células linfoides. Los elementos potenciadores asocia-
dos con los genes de las enzimas pancreáticas, son
capaces de potenciar genes incluso no relacionados
pero físicamente unidos, particularmente en las célu-
las pancreáticas de ratón, en las que se introdujeron
(Capítulct I
Cuadro 41-2. Resumen de las propiedades
de los potenciadores
. Furrcionan cuando se localizan a grandes distancias del
promotor
. Funcionan cuando están corr¡ente arriba o corriente abajo
del promotor
. Funcionan cuando se orientan en cualquier dirección
. Funcionan a través de promotores heterólogos
. Furrcionan por medio de la unión de una o más proteínas
. Funcionan por medio de la facilitación de la unión del
complejo basal de transcripción con el promotor
constructos génicos específicos (mediante bioingenre-
ría) por medios microquirugicos, en el estadio embrir¡-
nario de una sola célula. Este enfoque, que utiliza al
animal transgénico, ha sido de utilidad en el estudic,
de la expresión génica tejido-especíhca. Por ejemplo.
el DNA que contiene un potenciador tejido-especitr-
co en las células B pancreáticas (a partir del gen de ll
insulina), cuando está ligado en un vector al antígeno T
polioma grande, produce tumores de células B en io¡
ratones trar.rsgénicos. Los tumores no se desarrollaro:
en otros tejidos. Por tanto, la expresión de génica te,tr-
do-específica puede estar rnediada por potenciadore.
o por elementos similares a los potenciadores.
Mediante el ligado de las regiones de DNA sospecho-
sas de albergar secuencias reguladoras a varios genes
reporteros (el enfoque del gen quimérico o reporte-
ro) (figuras 4l-9 y 41-10) se puede determinar que
regiones en la vecindad de los genes estructurales tie-
nen influencia sobre su expresión. Fragmentos de DN.r"
que se piensa que albergan elementos reguladores se
ligan a un gen reportero adecuado y se introducen er
una célula huésped (figura 41-10). La expresión bas:.
del gen reportero se aumentará si el DNA contiene u:
potenciador. La adición de una hormona o un met¡,
pesado al medio de cultivo, aumentará la expresió,-
del gen reportero si el DNA contiene un elemento i.
respuesta hormonal o metálico (figura 41-10). La p:-
sición del elemento puede identificarse mediante e
uso de fragmentos progresivamente más cortos ;:
DNA, deleciones o mutaciones (figura 41-11).
La estrategia de uso de células transfectadas en
cultivo y animales transgénicos, ha conducido a ..
identificación de docenas de potenciadores, represorel
elementos tejido-específicos, así como elementos ::
respuesta a hormonas, metales pesados y fiírmacos. i ..
actividad de un gen en cualquier momento, refleja Ia -:.-
teracción de estos numerosos elementos del DN, ;.
acción en cis con sus respectivos factores de acción e:
trans.El reto consiste en descifrar cómo sucede es::
546 . Bioquímica de Harper
a
f'

598. Regulac:ión de la erpresión génic:a . 517
Áh
\,§#
s'[ffi-,--ls,
CAT
GEN REPORTEHOi
PBOMOTOR PEPCK
IMPULSANDO AL GEN CAT
I
I
TRANSFECCTON Capo¿
I DNA PRECIPITADO
+
/---l\
,/:?§a--)o
División y resembrado
-:--a//
Célutas U4ilE I
Control
¡
Hormonas
I
cosecne z+ HoRAS DESeuES,
J
ENSAYO PAFIA LA ACTIVIDAD
+
DE cAr
ldentificación de
los elementos de control
Figura 4l-10. El uso de genes reporteros para definir los
elementos reguladores del DNA. Un fragmeñto de DNA del
pjg['9tor del gen de la fosfoenolpiruvato carboxicinasa
(PEPCK) que se piensa que contiene uno o más elementos
reguladores se liga a un plásmido vector que contiene un
gen reportero adecuado, la enzima bacteriana cloranfenicol
transfera.sa (CAT). La CAT no está presente en las células
de mamíferos, por tanto, la detección de esta actividad en
un.extracto de células, significa que la célula fue transfectada
exrtosamente por el plásmido. Un aumento de la actividad
de la CAT por encima del nivel basal, por ejemplo, después
de la adición de una hormona glucocorticolde, signifi"u qr"
la región del DNA insertada, contiene un elemeñto de res-
puesta a la hormona glucocorticoide (GRE). Fragmentos de
DNA progresivamente más pequeños, regiones-con supre_
siones internas, o regiones con mutacioñes puntuales, se
pueden construir e insertar para localizar coñ precisión el
elemento de respuesta.
Las cornbinac¡ones de elementos
del DNA y de las proteínas
relac¡onñdas: propot e¡onan diversidad
en las respue§tas
Con frecuencia, los genes procariotas están regulados
en una forma de encendido-apagado, en respuesta a
las señales ambientales simpies. Algunos genes
eucariotas están regulados en forma de eniendidJ_apa_
gado simple, pero el proceso en muchos de ellos, en
especial en los mamíferos, es mucho más complejo.
Las señales que representan numerosos estímulos am_
bientales complejos pueden converger en un solo gen.
La respuesta del gen a estas señales puede tener varias
características f,siológicas. primero,
la respuesta pue_
le extenderse en un interyalo considerable. Esto se
CONSTRUCCIÓNDELGENREPORTERO
INDUCCIÓN
DE CAT
Hcrmona: A B C
++
oo
oo
oo
Promotor a prueba
a^*
sl-¡--vnoi'le
Gen reportero
<
-
+
+
+
+
+
o
5' --
- ---
-r--r------e=
-1000 -500 +1
Posrción del nucleótrdo
HRE HRE HREL*
Figura 41-11. Localización de fos elementos de respuesta
a la hormona (j-lRE) A, B y C usando el enfoque áe gen
reportero{ransfección. Un gen reportero, constiuido como
se describió en la figura 41-10, puede ser transfectado a
una célula receptora. Mediante el análisis de cuándo se pier_
den ciertas respuestas a las hormonas, en comparación
con la supresión 5', se pueden localizar los elemántos de
respuesta a una hormona específica.
logra mediante un balance entre respuestas positivas
aditivas y sinérgicas, y efectos negativos o."p."ro."r.
En algunos casos, la respuesta positiva, o bién la ne_
gativa puede ser dominante. También se requiere un
mecanismo por medio del cual un efector, có*o unu
hormona, pueda activar algunos genes en una célula,
mientras que reprime a otros y deja a otros más sin
afeclar Cuando todos estos procesos están acoplados
con factores de elementos tejido-específi"or, ,é logru
una considerable flexibilidad. Estas variables fisioló_
gicas obviamente requieren un arreglo mucho más
complicado que un intemrptor de encendido_apagado.
E1 ar:reglo de los elementos del DNA en un piomotor
especifico
-con
factores asociados- cómá respon_
derá a un determinado gen. Algunos ejemplos simples
se ilustran en la figura 4l-12.
Los dominios de transcr-pción pueden
definirse por las reg¡ones de control del
locus y los aislantes
Ei gran número de genes en las células eucariotas v
los ordenamientos complejos de los factores de regu_
lación de la transcripción presenta un problema de
' oryanización.
¿For qué algunos genes eitán disponi_
bles para la transcripción en una determinada
"élulu,en tanto que otros no 1o están? Si los potenciadores
pueden regular varios genes y no depenáen de la posi_
ción u orientación,
¿cómo se impide que desencadenen
ia transcripci6n al azar? pate
áe la iolución de estos
problemas se logra al tener la cromatina arreglada en
PEPCK

599. 548 . Bioquímica de HarPer .
(Ca7írulo 4l)
Cuadro 41-3. E¡emplo§ de proteínas rbguhdo.ras
de la transcripción que contienen var¡os
!D
..@o I
_\1-l-><
I
=l
I
Figura 41-12. Combinaciones de elementos del DNA y de pro-
ieinás proporcionan diversidad en la respuestia de.un gen' El
oán Á bsti activado (el ancho de la flecha indica el grado de
áótivaciOn) por la combinación de los activadores 1, 2 y 3 (pro-
UaUementá'con coactivadores, tal como se muestra en la figura
ág-lol.
gf
oen B está acüvado, en este caso de manera más
éteará, poi la combinación de 1, 3 y 4; nótese que 4 no hace
áláaó'd" manera direc'ta con el DNA en este ejemplo' Los
ááiváOores poOrían formar un puente l¡neal que une.la.maquina-
ria basal coñ el promotor; esto podría lograrse- asimismo' por
Éááas del DNh. En cualquiei caso, el propos'rtc es dirigir la
máouinaria basal de transciipción hacia el promotor' El gen C
ósta- áes"air"Oo por la combinación de 1 , 5 y 3; en este caso, el
fáctor 5 impide la unión, esencial, del factor 2 con el DNA, como
órtt"
"n
át e¡empto A' Sí el activador 1 ayrda al.represor 5 a
unirse, y si ta únión del activador 1, requiere de un ligando (Pun-
G enir'egritas), se puedeobservarcórno ell¡gando podrÍa activar
á rn genin uña cétuta (gen A) y reprimir a otros (gen C)'
unidades funcionales que restringen los patrones de
la expresión génica. Esto se obtiene mediante la forma-
ción de una estructura entre la cromatina y la matriz
nuclear u otras entidades fisicas. De forma altemativa,
algunas regiones están controladas por elementos
"o*pt"¡os
del DNA llamados regiones de control del
loczi 1l-Cn).
Una LCR
-con
proteínas unidas- con-
trola la expresión de un grupo de genes. La LCR mejor
defrrida régula la expresión de la familia de genes de la
globina en una región amplia del DNA. Otro mecanis-
áo lo proporcionán los aislantes; estos elementos del
DNA, también en asociación con una o más proteínas,
evitan la acción de un potenciador sobre un promotor
en el otro lado de un aislante que se localiza en otro
dominio de transcriPción.
La especificidacl involucrada en el control de la trans-
cripción requiere que 1as proteínas reguladoras se unan,
con alta afinidad, a la región correcta de DNA' Tres
motivos únicos
-hélicegiro-hélice,
dedo de cinc y cierre
de leucina- se consideran para muchas de estas interac-
ciones específicas proteína-DNA. Ejemplos de 1as pro-
teínas que tienen estos motivos se muestran en el
cuadro 4l-3.
Una comparación de la actividad de unión de las
proteínas que contienen estos motivos conduce a a1-
gunas importantes generalizaciones'
Motivo de unión Proteína reguladora
Proteínas de la homeocaja
Pit-1, Octl , Ocr2
Proteiqa del gen 32
Ga14
Serendipia, Jorobado
TFIIIA
Familia del receptor a este-
roides, Sn1
GCN4
C/EBP, fos, Jun, Fra-1, Pro-
teina CRE de unión,c'mvc,
n-myc,lmYc
Dedo de c¡nc
Cierre de leucina
E. coli
Levaduras
Drosophila
Xenopus
Mamfieros
l) La unión debe ser de alta afinidad para un sltro
específico y de baja afinidad para otro DNA'
2) Pequeñas regiones de la proteína hacen un con-
tacto directo con e1 DNA; el resto de la proteína'
además de proporcionar los dominios de ac-
tivación trans, puede estar involucrado en la
dimerización de monómeros de la proteína de
unión, puede proporcionar una superficie de con-
tacto para la formación de heterodímeros'
'
puede proporcionar un sitio de unión del ligandc
3) Las inleracciones proteína-DNA se mantienerl
por puentes de hidrógeno y fuerzas de van der
Waals.
4) Los motivos encontrados en estas proteínas sr':-
únicos; su presencia en una proteína de funcior
desconocidi sugiere que la proteína puede unils;
al DNA.
5) Las proteínas con motivos hélice-giro-hélice
.
cien'é de leucina forman dímeros simétricos'
sus respectivos sitios de unión al DNA sc:
palíndromos simétricos. En las proteínas cc
motivos de dedos de cinc, el sitio de unión es"'
repetido dos a nueve veces. Estas formas p::-
miten las interacciones cooperativas entre
-
sitios de unión, asi como el aumento del grao'
afinidad de unión.
E l primer motivo descrito
-y
el nT ás estudiado- :
' '
de hélice-giro-hélice. El análisis de la estru¡: ':-
tridimensional de Cro, ha revelado que cada t.t-totloll-
'-
consiste en tres hojas B
antiparalelas ¡r
tres hé11;;'
(I'rgura 4 t-l 3). El dímero se tbnna por la asociac :': -
-'
las hojas B:
arrtiparalelas. Las hélices rv.. lbn-:'-
mot¡vos de unión
c
I

600. _d^
superficie de reconocimiento del DNA, y el resto de la
molécula parece estar involucrado en laestabilización
de estas estructuras. El dirímetro promedio de una héli_
ce o( es de l.2nm,lo que es aproximadamente el ancho
del surco mayor en la forma B del DNA. El dominio de
reconocimiento del DNA de cada monómero Cro,
tnteractla con 5 bp y los sitios de unión del dímero se
extienden 3.4 nm, lo quepermite su acomodo enmedios
giros sucesivos del surco principal sobre la misma su_
perficie (figura 4l-13). Los análisis de rayos X del
represor 1", CAP (la proteína receptora de cÁMp de ¿'.
Col)
, el represor de triptófano y el represor del fago 434
confirman, esta estructura dimérica hélice-giro-hé[ce.
El dedo de cinc fue e1 segundo motivo cle unión al DNA
drlucidado. Se sabía que la proteína TFIIIA, que es un
regulador positivo de transcripción del RNÁ 55, re_
quería de cinc para su actividad. Los análisis estructural
v biofisico revelaron qlre cada niolécula cle TFIIIA con_
tiene nueve iones cinc en un compiejo de coordina_
ción repetitivo, formado por residuos óisteína_cisteína
cercanamente espaciados, segi_ridos 12 a I 3 aminoácidos
Regulación de la expresión génica .
549
y después por un par hisridina-histidina (figura 4 1 14).
En algunos casos, específicamente la familia del re_
ceptor de esteroides de la tiroides, el doblete His_His
es reemplazado por un par Cis-Cis. La proteína que
contiene dedos de cinc parece estar sobre una cara c1e
la hélice del DNA, con dedos sucesir.os colocados cle
manera alten.rada sobre un giro del surco mavor. Como
es el caso con el dominio de reconocimienro .le 1a pro_
teína hélice-giro-hélice, cada dedo de cinc del TFIIIA
hace contacto con cerca de 5 pb del DNA. La impor_
tancia de este motivo en la acción de las honlronas
esteroides está acentuada por un
,,experimento
cle la
nattraleza". Una mutación de un solo aminoácido en
cualquiera de los dos dedos de cinc de ia proteÍna re_
ceptora 1.25 (OH)r-D¡, resulta en la resistencia a Ia
acción de esta homona y el síndrorle clínico de ra-
quitismo (capítulo 47).
El.análisis cuidadoso de una secuencia de 30 aminu_
ácidos en ta región carboxilo rerminal Je Iá pióteina
de unión del potenciador C/EBp, reveló una nueve
estructut'a. Como se mllestra en ia figura 41-15, esta
región de ia proteira lbrma una hélice cr en la que cxis
Eje de
simetría
doble
Figura 41-13' Representación esquemática de la estructura tridimensional de la proteína Cro y su unión con el DNA por
medio del.motivo hélice-giro-hélice. El monómero de Cro consiste en tres no¡ás-g-antiparalelas (p.-03) y tres hél¡ces cr, (a.,-ct3). El
motivo hélice-giro-hélice se forma debido a que las hélices o. y o, se mantiá;;ñ á só graoos una
'áá
átrá poiun giro de cuatro
aminoácidos. La hélice o. de la Cro es la superficie de recónocimiento del DNÁ lsoinoreaoo¡. óó. ,oñá*"ro. se asocian
con las-hojas p. antiparalelas para formar un dímero que.tiene un eje de slmetría üoble (a ta derecna¡. Ún Jí¡1"ro de Cro se
une al DNA a través de sus hélices ct , cada una de las cuales hace cóntacto con cérca oei op en ta mis'má superficie del surco
principal. La d¡stancia entre puntos comparables en las dos hélices o, del DNA es de 34A, que es la distancia requerida para
un giro completo de la doble hélice. (Cortesía de B Mathews.)

601. 550 . Bioquímica de Harper
(Capírulo 4l t
F¡gura 41-14. Los dedos de cinc son una serie de dominios
repetidos (de dos a nueve) en los cuales cada uno está cen-
trado en una coordinación tetrahédrica con cinc. En el caso
de TlllA, la coordinación es proporcionada por un par de
residuos de cisteína (C) separados por 12-13 aminoácidos
de un par de residuos de histidina (H). En otras proteínas
con dedos de cinc, el segundo par también consiste en resi-
duos C. Los dedos de cinc se unen en el surco pr¡ncipal, con
los dedos adyacentes haciendo contacto con 5 bp a lo largo
de la misma cara de la hélice.
te una repetición periódica de residuos de leucina cada
séptima posición. Esto ocurre en ocho giros helicoida-
les y cuatro repeticiones de leucina. Se han enconúado
estructuras similares en numerosas proteínas asocia-
das con la regulación de la transcripción en mamíferos
A
Ba
y en células de levadura. Se piensa que esta estructura
permite que dos monómeros o heterodímeros idénti-
cos (p. ej., Fos . Jun o Jun'Jun) se mantenganiuntos
como un cierre, en una espiral enrollada y formen un
complejo dimérico compacto (figura 41-15). Esta
interacción proteína'proteína puede servir para po-
tenciar la asociación de dominios de unión separados
del DNA con su blanco (figura 41-15).
LOS DOMINIOS DE UNIÓN DEL DNA
Y DE ACTIVACIÓN TRANS. DE ESTAS
PROTEÍNAS REGULADORAS ESTÁN
SEPARADOS Y NO SON INTERAGTIVOS
La unión de una proteína al DNA podría resultar en
un cambio conformacional general que permita a la
proteína unida activar la transcripción, o bien, estas
dos funciones podrían depender de dominios se-
parados e independientes. Los experimentos de
cambio de domino sugieren que esto último es 1o que
ocufTe.
El producto del gen GALI eslá involucrado en el
metabolismo de la galactosa en las levaduras. Este gen
se regula de manera positiva por la proteína GAIA,
zC'-r'-\,-H I
( (zn)
)

^./\-,/
u ./
/\
_/\
_/\
Dedo de cinc Cis-His
/C'-z-\--C\
I lZn) l

C./\-./\C,/
/\
----/
-'-
Dedo de cinc Cis-Cis
Figura 41-15. El motivo de cierre de leucina. A muestra el análisis de una rueda helicoidal de una porción carboxilo terrra
de-la proteína C/EBp unida al DNA. Se muestra la secuencia de aminoácidos de extremo a extrerno, a Io largo del eje de --'-
héiice C[ esquemática. La rueda helicoidal consiste en siete rayos que corresponden a los siete aminoácidos que compr.-'
den cada dos giros la hélice s. Nótese que los residuos de leúcina (L) se presentan cada séptima posición. Otras prote:--
con,,cierres dJleucina", tienen un patrón de rueda helicoidal similar. B es un modelo esquemático del dominio de unlÓ' :
DNA de C/EBp. Dos cadenas de poiipéptidos idénticas de C/EBP se mantienen en forma de dÍmero por el dominio del c a":
áe leucina de cada polipéptido (dénoiado por los rectángulos y los óvalos unidos). Esta asociación, aparentemente se rec- +-
iá páru mantener lbs'ooirin¡oi de unión al DNA de óada ioiipéptido
(los rectángulos sombreados) en la conforn'a: :-
apropiada para la unión del DNA. (Cortesía de S McKinght.)

602. Regulación de la expresión génica .
551
que se une a una secuencia activadora corriente arriba
(UAS) a través de un dominio amino terminal. La parte
terminal de unión al DNA de la GAL4, 73 aminoáci_
dos, se removió y se reemplazó por el dominio de unión
al DNA del¡xA, rmaproteÍnadeunión al DNA de E. coli.
Esto resultó en una molécula que no se unió alaGALl
UAS y, por tanto, no activó ai gen para GALI (frgtra
4I-L6). Sin embargo, cuando el operador lexA sein_
seló.T la-región del promotor del gen GAL, la pro_
teína híbrida se unió con este promotor (en el operádor
lexA),y activó la rranscripción de GAL|.Esteixperi_
mento, que se ha repetido muchas veces (incluyendo
proteínas de fusión del receptor lexA de glucocorti_
coides que transactivan genes que responden a los
glucocoficoides), proporciona evidencia sólida de que
región carboxilo terminal de la GAL4 causa activa_
ción traascripcional. Los dominios de unión al DNA y
de activación
-trans
son independientes y no
interactivos. La jerarquía involucraáa en el ensamble
de los complejos de activación de la transcripción de
genes incluye a proteínas que unen al DNA y que
transactivan; otras que forman complejos proteína_pro_
teína que unen a proteínas de unión il ONA con
proteínas transactivadoras, y otras que forman com_
plejos proteína . proteína con los componentes del
aparato basal de transcripción. Una deteiminada pro-
teína puede así tener varias superficies o dominios que
sirven a diferentes funciones (figura 41-17). Como se
describió en el capítulo 39, el propósito primario de
estos complejos ensamblados es anclar el aparato basal
de transcripción con el promotor.
Además de la transcripción, las células eucariotas
emplean una variedad de mecanismos para regular la
expresión génica (cuadro 41-4). La membrana nuclear
de las células eucariotas segrega físicamente la trans_
cripción génica de la traducción, puesto que los
ribosomas sólo existen en el citoplasma. En particular
en el procesamiento del RNA, muchos más pasos es_
tán involucrados en Ia expresión de los genes eucariotaS
que en aquella de los genes procariotas, y estos pasos
proporcionan sitios adicionales para influencias regu_
ladoras, que no pueden existir en los procariotas. Estos
pasos del procesamiento del RNA en los eucariotas,
descritos con detalle en el capítulo 39, incluyen el en_
capsulamiento de las terminales 5'del tranicrito pri_
mario, la adición de una cola de poliadenilato errlas
terminales 3' del transcrito, y la escisión de las regiones
intrón para generar exones empalmados en h mólécú-
la madura de mRNA. En la actualidad, el análisis de la
expresión génica de eucariotas, proporciona evidencia
de que la regulación ocurre a nivel de la transcripción,
el procesamiento del RNA nuclear y la estanmaa¿ ael
mRNA. Además, la amplificación génica y el reorde_
namiento influyen en la expresión génica.
DNA recombinante, se han togrado muchos piog.e-
sos durante los años recientes en el conocimiénto de
la expresión génica de los eucariotas. Sin embargo,
TJCAR
UAS
¿
Figura 41-16' Los experimentos de trueque de dominio muestran la separación entre la unión de DNA y la activación de latranscripción' El promotor del gen Gall'contiene una secuencia.de aót¡vacióh corriente arriba (uAS) que se une con laproteína reguladora GAL4 (A). Eta ¡nteracción ,".ritá
"n-rnu ";tir;";i¿;-ie"'ta
transcripción det gen GAL...una proteínaquimérica, en Ia que el dominio de unión al DNA a;in; terminal ¿e cnr¿, ásiámtvida y reemplazada con la región de uniónal DNA de la proteína LexA de.E coli,.falla para eitimutarla trarscrifcion i"éÁt I debido a que el dominio de LexA no sepuede unir a UAS (B). La proteína de fusión'de LeXA-GAL4 no rrr"iiálá tiánliipcion oe c¡iióuánoo ái'áperaoor texA (etblanco natural) está insertado en la región del promotor GAL I (C).
LexA-cAL4
Gen GALI
Gen GAL1
Gen GAL1

603. (Capítulo 41)
552 . Bioquímica de HarPer
Fiqura 41-17. Las proteínas que regulan la transcripción
iiáñán ,"iio. oominiós. Este factor de transcripción hipotéti-
;ii"d;; dominio de unión al DNA (DBD) que es distinto
áá ,n Ootninlo de unión con ligando (LBD) y algunos domi-
n¡o. O" á.t¡ru.ión (1-4)' Otras proteínas pueden carecer de
óeó ; oá LBD, y iodás pueden tener un número variable
áe áomlnios que'hacen contacto con otras proteínas' inclu-
yendo a los cómpleios basales de transcripción'
debido a que muchos organismos eucariotas contienen
mucha más información genética que los procariotas'
y debido a que la manipulación de sus genes es mucho
*ar li*itudu, los aspectos moleculares de la regula-
ción genética en eucariotas se comprenden menos que
los eiemplos mostrados al inicio de estos capítulos'
f,sta secóión describe brevemente algunos tipos dife-
rentes de regulación génica en los eucariotas'
Lms E*ll**
q-i* *i-lü*l"i*?*s ¡*¡¡rtd*r¡
á r ?1 p ü f i {: * !' § e ¿:í i-§ i"3 rT.& 8 * ! rj * s a f r"* t i ¿t
i) ef"! l*§iilii-§iJ$te? fr {iicí"fri;}*;:';;
Durante el desarrollo inicial de los metazoarios, hay
un abrupto aumento en la necesidad de moléculas es-
pecíficas, como las moléculas de rRNA y mRNA para
ias proteínas que constituyen órganos tales como el
casóarón de huivo. Una forma para aumentar la tasa a
la que estas moléculas se forman, es aumentar el nú-
meio de genes disponibles para la transcripción de esas
moléculá específicas' Entre las secuencias repetitivas
del DNA están cientos de copias de los genes de rRNA
y los genes del tRNA. Estos genes preexisten de ma-
nera répetitiva en el material genómico de los gametos
y, de esta manera, se transmite un número elevado de
Cuadro 414- Laexpresión génica está regulada
por la transcripción y por otros medios
en las células eucariotes
.
Amplificación génica
.
Reordenamiento génico
.
Procesamiento del RNA
. Emoalme alternati\o del mRNA
o
Transporte del mBNA desde el nt¡cleo al citoplasma
'
Reguiación de la estabilidad del mRNA
copias de generación en generación. E'n algunos orga-
nismos específicos, como la mosca de laftuta(Droso-
phila),duiante la oogénesis ocurre una amplificación
ie algunos genes preexistentes, coluo son los de las
proteí'ínas del corión (cascarón de huevo)' Posterior-
mente, estos genes amplificadcls, presuntamente
generados pot u, proceso de iniciación repetida du-
iante la síntisis delbNA, proporcionan múltiples sitios
para la transcripción génica (figuras 38-l 6 y 41-18)'
En años recientes, ha sido posible promover 1a
amplificación de regiones genéticas específicas en
cultivos <le células de mamíferos. En algunos casos'
un aumento de algunos miles de veces en el número
de copias de genes especihcos puede obtenerse du-
rante un perioáo, en presencia de dosis crecientes de
fárrnacos selectos. De hecho, se ha demostrado en
pacientes que reciben metotrexato, para combatir ei
"án."r,
qué lut células malignas pueden desarrollar
resistenóia al fármaco mediante el aumento del nú-
mero de genes para la dihidrofolato reductasa, que es
el blanco del metotrexato. Eventos de amplificación
génica, ocurren de manera espontánea in vivo, es de-
ói., ..t ausencia de suministro exógeno de agentes
selectivos, y estas series tro programadas de replicación
pueden "cóngelarse" en el genomabajo presiones se-
lectivas aproPiadas.
. : , :.i '
Algunas de las preguntas más interesantes e intrincadas
quE se han formulado los bióiogos en las últimas dé-
cadas se refieren a 1as bases genéticas y moleculares
áe la ¿iversl¿ad de los anticuerpos (capítulo 59)' Ade-
más, los avances logrados en la inmunología, parecen
indicar que conforme ocurte la diferenciación de las
células áel sistema inmune humoral, producen an-
ti.,r"rpo* con la misma especificidad pero con dife-
rentes lunciones efectoras. Durante los últimos años'
Áuchos laboratorios han contribuido en gran medida
u g"n.rut conocimiento de las bases genéticas de la di-
i.'Ái¿u¿ de los anticuerpos y de la regulación de la
expresión de los genes de inmunoglobulinas durante
el áesarrollo y la diferenciación'
Como se mencionó en el capítulo 39, los segmen-
tos de codificación responsables de la generación de
moléculas de proteínas específicas, con frecuencia no
son contiguoJen el genoma de los mamíferos' Este es
el caso de los segmentos de codificación para los do-
minios variables y constantes de la cadena ligera de
inmunoglobulinai
(anticuerpos), que están separados
en el geioma. Como se menciona en el capítulo 59, las
moléóulas de inmunoglobulina están compuestas de
dos tipos de cadenas de polipéptido, la.cadena ligera
(L) y ia cadena pesada (H) (figura 59 8)' Las cadenas
Dominios de
activación
1-4
¡
.!
¡
l-
i
Dominio de unión con el DNA
'I

604. Regulación de la erpresión génica .
553
No amolifjcado s36 sSB
Figura 4l-18. Representación esquemática de la amplifi-
cación de los genes de Ia proteína coriónica s36 y s3B.
(Reproducida con permiso de Chisholm R: Gene amplification
during development: Trends Biochem Sci 1982; 7t 161.)
L y H se dividen, cada una, en regiónes con amino
terminal variable (t) y carboxilo terminal constante
(C).Las regiones V son las responsables del recono-
cimiento de los antígenos (molécula extrañas) y las
regiones constantes de las funciones efectoras que
determinan cómo la molécula de anticuerpo se distri-
buirá con el antígeno.
Existen toes familias de genes no relacionadas,
responsables de la estructura de la molécula de inmu-
noglobulina. Dos familias son las responsables de las
cadenas ligeras (cadenas 1" y rc) y una familia de las ca-
denas pesadas.
Cada una de las cadenas ligeras es codificada
por tres segmentos distintos: el variable (V), el de
unión (.,r¡) y el constante (C¡). Para las cadenas ligeras
1" y r existen aproximadamente 300 segmentos varia-
bles (Z¡) para cada una, y 5 o 6 segmentos J¡. Las
cadenas ligeras l, se derivan de menos de l0 regiones
Cr, en tanto que las cadenas ligeras r provienen de un
solo segmento C¡. Durante la diferenciación de una
célula B linfoide, un segmento V, es traído de un sitio
distante del mismo cromosoma a una posición cerca-
na a la región del genoma que contiene los segmentos
L y Cr. Este reordenamiento del DNA permite en-
tonces a los segmentos V¡, Jr y Cr ser transcritos como
un solo precursor de mRNA y posteriormente generar
el mRNA para una cadena ligera del anticuerpo espe-
ciftca. Por medio del reordenamiento de varios
segmentos I/L, JLyCLen el genoma, el sistema inmune
puede ge.nerar una biblioteca inmensamente diversa
(millones) de moléculas de inmunoglobulina antígeno-
específicas. Este reordenamiento del DNA se conoce
como unión Y-J de la cadena ligera y se ilustra en la
figura 41-19.
La cadena pesada se codifica por cuatro segmen-
tos génicos: el V¡r, el D (diversidad)
, el Jsy el Cn del
DNA. En los seres humanos, existen cerca de I 000
segmentos V11, 12 o más segmentos D, y 4 segmentos
J. La región variable de la cadena pesada se genera
por la unión del segmento Z¡1 con un segmento D y un
segmento
-I¡1. La región resultante VH-D--fH, se une a
ln ry1
C¡, del-cual existen nueve. Estos genes C, (C,
C6, Cr3, CyI,C,1,Crz,C¡,C" y C"r) determinan la cla-
se de inmunoglobulina, o la subclase
-IgM,
IgG, IgA,
etc.- de la molécula de inmunoglobulina (capítulo
59). Debido al gran número de segmentos V, D y J y al
hecho de que existen nueve regiones constantes y no
una sola, las posibilidades de recombinación son mu-
cho mayores para las cadenas pesadas que para las
cadenas ligeras.
El procesam¡ento alternativo del RNA
representa otro mecanismo de control
Además de afectar la eficienc ía dela utlhzación del pro-
moto¿ las células eucariotas emplean el procesamien-
to alternativo del RNA para el control de la expresión
génica. Esto puede resultar cuando se usan promoto-
res, sitios de corte intrón-exón, o sitios de poliadenila-
ción alternativos. Ocasionalmente, existe la heteroge-
neidad dentro de la célula, pero es más común que el
mismo transcrito primario se procese de manera dife-
rente en diversos tejidos. Algunos ejemplos de cadauno
de estos tipos de regulación se presentan más adelante.
El uso de sitios de inicio de la transcripción al-
temativos genera un exón 5
'
diferente en los correspon-
dientes mRNA de la amilasa y de la cadena ligera de
miosina del ratón, la glucocinasa y la deshidrogenasa
alcohólica de la rata, y la actina de la Drosophila. Los
sitios de poliadenilación alternativos del transcrito
primario de la cadenapesada de la inmunoglobulina
¡r
generan mRNA que tiene ya sea 2 700 (p-) o 2 400
bases de longitud (p.). Esto resulta en una diferente
región carboxilo terminal de las proteínas codifica-
das, de tal manera que la proteína
Fm
permanece unida
a la membrana del linfocito B, y la inmunoglobulina
p. es secretada. El empalme y el procesamiento a'r-
ternativos resultan en la formación de siete mRNd
para cr-tropomiosina, exclusivos para siete diferentes
tejidos. En la actualidad no está muy claro cómo se
lleva a cabo esta decisión de procesamiento-empalme
o si estos pasos pueden estar regulados.
La regulación de la estabilidad del
mRNA proporc¡ona otro mecan¡smo
de control
Aunque muchos mRNA en las células de mamíferos
son muy estables (vida media de horas), algunos se
recambian muy rápidamente (vida media de l0 a 30
minutos). En ciertos casos, la estabilidad del mRNA
está sujeta a regulación; esto tiene implicaciones im-
portantes debido a que, por 1o general, existe una
relación directa entre la cantidad de mRNA y la tta-
ducción de ese mRNA en su proteína análoga. Los

605. 554 '
Bioquímica de HarPet
DNA de Ia 5
lÍnea germinal
ilNA de la célula B
Transcrito Primario
ProieÍna (cadena ligera r)
v1 v2 v3 v4 J, Jz
v2 J2 J3
I
I
v2 J2 J3
(Capítuto 41)
Rearreglo
Transcripción
Procesamiento
Traducción
Y,J,
U
I
I
+
NH2Iffil cooH
F¡gura 41-19. Eventos de recombinación que llevan a la cadena ligera vrJrx. Los 500 segmentos V¡ (variable)' 5-6 JL (de
un¡ón) y un soto c, t"on.,"nió]'áii;ñ;"
ünlarresro f;J;;;i;d;osomá. estoi compoñentes forman un tramo de miles
de oares de kilobases. En el receptor de una señal p;;;if;;;til el DNA en la célula'B sufre un rearreglo' por lo que' en
está caso, la terminal 3'de la Vz está ligada a f" p"rt" tátn-ilj áá ir' i, transcriiiiOn se inicia a través de un promotor en la
terminal 5'de V, y continúa a través de C. Para pt"i*ii'ü" ¡1áÑÁ'Ú' c'.1" iecuencia a partir de la terminal 3'de J' a
la terminal 5. de C se elimina, y la VzJz se empalman áon C' ett" mnruÁ ft'eOe
ser traducido ón una cadena x (kappa) ligera
que contiene ta secuencia á!'á*inoáóiOo.
"óOiti"uOolpoi
V¡, V C- ef mismo piocedimiento general puede resultar en las
Jáá*, r con cualquier comninacion de los segmentos V y J con c.
cambios en 1a estabilidad de un mRNA específico
pueden, por tanto. presentar efectos impoftantes en los
procesos biológicos"
Los mRNA se presentan en el citoplasma coÍIo
parlículas de ribonuileoproteínas (RNP)'.Algunas de
estas proteítras protegen al mRNA de la digestión por
nucleásas. en tanto que otras, bajo cierlas condiciones,
puecletr promover el ataque de la nucleasa' Se.piensa
que los mRNA están estabilizados o desestabilizados
por la interacción de.proteínas con varias de estas es-
tructuras o secuenclas. Cierlos efectores como las
hormonas, pueden regular la estabilidad de1 mRNA
mecliante el aumento o disminución de la cantidad de
estas proteínas.
P-arece ser que las terminales de las moléculas
de mRNA están involucradas en la estabilidad del
mRNA (figura 1l_20). La estructura de la cápsula 5'
en el miÑe eucariote, impide el ataque de las 5'-
exonucleasas, y la coia poli(A) prohíbe la acción de
las 3'-exonucléasas. En las molécu1as de mRNA con
estas estrucluras, se sLlpoÍle que un solo corte
endonucleolítico, permite a las exonucleasas atacar \
digerir la molécula entera. Otras estructuras (secuen-
ciis) en la secuencia no codiñcadora 5' (5'NCS), 1a
región c1e codiÍicación y la 3' NCS, se piensa que pto-
.í.r.n o impiden esta acción inicial endonucleolítica
(ligura 41-20). Se mencionarán algunos ejernplos
ilustrativos.
La supresión de la 5' NCS resulta en una prolon-
gación, dá entre 3 y 5 veces, de 1a vida media del
i"nX¡. c-myc.El aóodamiento de la región de codr-
ficación ¿át mnNA de las histonas. resulta en la
prolongación de 1a vida media' Una fbrma de
áuto,r.[rla.ión de la estabilidad del mRNA, involucra
de mariera indirecta la región de codificación' L¿¡
tubulina libre se une a los primeros cuatro aminoácidos
Js
mRNA .-ffir---
J3 J4 J5
5',
J4

606. Regtrlación de la erpresión génica .
555
Figura 41-20. Estructura de un mRNA eucar¡ota típico mostrando los elementos que están involucrados en la regulac¡ón de
la estabilidad del mRNA. El mRNA eucarlótico típico tiene secuencias no codificadoras 5' (5' NCS), una región de codifica-
ción y una 3' NCS. Todos están encapsulados en la parte term¡nal 5', y muchos tienen una secuencia poliadenilato en la
terminal 3'. La cápsula 5'y la cola poli A en 3' protegen al mRNA contra el ataque de la exonucleasa. Las estructuras tallo-
lazada en las NCS 5'y 3', que caracterizan la secuencia de codificación, y la región rica en AU en la NCS 3', se piensa que
intervienen en la estabilidad del mRNA.
Cápsula
de una cadena naciente de tubulina, conforme surge del
ribosoma; esto parece activar a una RNasa asociada
con el ribosoma (RNP), que posteriormente digiere el
mRNA para la tubulina.
Estructuras en la terminal 3', incluyendo la cola
poli(A), aumentan o disminuyen la estabilidad de
mRNA específicos. La ausencia de una cola poli(A)
está asociada con la degradación rápida del mRNA, y
la remoción de la poli(A) de algunos RNA, resulta en
su desestabilización. Los m RNA para histonas carecen
de una cola poli(A), pero tienen una secuencia cerca-
na a la terminal 3'que puede formar una estructura de
tallo-lazada, y esto parece que proporciona resisten-
cia al ataque exonucleolítico. Por ejemplo, el mRNA
para la histona H4 se degrada en la dirección 3' a 5',
pero sólo después de un corte endonucleolítico de
cerca de nueve nucleótidos a partir de la terminal 3'
en la región de la estructura putativa tallo-lazada.
La estructura de tallo-lazada en la secuencia no
codificadora 3'también es crítica para la regulación,
por hierro, del mRNA que codifica al receptor de la
transferrina. Las estruóturas de tallo-lazada también
están asociadas con la estabilidad del mRNA en las
bacterias, sugiere que este mecanismo puede ser em-
pleado de manera común.
.Otras secuencias en la terminal 3' de ciertos
mRNA eucariotas parecen estar involucradas en la
desestabilización de estas moléculas. De particular
interés son las regiones ricas en AU, muchas de las
cuales contienen la secuencia AUUUA; esta secuen-
cia aparece en los mRNA de vida media muy corta,
incluyendo algunas que codifican para proteínas de
oncogenes y citocinas. La importancia de esta región
se pone en relieve por un experimento en el cual una
secuencia correspondiente a la región no codificadora
3'del mRNA del factor estimulante de colonias (CSF),
de vidamediacorta, quecontieneel motivo AUUUA, se
adicionó a la terminal 3'del mRNA de la p-globina. En
lugar de ser muy estable, el mRNA de la B-globina
híbrido, ahora tuvo la vida media característica del
mRNA del CSF.
5'NCS Código 3'NCS
i
E
AUUUA
H
t=
=
H
A_A-A_A-AN
A parlir de los pocos ejemplos citados. resulta
claro que se usan diversos rnecanisrnos para regular la
estabilidad del mRNA. así como muchos mecanismos
se usan para regr.rlar Ia síntesis de mRNA. La regula-
ción coordinada de estos dos perrnite proporciona la
sorprendente adaptabilidad de la célula.
La infbrmación genética en cada célula somática es
prácticamente idéntica. La distinción entre una célula
cerebral, una musculal'o una hepática, depende del
patrón de genes expresaclos por estas células. donlina-
do expresión tejido-específlca. I-a capacidad de un
organismo para responder a 1os cambios ambienlales
depende de su capacidad de regular, positiva o negati-
vamente, los genes que se expresan. Ambos propósitos
se logran a través de 1a interacción de proteinas espe-
cíficas con regiones particulares de DNA llamadas
promotores. Los promotores coll fiecuencia están lo-
calizados en la posición 5' del
-y
ad¡,acentes al
segmento de codificación de un gen. Se ha aprendido
mucho acerca de cómo las proteínas hacen contacto
con el DNA, y se han descrito diversas clases de estas
interacciones. Estas incluyen los r¡otir os hélice-giro-
hélice, dedo de cinc y cieme de leucina. Las interac-
ciones proteína . proteína entt'e los componentes del
aparato de transcripción, también son impoftantes. Las
proteínas que regulan la transcripción génica tiener.r
varios dominios: un dominio de reconocimiento para
la unión con el DNA u otra proteína, y uno o más do-
llinios que a1'ectan algunos aspectos del aparato de
transcripción. Estos dominios son distintos, como se
ha demostrado mediante experimentos en los cuales
se prueban las rnoléculas híbridas. Se dispone de ex-
tensa información sobre cómo se lleva a cabo la
regulación génica en la É'. coli y en el bacterióf'ago l.
Estos modelos se están aplicando al proceso de regu-
lación genética en las células eucariotas. más complejo.
Esta complejidad adicional tar¡bién incluye me-
canismos que regulan el procesamiento y modificación

607. (Capítulo 41 ,
556 . Bioquímica de HarPer
del RNA. la estabilidad del mR¡\A, las amplificacio-
nes génicas y el rearreglo genético-. Todos estos
procesos proporcionan mecanismos adaptativos para
ia sobrevivencia del organismo eucariote'
Las moléculas de mRNA se recambian, con vida
media desde algunos minutos hasta días' La regula-
ción de la estabilidad del mRNA es, por tanto, un paso
de control imporlante. Las secuencias del RNA en la-q
regiones no Codificadoras 5' y 3' del mRNA, y en la
r"!ión d. codificación, se han implicado en la.estabi-
lidad del mRNA. Estas secuenclas, en asoclaclon con
proteínas de unión, pueden tener como blanco las
nucleasas para e1 mRNA, o proteger el mRNA en con-
tra del ataqtte de las nucleasas. I
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608. 42
Tecnología del DNA recombinante
DarylK. Granner, MD
La tecnología del DNA recombinante ha revoluciona-
do la biología y tiene un impacto creciente en la medici-
na clínica. Mucho se ha aprendido acerca de los pade-
cimientos genéticos humanos a partir del análisis de la
ascendencia y del estudio de las proteínas afectaclas,
pero en muchos casos donde el defecto genético se
desconoce, estas aproximaciones no son útiles. La nue-
va tecnología evita estas limitaciones yendo de manera
más directa a la molécula de DNA en busca de la in-
formación. La manipulación de una secuencia de DNA
y la construcción de moléculas quiméricas, llamada
ingeniería genética, proporciona 1os medios de estudio
de cómo funciona un segmento específico de DNA.
Este capítulo pretende aclarar este tema tan comple-
jo. Se presentan los conceptos básicos de latecnologia
de DNA recombinante, sus aplicaciones a la medicina
clínica y un glosario. Con la finalidad de que el capí-
tulo sea más comprensible se repiten algunos puntos
mencionados en otros capítulos.
La comprensión de la tecnología del DNA recombi-
nante es importante por varias razones: 1) El aumento
de la información en esta área es verdaderamente asom-
broso. Para entender y mantenerse actualizado en este
campo se debe tener una apreciación de los conceptos
fundamentales que están involucrados. 2) Ofrece un
enfoque racional para comprender las bases molecula-
res de ciertos padecimientos (p. ej., hipercolesterolemia
familiar, enfermedad de célul as falciformes, talasemias,
fibrosis quística, distroha muscular). 3) Mediante la
tecnología de1 DNA recombinante, las proteínas hu-
manas pueden producirse en abundanci a para terapia
(p ej , Insulina, hormona de crecimiento, activador
del plasminógeno). 4) Se pueden obtener proteínas para
vacunas (p. ej., hepatitis B) y para pruebas de diag-
nóstico (p. ej., pruebas del SIDA). 5) La tecnología
del DNA recombinante se usa para el diagnóstico de en-
fermedades existentes y para predecir el riesgo de de-
sarrollar un padecimiento determinado. 6) Técnicas
especiales han conducido a avances imporlantes en la
medicina forense. 7) Se puede diseñar una terapia
génica para la enfermedad de células falciformes,
talasemias, deficiencia de adenosina desaminasa y
otros padecimientos.
LA ELUCIDACIÓN DE LAS
CARACTERíSTICAS BÁSICAS DEL DNA
HA CONDUCIDO A LA TECNOLOGÍA
DEL DNA RECOMBINANTE
El DNA es un biopolímero complejo
organ¡zado como una doble hélice
El elemento fundamental deorganización es la secuen-
cia de bases de purina (adenina [A] o guanina [G]) y
pirimidina (citosina [C] o timidina [T]). Estas bases
están unidas a la posición C-1' del ar1car desoxirri-
bosa, yunidas entre ellas através deresiduos de urucar
en las posiciones 3' y 5' via un enlace fosfodiéster
(figura 37-l). La alternancia de desoxirribosa y de
grupos fosfato forma el esqueleto de la doble hélice
(frgura 37-2). Estos enlaces 3'-5' también definen la
orientación de una determinada cadena de la molécu-
la de DNA, y de esta manera, las dos cadenas se
encuentran en direcciones opuestas, por lo que se dice
que son antiparalelas.
El apareamiento de bases es
un concepto fundamental
de la estructura y función del DNA
La adenina y la timina siempre se presentan en pares,
unidos por puentes de hidrógeno, así como la guanina
557

609. 558 . Bioquímica cle Horper
con la citosina (figura 37 3). Se dice qr-re estos pares
de bases complementarios. y el contenido de guanina
en un fiagmento de DNA de doble cadena, siempre
será igual al contenido de citosina; por otra parte, el
contenido de timidina y el de adenina son iguales. El
apareamiento Ce bases y las interacciones de hacina-
miento de bases hidrofóbicas mantienen jur.rtas a las
dos cadenas del DNA. Estas interacciones se pueden
reducir lrediante el calentamiento del DNA para des-
naturalizarlo. Las leyes del apareamiento de bases
predicen que las dos cadenas conrplementarias del
DNA se reanillarán exactamente en registro, después
de la renaturalización, como sucede cuando la tempe-
ratura de la solución se reduce de manera lenta l.rasta
la norr¡al. Así, el grado de apareamiento de las bases
(o el no apareamiento) puede calcularse a partir de la
temperatura requerida para 1a desnaturalización-
renaturalización. Los segmentos de DNA con grado
elevado de apareamiento requieren de mayor aplica-
ción de energía (calor) para que se presente la desnatu-
ralización" o en otras palabras, un segmento n.ruy
apareado resistirá un calor mayor antes de que se se-
paren las cadenas. Esta reacción se emplea para
determinar si existen diferencias significativas entre
Ias dos secuencias de DNA. y ello recalca el concepto
de hibridación fundamental para el proceso des-
crito más adelante.
Existen cerca de 3 x 10e pares de bases (pb) en
cada genoma humano haploide. Si una longitud pro-
medio del gen es de 3 x 10r pb (3 kilobases [kb]). el
genoma podría consistir de lOrj genes, suponiendo que
no existe una sobreposición y que la transcripción
proceda en una sola dirección. Se piensa que solo exis-
ten cerca de 105 genes en el ser humano, y que sólo
10% del DNA codifica para proteínas. La función del
900/o restante de1 genoma humano aún no está def inida.
EI DNA de doble hélice está ernpacado en una
estructura más compacta por diversas proteínas;
las más notables son las proteínas básicas llama-
das histonas. Esta condensación puede tener una
funciórr reguladora, y con cefteza tiene un propósito
práctico. Si se extiende el DNA presente dentro del
nircleo de una célula. podría ser de cerca de un metro
de longitud. Las proteínas cromosómicas compactan
esta longitud, por Io que el DNA puede ser empacacio
en un núcleo con volumen de algunas nricras cúbicas.
l( o¡t¡¡¡'l' -'
regiones no codificadoras que se eliminan cuando :
transcrito primario de RNA se procesa a un R\{
mensajero maduro (mRNA). Las regiones de codifi.
cación (las cuales aparecen en las especies de RN..-
maduro) se llaman exones, y las regiones no codi.
ficadoras, que se intercalan entre los exones. s;
conocen como intrones (figura 42-1). Los introne.
siempre se remueven del RNA precursor antes de qu:
ocurra el transporte al citoplasma; este proceso, por e
cual los exones se ligan juntos, se conoce como em.
palme det RNA. En el ser humano, el procesamienr-
incorrecto del transcrito primario al RNA maduro pue-
de resultar en enfermedades (véase más adelante);estc
recalca la importancia de estos pasos del procesamient.
posterior a la transcripción. La variación en tamaño \
complejidad de algunos genes humanos se ilustra en
el cuadro 42-1. Aunque existe una diferencia de 30[
veces en el tamaño de los genes ilustrados, el tamañc
del mRNA varía cerca de 20 veces. Esto se debe a que
mucho del DNA en los genes está presente como
intrones, los cuales tienden a ser mucho mayores que
los exones. Las regiones reguladoras de genes
eucariotas específicos, por lo general se localizan en
el DNA que flanquea el sitio de iniciación de la trans-
cripción en la terminal 5'(secuencia de DNA flan-
queante 5). En ocasiones, estas secuencias se encuentran
dentro del mismo gen o en la región que flanquea 1a
terminal 3' del gen. En las células de mamíferos, cada
gen tiene su propia región reguladora. Muchos genes
eucariotas (y algunos virus que se replican en las célu-
las de mamíferos) tienen regiones especiales llamadas
aumentadores, que elevan la tasa de transcripción:
algunos también tienen secuencias de DNA conoci-
das como silenciadores, que reprimen la transcripción.
Los genes de mamíferos, obviamente complicados, son
estructuras de multicomponentes.
Por lo general, la infonnación fluye del DNA al mRNA
y a proteinas, como se ilustra en la figura 42 1, y sc.
menciona con rnayor detaile en el capítulo 41. E,ste es
un proceso controlado de rlanera rígida que involucra
diversos pasos complejos, cada uno de los cuales s..
regula por una o más enzimas o fáctores; una función
def-ectuosa en cualquiera de estos pasos puede ocasio-
nar un padecimiento.
E,n general, los genes procariotas consisten en una pe-
queña región reguladora ( I 00 a 500 pb) y un gran seg-
mento de codiñcación para proteínas (500 a 10 000
pb). Con tiecuencia, algunos genes están controlados
por una sola unidad reguladora. Muchos de los genes
de mamíferos son más complicados, en el sentido de
que las regiones de codificación se intemumpen por
El aislamiento y manipulación del DNA, incluyendo
ia unión de los extremos de secuencias de fr-lentes mur

610. Tecnologío del DIVA recombinante .
559
NÚcLEo
Transcrito primario de RNA
Transcrito mod¡ficado
mRNA nuclear procesador
diferentes para elaborar moléculas quiméricas (p. ej.,
moléculas que contienen tanto secuencias de DNA
humano como bacteriano, independientemente de la
secuencia), es la esencia de 1a investigación de1 DNA
recombinante. Esto incluye algunas técnicas y reactivos
únicos.
Las enzimas de restricción cortan las
cadenas de DNA en s¡tios específ¡cos
Ciertas endonucleasas, enzimas que cortan el DNA
en secuencias específicas de DNA dentro de la mo-
lécula (al contrario de las exonucleasas, las cuales
digieren desde las partes terminales de las molécu-
las de DNA), son una herramienta importante en
la investigación del DNA recombinante. Estas
enzimas se conocieron originalmente como enzimas
Región Región sitio de inicio sitio de la adición
reguladora basal del de la transcripción de poli (A)
Promotor
+ Exón Exón
u'
g'
\J \2
Flegión no lntrón Región no
codif¡cadora codificadora
5" 3'
I
I Transcripción
I
v
tttG
I
Modificaciones
I de las terminales
* s'vs'
reSáiá,,o,
Cáosula r
'
I
Bemoción de los intrones
l,
v emPalme ae bs exones
fAAA---A
¡
",ror.o.ri
-
I r:::xz!,l"o,u,u
fAAA---A
I rra¿ucc¡ón
+
Proteina ,rr,Í)-cooH
Figura 42-1. Organización de una unidad de transcripción eucariótica y la vía de expresión de genes eucariotas. Éstos tienen
regiones estructurales y reguladoras. La región estructural consiste en las secuencias de codificación de DNA y no codificadoras
5'y 3'. Las regiones de codificación se dividen en dos partes:
'1
)exones, los cuales se ligan juntos para tornarse en RNA
máduro, y 2) intrones, los cuales se exclLryen del transcrito primario. La región estructural está flanqueada a su terminal 5' por
el sitio de iniciación de la transcripción, y su terminal 3' por la cola de poiiadenilato o el sitio de terminación. La región
promotora, la cual contiene secuencias específicas de DNA que interactúan con varios factores proteicos para regular la
transcripción, se menciona en detalle en los capítulos 39 y 41. El transcrito prirnario tiene una estructura especial, una
cápsula, en la terminal 5' y extensión de As en Ia terminal 3'. Este transcrito se procesa para remover los intrones, y se
transpo¡ta como mRNA maduro hacia el citoplasma, donCe es traducido en una proteína.
de restricción, debido a que su presencia en una de-
terminada bacteria restringió el crecimiento de ciertos
virus bacterianos llamados bacteriófagos. Las enzimas
de restricción cutan e1 DNA de cr.ralquier luente en
piezas ci.rrtas en secuencias específicas, en contraste
con muchos métodos enzimáticos, químicos o fisicos
que rompen el DNA a1 azar. Estas enzimas defensir as
(se har.r descubierto cientos de ellas) protegen a1 DN.¿\
de los huéspedes bacterianos del DNA de organisnros
extraños (principalmente f-agos infectantes). Sin em-
bargo. sólo están presentes en las células que también
tienen una enzima asociada que metila el D){A del
huésped, haciéndolo un sllstrato no adecuado para la
digestión por parle de las enzimas de restricción. De
esta fbrma, los DNA metilasas sitio-específicas y las
enzimas de restricción siempre existen en pares en una
bacteria.

611. Tamaño Número Tamaño
Gen del gen de del mRNA
¡
(kb) ¡ntrones (kb)¡
(kb) ¡nrrones (kb)
p-globina 1.S . , O.U
lnsulina 1.7 2 ó.;
ReceptorB-adrenérgico 1 3 O 2.2
Albúmina 25 14 ,.¡
Receptor LDL 45 17 5.s
Factor Vllt 186 I 2s é.ó
Tiroglobulina OO0 36 á.;
560 .
Bioquímica de Harper
Cuadro 42-1. Variaciones en el
y complejidad de algunos genes
Y MRNA*
/L-
Cuadro 42-2. Endonucleasas de restricción sele6
y especifícidad de las secuencias.
El ligado de extremos cohesivos es técnicamente fá.-
cil, pero con fiecuencia se requieren algunas técnicas
tamaño
humanos
I
I
*
Los tamaños se proporcionan en k¡lobases (kb). Los tamaños de
los. genes- incluyen algunos promotores proximates y secuenc¡as
de la reg¡ón ¡eguladora; éstas por lo general son cas; del mismo
tamaño para todos los genes. Los genes varÍan en tamaño desde
cerca de 1 500 pares de bases (pb) hasta 2 x 1 06 pb. También exis-
te variación en el número de intrones yexones. Ei gen del receptor
p-adrenérgico tiene menos intronesjy el gen djla tiroglobulina
tiene 36 intrones. Como se obserm pór hJpequeñas diférencias
en los tamaños del mRNA, los intrones forman la mayor parte de
la secuerrcia genética.
Las enzimas de restricción reciben su nombre
a partir de la bacteria de la cual se aíslan.
por
ejem_
plo, EcoM deriva de Escherichia coli,y BamHI dértva
de Bacillus amyloliquefaciens (5rtadro 42J).En la en-
zima de restricción, las primeras tres letras son: la pri_
mera letra del género (E) y las dos prirneras letras de
la especie (co), seguidas por una áesignación de la
cepa (R) y un núinero romano (I) para indicar el orden de
su descubrimiento (p. ei., EcoRI, EcoRII). Cada una
de las enzimas reconoce y cofia una secuencia especí-
llca de doble cadena de1 DNA de 4 al pb. Estos cortes
resultan en extremos romos (Hpal) o éxtremos cohe-
sivos (que- se_ sobrepone n) @ámHI) (figura 42-2),
dependiendo del mecanismo usado por ia énzima. Los
extremos cohesivos son particularmente útiles en la
construcción de n.roléculas de DNA híbridas o quimé=
ricas (véase más adelante). Si los nucleótidos están
distribuidos al azar en una molécula deteminada de
DNA, se puede calcular con qué frecuencia una deter_
minada enzima corlará un fragmento del DNA. para
cada posición en la molécula de DNA existen cuatro
posibilidades (A, C, G y T), por tanto, una enzima de
restricción que reconoce una secuencia de 4 pb cor-ta,
en promedio, una vez cada256 pb (4.), en tánto que
otra enzima que reconoce una secuencia de 6 pb, cor-ta
yn1_Ir.1cada 4 096 pb (4r).Un determinado frágmento
de DNA.tiene u¡ arueglo lineal característico dé sitios
para vanas enzriltas, por tanto, se puede construir un
mapa de restricción. Cuando el DNA se dirige con
una determinada enzima, las tenlinales de todlos los
fragmentos tienen Ja misma secuencia de DNA. Los frag_
mentos producidos pueden aislarse por electroforesis
en agarosa o en poliacrilar-nida (véase más adelante la
información de transferencia de la lnancha ); éste es iln
paso esencial en la clonación y un uso imponante de
estas enzimas-
*
A, adenina; C, citosina; G, guanina; T, timina. Las flechas m;estra-
el s¡tio de corte; dependiendo del sitio, pueden generarse extremcs
cohesivos (BamHl) o extremos romos (Hpal). Lá long¡tud de las se_
cuencias de, reconocimiento puede ser de 4 pb (Taq tf , S pb (Eco R I {.
6 pb (EcoR/), o 7 pb (Mstll). Por convención, se escriben en la d¡r"o_
ción 5'a 3'para la cadena superior de cada secuencia de
reconocimiento, y la cadena inferior se muestra con la polaridac
opuesta (3'a 5'). Nótese que muchas de las secuencias dé rercno-
cimiento son palindromas (es deci¡ las secuencias se leen igual er
direcciones opueslas en las dos cadenas). Un residuo designadc
como N significa que se perm¡te cualquier nucleótido.
Otras enzimas que actúan sobre el DNA y el RN.{
son ulra paúe importante de Ia tecnología del DNA re-
combinante; muchas de ellas se ,nencionan en éste \
otros capítulos subsecuentes (cuadro 42-3).
Endonucleasa
Secuencia
de corte
Fuente bacterir¡¡
BamHl
¿
GGATCC
CCTAGG
t
Bacillus amy:s,,:-rla.
clens H
Bgllt
J
AGATCT
TCTAGA
t
Bacillus globi-c;,
EcoRl
.t
GAATTC
CTTAAG
t
Escherichiaca;t-."-
EcoRll
+
CCTGG
GGACC
t
Escherichia co¡¡R2!:
Hindlll
.t
AAGCTT
TTCGAA
t
Haemoph¡lus ¡nflü.-iz
&
Hhal
.t
GCGC
CGCG
t
Haemophilus haer.l,-
flcus
Hpal
.t
GTTAAC
CAATTG
t
Haemoph¡lus pare --
fluenzae
Mstll
J
CCTNAGG
GGANTCC
t
Cepas de Microcole":
Pstl
,t
CTGCAG
GACGTC
t
Providencia stuañi¡ i6!
Taql
J
TCGA
AGCT
l
Thermus aquaticusYT

612. Tecnología del DNA recombinante ' 561
A, Extremos cohesivos o escalonados
-GGATCC-
-CCTAGG-
B. Extremos romos
-GTTAAC-
-CAATTG-
-G
GATC C-
BamHl
-------------> r
-CCTAG
-GTT
Hpal +
------------->
-C
A A
Figura 42-2. Resultados de la digestión por
la endonucleasa de restricción. La digestión
con una endonucleasa de restricción puede
formar fragmentos de DNA con extremos
cohesivos (A) o extremos romos (B). Esta es
una consideración importante en el diseño de
estrategias de clonación.
G-
AAC-
TTG-
especiales para superar 1os problemas inherentes a este
procedin.riento. Los extremos cohesivos de un vector
se pueden volver a conectar consigo mistnos. sin una
ganancia neta de DNA. Los extremos cohesivos de
los fragmentos también se pueden pegar para formar
insefios l.reterogéneos uno tras otro. También, los ex-
tremos cohesivos pueden no estar disponibles o en
posición conveniente. Para superar estos problemas
se usa una enzima que genera extremos romos, y se
agregan nuevos extremos mediante el uso de la enzi-
ma transferasa terminal. Si se añade poli d(G) a la
terminal 3' del vector y una poli d(C) a la terminal 3'
dei DNA extraño, las dos moléculas sólo pueden pe-
garse una con otra; de esta manera se solucionan los
problemas mencionados previamente. Este procedi-
miento, llamado adición de residuos de homopolímero,
también genera un sitio de restricción Sma I, lo que
facilita larecuperación del fragmento. Algunas veces,
los oligonucleótidos sintéticos con una secuencia con-
veniente para una enzima de restricción se enlaza a la
terminal roma del DNA. El. enlace directo al extre-
mo romo se logra con la enzima T4 DNA ligasa del
bacteriófago. Esta técnica, aunque más difícil que el
enlace al extremo cohesivo, tiene la ventaja de unir
cualquier par de terminales. Las desventajas son que
no hay control sobre la orientación de la inserción, o
del número de moléculas unidas, y no existe una for-
ma fácil para recuperar el inserto.
l, exonucleasa
Transferasa terminal
Remueve nt¡cleótidos a partir de las terminales 5'del j Secuenciación del DNA.
DNA,
Polinucleótido cinasa
Transcriptasa reversa Sintetiza DNA a partir del molde de RNA.
Sl nucleasa
Transfiere fosfatos term¡nales (posición y) desde el
ATP a los grupos S'-OH del DNA o RNA.
Adiciona nucleót¡dos a las partes term¡nales 3' del
DNA.
Marcado con P3'?del DNA o RNA.
Adición de la cola de homopoli.nero.
Síntesis de CDNA a part¡r de mRNA; estud¡os de mapeo
de RNA (term¡nal 5').
Remoción de la "horquilla" en la siqtes¡s de cDNA; estudios
de mapeo del RNA (terminales tanto 5'como 3').
Cuadro 42-3. Algunas de las enzimas usadas en la investigación de DNA recombinante*
Enzima Reacción
§
Uso principal
Fosfatasa alcalina Desfosforila las term¡nales 5'dei RNA y DNA. Remueve los grupos 5'-PO4 antes del marcado de la cina-
sa para impedir el autoligado.
BAL 31 nucleasa Degrada tanto las terminales 3'como 5'del DNA. Acortamiento progresivo de las moléculas de DNA.
DNA ligasa Calal¡za los enlaces entre moléculas de DNA. Unión de moléculas de DNA.
DNA polimerasa I Sintetiza el DNA de doble cadena a partir de DNA de
una sola cadena-
Síntesis de cDNA de doble cadena; traducc¡ón del corte.
DNAasa I En condic¡ones aprop¡adas, produce cortes en la
cadena senc¡lla del DNA.
Traducción del corte; mapeo de los sitios hipersensibles.
Exonucleasa lll Remueve nucleótidos a part¡r de las terminales 3'del
DNA.
Secuenciac¡ón del DNA; mapeo de las interacciones
DNA-proteína.
Degrada DNA de una sola cadera.
*
Adaptado y reproducido con autorizac¡ón de Emery AEH: page 41. En: An Introduction to Recombinant DNA. Wiley, 1984.

613. (Capítulo 121
Una clona es una población grande de moléculas idén-
ticas, bacterias o céiulas. que surgen de un ancestro
común. La clonación permite la producción de un gran
número de moléculas idénticas de DNA. las cuales
pr-reden caracterizarse o usarse para otros propósitos.
E,sta técnica se basa en el hecho de que las moléc¡_rlas
de DNA quiméricas o híbridas pueden incorporarse
en vectores de clonación, por lo general plásmidos
bacterianos, fagos o cósmidos, los cuales a su vez con-
tinúan replicándose en la célula huésped bajo sus
propios sistemas de control. En esta forma se amplifi-
ca el DNA quirnérico. El procedimiento general se
ilustra en la figura 42 3.
Los plásmidos bacterianos son moléculas de DNA
peqr-reñas, circulares de doble cadena, cuya función
natural es la de conferir resistencia a los antibióticos a
la célula huésped. Los plásmidos tienen algunas pro-
piedades que los hacen extremadamente útiles con-ro
vectores de clonación. Existen como copias únicas o
rnúltiples dentro de las bacterias, y se replican inde-
pendientemente del DNA bacteriano. Se conoce la
secuencia completa de DNA de muchos plásmiclos.
por 1o que se dispone de Ia localización precisa de los
sitios de cofte de las enzimas de restricción para in-
sertar el DNA extraño. Los plásrnidos son rnás
pequeños que el cromosoma del huésped y, por tanto.
se pueden separar con facilidad de este último. y el
DNA deseado se remueve fácilmente mediante eI cor-
te del plásmido con la enzima específica para el sitio
de restricción en el cual se insertó el fragmento origi-
nal de DNA.
Por 1o general, los fagos tienen moléculas linea-
les de DNA en las cuales el DNA extraño puecle
insertarse en numerosos sitios para enzimas de res-
tricción. El DNA quiniérico se colecta después de que
el fágo pasa por su ciclo lítico, y produce parrículas
Endonucleasa
de restricción
EcoRl
Plásmido lineal
de DNA con extremos
cohesivos
DNA
ligasa
TTAA
Fragmento de DNA humano
cortado con la misma nucleasa
de restricción y conteniendo los
mismos extremos cohesivos
Molécula de DNA de plásmido con DNA humano
inserlado (molécula de DNA recombinante)
Figura 42-3. Uso de las nucleasas de restriccjón para formar nuevas moléculas de DNA recombinante o quimérico. Cuando
se reinsertan en ia célula bacteliana (qormedio del proceso llamado de transformación), el DNA de ptásmido se replica no
sólo a sí mismo, sino tarnbién al nuevo DNA insertado, fÍsicamente unido. Durante la recombinación de lbs exremos cohesivos
se regeneran las mismas secuencias de DNA, reconocidas por la misma enzima de restricción original, por lo que el DNA
clonado que se inserta puede ser cortado fuera del círculo dei plásmido recombinante con esta endonucleasa. Si una mezcla
de todos los fragmentos de DNA creados por tratam¡ento del DNA humano total con una sola nucieasa de restricción se usa
como fuente de DNA humano, se puede obtener algo más de un millón de tipos de moléculas de DNA recombinante, cada
una pura en su propia clona. bacteriana. (Modificada y reproduclda con autorizac¡ón de Cohen SN: The manipulation of genes.
Sci Am [July] 1975; 233: 34.)
Plásmido circular de DNA
AATT
562 .
Bioquín¡ica de Harper

614. madwas de fago infectantes. Una ventaja importante
de los fagos vectores es que mienhas los plásmidos acep-
tan fragmentos de DNA de cerca de 6-10 kb de longi-
tud, los fagos pueden aceptar fragmentos de 10-20 kb
-limitación
impuesta por la cantidad de DNA que
puede empacarse en la cabeza del fago.
Se puede clonar fragmentos grandes de DNA en
los cósmidos, los cuales combinan las mejores carac-
terísticas de los plásmidos y de los fagos. Los cósmidos
son plásmidos que contienen las secuencias del DNA
llamados sitios cos que se requieren para el empacado
del DNA lambda en la partícula del fago. Estos
vectores crecen en forma de plásmido en la bacteria,
pero ya que gran parte del DNA lambda innecesario
se ha removido, puede empacarse nlás DNA quimér!
co en la cabeza de lapartícula. Por lo regular, los cós-
midos llevan insertos de DNA quiméripo que son de
35-50 kb de longitud. Fragmentos aún mayores de
DNA pueden incorporarse en el cromosoma artificial
bacteriano (BAC), el cromosoma afifictal de levaduras
(YAC) o vectores P1. Estos vectores aceptarán y pro-
pagarán los insertos de DNA de algunos cientos de
kilobases o más y han reemplazado ampliamente a los
plásmidos, fagos y vectores cósmidos. Una compara-
ción de estos vectores se muestra en el cuadro 424.
La inserción de DNA en una r€gión funcional del
vector interferirá con la acción de esta región, por lo
o3re se debe tenerbuidado.de no intemrmpir una fun-
ción esencial del vector. Sin embargo, este concepto
puede explotarse para proporcionar una técnica de
Gen de resistencia
a la ampicilina
Tecnología del DNA recombinante .
563
Cuadro 4-4. Vectores clonados comunes
Tamaño del inserto
. dé DNA
PIásmido pBR322
Lambda charon 44
Cósmidos
BAC, P1
YAC
0.01-10 kb
1 0-20 kb
35-50 kb
50-250 kb
0.5-3 Mb
selección. Por ejemplo, el vector plásmido común
pBR322 tiene tanto genes resistentes a la tetraciclina
(tet) como a la ampicilina (amp). Un solo sitio Psrl
dentro del gen de resistencia amp, comúnmente se usa
como un sitio de inserción para un fragmento de DNA
extraño. Además de tener extremos cohesivos (cua-
dro 42-2 y figura 42-2), el DNA insertado en este
sitio altera al gen de resistencia amp y hace a la bacte-
ria con este plásmido sensible a la ampicilina (figura
Q4). Así, el plásmido progenitor, que proporciona
resistencia a ambos antibióticos, puede separarse fá-
cilmente del plásmido quimérico, resistente sólo a la
tetraciclina.
La combinación de las enzimas de restricción y de
varios vectores clonados permite que el genoma com-
Gen de resistencia
a la tetraciclina
Corte abierto
Pstl
......*
Después de ¡nsertar
el DNA del Psfl
Figura 42-4. Un método de búsqueda de recombinantes para fragmentos de DNA insertados. Usando el plásmido pBR322,
se inserta un fragmento de DNA en el sitio único Psf/. Esta inserción altera la codificación genética para una proteÍna que
confiere la resistencia a la ampicilina en la bacteria huésped. Por tanto, la clona que contiene el plásmido quimérico no podrá
sobrevivir cuando se coloca en un medio o sustrato que contiene este antibiótico. La sensibilidad diferencial a la tetraciclina
y a la ampicilina puede, por tanto, usarse para distinguir clonas de piásmidos que contienen un inserto.
Huésped pBR322
Quimérica pBR322
Vector
Pstl
Satt
Hindlll
Pstl
Pstl Satt

615. 564 . Bioquímica de Harper
pleto de un organismo se empaque denffo de un vector.
Una colección de estas diferentes clonas recombinantes
se llama biblioteca. Una biblioteca genómica se cons-
truye a partir del DNA total de una línea celular o de
un tejido. Una biblioteca cDNA representa la pobla-
ción de mRNA en un tejido. Las bibliotecas genómicas
de DNA se construyen, con frecuencia, mediante una
digestión parcial del DNA total con una enzima de
restricción que corta con frecuencia el DNA (p. ej.,
SauIIIA). La idea es generar fragmentos más grandes,
para que la mayoría de los genes se mantenga intacta.
Los vectores BAC, YAC y Pl son los preferidos, de-
bido a que contienen fragmentos muy grandes de DNA
y por tanto ofrecen una mejor oportunidad pard aislar
un gen intacto a partir de un fragmento de DNA.
.
Un vector en el que la proteína codificada por el
gen, introducido por la tecnología del DNA recombi-
nante, se sintetiza, se conoce como vector de expre-
sión. Estos vectores ahora se emplean para detectar
moléculas específicas de DNA en las bibliotecas y para
producir proteínas por medio de las técnicas de inge-
niería genética. Se construyen especialmente para
contener pros:ítores inducibles muy activos, codones
de iniciación de la traducción apropiados en fase, seña-
les de terminación tanto de transcripción como de üaduc-
ción y, si es necesario, señales de procesamiento de
proteínas. Algunos vectores de expresión también contie-
nen genes que codifican para inhibidores de proteasas,
para aumentar el rendimiento del producto final.
Se puede usar una variedad de moléculas para "sondear"
las biblioiecas en busca de un gen específico o una
molécula de cDNA, o definir y cuantifrcar DNA o RNA
separados por electroforesis a través de varios geles.
Las sondas, por 1o general, son fragmentos de DNA o
RNA marcados con un nucleótido que contenga P32.
El sondeo debe reconocer una secuencia complemen-
taria para ser eficiente. LJn cDNA sintetizado a pafiir
de un mRNA específico se puede usar para explorar
tanto en una biblioteca de cDNA para buscar un cDNA
mayor, o en una biblioteca genómica en busca de una
secuencia complementaria en la región codihcadora
de un gen. Una técnica popular para encontrar genes
específicos consiste en tomar una secuencia corta de
aminoácidos y, usando el tratamiento de codón para
esa especie (capítulo 40), elaborar una sonda de
oligonucleótido que detectará el fragmento correspon-
diente de DNA en una biblioteca genómica. Si la
secuencia comesponde de manera exacta. el sondeo
hibridizará l5 a 20 nucleótidos de largo. Los sondeos
de cDNA se emplearán para detectar fragmentos de
DNA por Southern blot y para detectar y cuantificar el
RNA en la transferencia del Northern blot. También se
pueden emplear anticuerpos específicos como sondas,
(Capítulo 42)
estipulando que el vector usado sintetiza moléculas
de proteínas reconocidos por ellas.
La visualización de un fragmento específico de DNA
o RNA entre los muchos miles de moléculas "conta-
minantes", reqr-riere de la convergencia de varias téc-
nicas, las cuales en conjunto se coltocen como trans-
ferencia de bandas. En la figura 42-5 se ilustrarr los
Figura 42-5. Proceso de transferencia de bandas. En una
transferencia de bandas Southern o de DNA, el DNA, aisla-
do de una línea celular o de un tejido, es digerido con una o
más enzimas de restricción. Esta mezcla se coloca dentro de
un pozo en un gel de agarosa o de poliacrilamida y expues-
ta a una corriente eléctrica directa. El DNA, que está cargado
negativamente, migra hacia el cátodo; los fragmentos más
pequeños se mueven más rápido. Después de un tiempo
apropiado, el DNA se desnaturaliza por la exposición a una
solución alcalina ligera y transferido a papel de nitrocelulo-
sa, en una réplica exacta del patrón sobre el gel, por la técnica
de bandas diseñada por Southern. El DNA se adhiere al papel
por medio de calor, y el papel después se expone a la sonda
de cDNA marcado, con lo cual se hibridan los fragmentos
complementarios sobre el papel filtro. Después del lavado,
el papel se expone a una placa de rayos X, se procesa para
revelar las bandas específicas correspondientes a los frag-
mentos de DNA que reconocieron las secuencias en la sonda
de cDNA. La banda de RNA, o Northern, es concepiualmente
similar. El RNA se somete a electroforesis antes de la trans-
ferencia de las bandas. Esto requiere diferentes pasos de
los de transferencia de DNA, principalmente para asegurar
que el RNA se mantenga intacto, y por lo general un tanto
más difícil. En el método de banda de proteína, o Western
blot, las proteínas se separan por electroforesis y se trans-
fieren a nitrocelulosa, y se prueban con un anticuerpo
específico u otra molécula de prueba. (Los asteriscos signr-
fican el marcado radiactivo.)
Northerm
"2/
fl
i
I
I
corur.
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Southern
o*o /
___/
t::=l
L]
I
+
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cor.ra"
Y
r]
L]
Western

616. procedimientos de la transferencia de Southern blot
(DNA), Northern blot (RNA) y Western blot (pro-
teínas). (El primero se nombra por la persona que
diseñó la técnica, y los otros nombres como un len-
guaje de laboratorio, pero ahora son términos acep-
tados.) Estos procedimientos son útiles en la determi-
nación de cuántas copias de un gen se encuentran en
un tejido determinado, o si existen alteraciones gran-
des en un gen (supresiones, inserciones o rearreglo).
En ocasiones, si una base específica se cambia y un
sitio de restricción se altera, estos procedimientos pue-
den detect¡r una mutación puntual. Las técnicas de
transferencia de las bandas Northern y Western se usan
para medir y cuanfificar RNA específico y para mo-
léculas de proteína, respectivamente. Una cuarta téc-
nica de hibridación,,la banda Southwestern, examina
las interacciones entre DNA y proteínas. Las proteí-
nas se separan por electroforesis, se renaturalizan y se
analizanparauna interacción por hibridación con una
sonda de DNA específica y marcada.
-
La colonia o hibridación en placa, es el método
por medio del cual las clonas específicas se identifi-
can y purifican. Las bacterias crecen en colonias sobre
una placa de agar y se cubren con papel filtro de nitro-,
celulosa. Las células de cada colonia se pegan en el
papel filtro y se fijan de manera permanente mediante
calor, el cual, mediante el tratamiento con NaOH, tam-
bién lisa las células y se desnaturalizael DNA, por lo
que se hibridará con la sonda. Se adiciona una sonda
radiactiva al papel filtro y después se lava, el comple-
jo híbrido se localiza mediante exposición del papel
filtro a una placa de rayos X. Por la correspondencia
de las bandas en la autorradiografía con las colonias,
éstas pueden separarse de la placa. Una estrategia si-
milar se usa para identificar fragmentos en las
bibliotecas de fagos. Repeticiones sucesivas de este
procedimiento resultan en un aislado de clonas (colo-
nias bacterianas) o en placas de fagos individuales.
Todos los procesos de hibridación mencionados
en esta sección, dependen de las propiedades especí-
ficas de apareamiento de bases de las cadenas de ácidos
nucleicos complementarios descritos previamente. Un
perfecto apareamiento produce híbridos fácilmente y
soporta las altas temperaturas de las reacciones de hi-
bridación y de lavado. Estos complejos también se
forman en presencia de bajas concentraciones de sa-
les. Un apareamiento imperfecto no tolera estas
condiciones rigurosas (es decir, elevadas temperatu-
ras y bajas concenffaciones de sales), de esta forma, la
hibridación no ocurre o se rompe durante el paso de
lavado. Las familias de genes, en las que existe cierto
grado de homología, se pueden detectar variando el
rigor de la hibridación, y los pasos de lavado. En las
comparaciones interespecíficas de un determinado gen
también se puede usar esta aproximación.
Tecnolagía del Dl¡rA recombinonte .
565
Se pueden analizar los segmentos de moléculas espe-
cíficas de DNA obtenidas por medio de la tecnoiogia
de1 DNA recombinante. en busca de la secirencia de
nucleótidos. Este método depende de tener un gran
número de moléculas de DNA idénticas. requerinrien-
to que se puede satisfacer mediante la clonación del
fragmento de interés, usando las técnicas descritas
previamente. El método manual enzimático (de
Sanger) emplea didesoxinucleótidos específicos qr-re
tetminan la síntesis de la cadena de DNA en nucleó-
tidos específicos, confbrme Ia cadena se sintetiza en
un molde purificado de ácido nucleico. Las reaccio-
nes se ajustan de tal manera que se obtiene una
poblacrón de fragmentos de DNA que representan la
terminación en cada nucleótido. Al tener una marca
radiactiva incorporada en el extremo opuesto al sitio
de terminación, se pueden separar los fra_umentos de
acuerdo con el tamaño usando electroforesis en gel de
poliacrilamida. Se hace una autoradiografia
-v
cada
uno de los fiagmentos produce una irnagen (banda) en
una placa de rayos X. Estas se leen para determinar 1a
secuencia del DNA (figura 42-6). Otro método ma-
nual, el de Maxam y Cilbert, emplea métodos quÍ-
micos para cofiar la molécula de DNA donde se en-
cuentran los nucleótidos específicos. Las técnicas que
no requieren del uso de radioisótopos, por lo general
se usan en la secuenciación automatizada de1 DNA.
El procedimiento más empleado es Llno en el que se
usan cuatro diferentes marcadores fluorescentes. cada
uno representa a un nucleótido y emite una señal es-
pecífica cuando se excita por un haz de ra¡-'os láseq
esto puede registrarse en una computadora.
La síntesis química automatizada de nucleótidos n-ro-
deradamente largos (cerca de 100 nucleótidos) de una
secuencia precisa, es en Ia actualidad un procedimiento
rutinario en el laboratorio. Cada ciclo de síntesis toma
algunos minutos, por 1o que una molécula completa se
puede elaborar mediante la síntesis de segmentos re-
lativamente coftos que pueden ligarse unos con otros.
Hoy en día, los oligonucleótidos son indispensables
para la secuenciación del DNA, la búsqueda en bi-
biiotecas, los estudios de cambios en la movilidad dei
DNA, la reacción en cadena de la polimerasa (véase
más adelante) y otras numerosas aplicaciones.

617. 566 . Bioqttímica de HarPer
Reacción:
ddGTP ddATPddTTP ddCTP
@
'6
o
o
e
o
o
IIJ
6
o
o
E
(ú
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(!
T
.,1ñ.]
ll
+étl
,,(lll
lll.l
AGTC
La reacción en cadena de la polimerasa (PCR) es un
método para amplificar una secuenciablanco delDNA'
La PCR proporciona un medio sensible, selectivo y
extremadiménte rápido de amplificación de una se-
cuencia deseada ¿et »Ne. La especificidad se'basa
en el uso de dos oligonucleótidos iniciadores que
hibridan con secuencias complementarias en cadenas
opuestas de DNA y flanquean la secuencia blanco (fi-
eilu:a az-:t). La muestra de DNA primero se calienta
[*u t"p*ut las dos cadenas, se permite quelos ini-
Liado."t se unan al DNA, y cada una de las cadenas se
copia mediante la DNA polimerasa, comenzando en
et sitio del iniciador. Las dos cadenas del DNA sirven
como molde para la síntesis del nuevo DNA a partir
de los dos iniiiadores' La repetición de los ciclos de
desnaturalizaciónpor calor, pegado de los iniciadores
a sus secuencias complementarias y la extensión de
los iniciadores pegados con la DNA polimerasa, re-
sultan en la amplificación exponencial de segmen-
tos d¿ DNA de longitud definida' En las primeras re-
acciones de PCR se usaba un DNA polimerasa de
(Capítulo 42.
Secuencia de la cadena original: '
* - A-G-T -C-T-T-G-G-
A-G- C-T-3',
u
l
A
l
l
l
l
l
T
Bases terminadas
Figura 42-6. Secuenciación de DNA por el método diseñado por sanger..Los aneglos "en escalera" representan' de la parte
¡nfer¡or a la superior, todos los fragmentos sr"es¡ua.áii" ,all"róo.1" la cadená de DNA original' Conociendo la reacción
específica de didesoxinucláOt¡áá"ór" ." llev¿ a caUá párá froOücir
cada. una de las mezclas de fragmentos' se puede
determinar la secuencia de nucleótidos de ra terminar #üá á;F;¡sóóijnác¡a
ta terminal no marcada leyendo el gel hacia
arriba. La secuenciación
"riorátii"áá
imptica ta tectuá'Jáááiox¡nucreóiidos
modificados por medios químicos' Las reglas
de apareamiento de bases Je át.il lói¡"r. (n-r'é--€iáñdlá iácuenc¡a de la otra cadena (complementaria)' (Los
asteiiscos significan el marcaje radiactivo')
E. coli que se destruía por cada ciclo de desnaturali-
zacíórtpor calor. La sustitución de un DNA polimerasa
estable al calor a partir de Thermus aquaticus, que es
un organismo que vive y se replica a 70 a 80 "C, solu-
cionó-este problema y ha permitido la automatización
de la reactión, debido á que las reacciones de la
polimerasa se pueden llevar a cabo a 70 "C' Esto ha
mejorado la especificidad y el rendimiento de^DNA'
"
Secuenciai de DNA tan cortas como de 50 a 100
pb y tan largas como de 10 kb, se pueden amplificar'
'V"i"t"
ciclo-s proporcionan una amplificación de 106'
y 30 ciclos ¿é tÓ'. La PCR permite que el DNA de
una sola célula, de un folículo piloso o de esperma se
amplifique y analice. De esta rnanera, las aplicaciones
ae ü
pC'n
en la medicina forense son obvias' La PCR
también se usa 1) para detectar agentes infecciosos'
en especial virus latentes;2) pata hacer diagnósticos
genéticos prenatales; 3) para detectar polimorfismos
áléli"or; +¡ pura establecer el tipo de tejido preciso
para trasplantes; y 5) para estudiar la evolución, usan-
io el oÑe de muestras arqueológicas' Existe un
número igual de aplicaciones de la PCR a problemas
en cienciás básicas, y nuevas aplicaciones se desarro-
llan cada año.
u
ñ
T

618. Tecnología del DNA recombinante . 567
'\/\/\/ a ^ l \/\/\/'
5ecuencta Dlanco
ctclo l
t""'
ctclo 2
CICLO 3
<ffi
r----]->
,rzrrrfu
V VV
LAS APL¡CAGIONES PRÁCTICAS
DE LA TECNOLOCíR OE OTi¡R
RECOMBINANTE SON NUMEROSAS
El aislamiento de un gen específico a partir de un
genoma completo, requiere de una técnica que discri-
mine una parte en un millón. La identificación de una
región reguladora que puede ser de sólo 1 0 pb de longi-
tud, requiere de una sensibilidad de una parte en 3 x
1 08;
un padecimiento como la anemia de células falciformes
es causado por el cambio de una sola base, o una pa.rte en
3 x 10e. La tecnología del DNA recombinante es 1o
suficientemente poderosa para lograr todas estas cosas.
El mapeo genét¡co localiza genes
específicos en d¡ferentes cromosomas
La localización genética puede definir un mapa del
genoma humano; esto proporciona información útil en
la definición de las enfermedades en los humanos. La
hibridación de células somáticas y la hibridación in
situ, son dos técnicas que se usan parallevar a cabo el
mapeo genético. En la hibridaciínin situ, el procedi-
miento más simple y directo, una sonda radiactiva, se
adiciona a cromosomas en metafase extendidos en un
portaobjetos. Elírea exacta de hibridación se localiza
mediante una capa de emulsión fotográfica sobre el
portaobjetos, y después de la exposición, los gránulos
se alinean con alguna identificación histológica del
cromosoma. La técnica de fluorescencia en la hibri-
dacién in situ (FISID es una técnica muy sensible
que también se usa para este propósito. Con frecuen-
cia, esto ubica al gen en una posición, en una banda o
región del cromosoma. Algunos de los genes huma-
nos que se localizan usando estas técnicas se enlistan
en el cuadro 42-5.
Este cuadro representa sólo un muestreo, debido
a los cientos de genes que se han mapeado. Con segu-
ridad este mapa genético será más completo en los
próximos años, y el esfuerzo de secuenciar el genoma
humano completo está, en la actualidad, prácticamente
concluido. Se pueden enunciar las siguientes conclu-
siones: 1) Los genes que codifican para las proteínas
con funciones similares se pueden localizar en cro-
*
Figura 42-7, La reacción en cadena de la pol¡merasa se
usa para ampl¡ficar secuencias específicas de genes. El DNA
de doble cgdena se calienta para separarlo en cadenas indi-
viduales. Estas se unen a dos distintos iniciadores dirigidos
a secuencias específicas en las cadenas opuestas y que
definen el segmento que será amplificado. La DNA polime-
rasa extiende los iniciadores en cada dirección y sintetiza
dos cadenas complementarias a las originales. Este ciclo
se repite varias veces, originando un producto amplificado
con una secuencia y una longitud definidas.'
'fnrf@
@
ffi
ffirrrrrmrlrlru""q
@
CICLOS 4-n

619. Cuadro 42-5.Localización de los genes humanos*
568 . Bioquímica de Harper (Capítulo 42 t
Enfermedad
Deficiencia de la hormona del crecimiento
otalasem¡a
Btalasemia, células falciformes
Deficiencia de Ia adenosina desam¡nasa
Fen¡lcetonuria
Sindrome de Lesh-Nyhan
Corea de Huntington
Cromosoma
lnsulina
Prolactina
Hormona de crecim¡ento
cr-globina
B-globina
Adenosina desaminasa
Fenilalanina hidroxilasa
Hipoxanti na-guanina fosforri bos¡ ltransferasa
DNA segmento G8
11 p15
6p23-q1 2
1 7q21 -qter
1 6p1 2-pter
11p12
20q1 3-qter
12q24
Xq26-q27
4p
" Este cuadro indica la localización cromosómica de algunos genes y las enfermedades ünculadas con la producción deficiente o anormal
de productos genéticos. El cromosoma involucr-ado está indicado por el primer número o letra. Los otros números y letras se refieren a las
localizaciones precisas, lal como se definió en McKusick VA'. Mendelian lnheritance ¡n Man,6lh ed. Johns Hopkins Univ Press, 1983.
mosomas separados (cr y
B-globina).
2) Los genes que
forman pafie de una familia, también pueden estar en
cromosomas separados (hormona de crecimiento y
prolactina). 3) Los genes involucrados en muchos pa-
decimientos hereditarios, que se sabe que se deben a
.l.f,ciencias en proteínas específicas, incluyendo las
condiciones ligadas al cromosoma X, también se lo-
calizan en sitios específicos. Quizás resulta de más
interés el hecho de que, debido a la disponibilidad de
fragmentos de restricción definidos y clonados, se
determina lalocalizacíón cromosómica de cientos de
padecimientos, por ejemplo, la corea de Huntington
en el cromosoma 4, fibrosis quística en el cromosoma
7, padecimiento renal poliquístico del adulto en el
cromosoma 16,y la distrof,ra muscular tipo Duchenne
en el cromosoma X. Una vez que el defecto se ha 1o-
calizado en unaregión del DNA que tiene ia estructura
característica de un gen (figura 42-l), se puede cons-
truir un gen sintético, y expresarlo en un vector
apropiado así como valorar su función, o bien se pue-
de sintetizar un péptido putativo, deducido del marco
abierto de lectura en la región de codificación. Se pue-
den usar anticuerpos dirigidos contra este péptido para
valorar si éste se presenta en personas normales y si
está ausente en aquellas con el síndrome genético. En
el capítulo 63 se mencionan muchas técnicas usadas
paralocalizar genes y establecer la relación con pade-
cimientos específicos.
Se pueden produc¡r proteínas para
i nvestigación y diagnóstico
Un objetivo práctico de la investigación del DNA
recombinante es la producción de materiales para la
aplicación biomédica. Esta tecnología tiene dos dife-
rentes valores: 1) Puede suministrar grandes cantidades
de material que no se podrían obtener por métodos
convencionales de purificación (p. ej., interferón, factor
de activación del plasminógeno). 2) Puede proporcionar
material humano (p. ej., insulina, hormona de creci-
miento). Las ventajas en ambos casos son obvias.
Aunque la intención prin.raria es suministrar produc-
tos, por lo general proteínas, para el tratarniento
(insulina) y cliagnóstico (prLreba de SIDA) de padeci-
mientos hunranos y de otros anilnales, así como pala
la prevención de enfennedades (vacuna de hepatitis
B); eristen otras aplicaciones comerciales reales r
potenciales. en especial en la agricultura. [,rn ejemplcr
de esto último es el intento para diseñar plantas más
resistentes a la sequía o a temperalirras exlrer-nas. o
más ellcientes en la lijación de nitrógeno.
A. Variaciones génicas normales
Existe una variación normal de la secuencia del DNA
como ocun e con aspectos más obvios de la estrnctura
humana. Estas variaciones, o polimorfismos, ocun'en
aproximadamente una en cada 500 nr¡cleótidos. o cer-
ca de I 0r veces por genoma. Sin dudahay alteraciones
e inserciones del DNA. así como sustituciones de una
sola base. En personas sanas, estas alteraciones ocu-
rren. obviamenle, en regiones no codificadoras del
DNA, o en sitios que no causan cambios en la función
de la proteína codif,rcada. Este polimorfismo, hereda-
ble, de la estructura del DNA. puede relacionarse col
ciefios padecimientos dentro de un gran grnpo,
.v
se
puede usar para la investigación de los genes especifi-
cos involucrados. como se ilustra más adelante
También se plrede usar en uua variedad de aplicacio-
nes en nledicina lorense.
B. Variaciones génicas
que causan enfermedades
Los gelretistas clásicos pensaron que mr-rcl.ros de lt s
padecin.rientos genéticos se debían a mutacioues pur-
tuales que resultaban en una proteína alterada.iEsii
podr'ía ser cierto, pero si se leen las secciones ir.riciale.
de este capítulo, se puede predecir que las enl-ermed¡-
des genéticas podrían generarse por un desan'eg1i. .1.
Gen

620. cualquier paso ilustrado en la figura 42-1, lo qr,re re-
p1'esenta una evaluación adecuada.
Este punto es ciararnente ilustrado por e1 examen
del gen de la p-globina. Este gen se localiza en rin
conglomerado en el cromosoma 11 (ligura 42-8), y
una versión expandida del gen se ilustra en ia 1'rgura
42 9. La producción defectuosa de la p-globina re-
sulta en una variedad de enfenr-redades y se debe a
muchas lesiones diferenies en y alrecledor del gen de
1a p-globina (cuadro 42 6).
C. Mutaciones puntuales
El ejemplo típico es el padecimiento de células
falciformes. ocasionada por la mutación de una sola
base de las 3 r l0e dentro clel genoma. una sustitución
de T por una A en el DNA, lo cual se traduce en un canl-
bio de A por U en el mRNA correspondientc' al sextr,
codón del gen de la p-globina (ligura 7-20). El codóa
alterado especifica un aminoácido difbrente (r,alina por
ácido glutámico) y esto causa una anormalidad estruc.
tural de la molécula de la p-globina. Otras mutacione;
puntuales en y alrededor del gen de la
B-globina"
re-
sultan en una disminilción, o en algr,rnos casos en la no
producciórr de la
B-globina;
la
B-talasemia
es ei resul-
tado de estas mutaciones. (Las talasemias se caracte-
rizan por defbctos en la síntesis de las subunidades de
la hemoglobina. y la p-talasemia se produce cuando
es insuficiente Ia producción de la p-globina.) En la
ligura 42 9 se ilustra que las mutaciones puntuales
que afectan cada uno de los muchos procesos
involucrados en ia generación de un mRNA norrnal (y
Tecnología del DIVA recombinanÍe .
569
Cuadro 42-6. Alteraciones estructurales del gen
de la p-globina
.. Función
A¡IETACION
afectada
Enfermedad
Mutaciones pun- Doblado de la proteÍna Enfermedad de las
tuales células falciformes
Controltranscripciona¡ 0lalasemia
Mutaciones en ei cam- otalasemia
bio de marco y sin sen-
tido
por tanto" de una proteína normal) se han implicado
como una eausa de
fl-talasernia.
D. Supresiones, inserciones
y rearreglos del DNA
Los estr-rdios en bacterias, r,irus, levaduras y moscas
de 1a fiuta muestran que se pueden rnover l¡agmentos de
DNA de un lugar a otro dentro del genoma. I.a supre-
sión de un fiagmento crítico de DNA, e1 rearreglo de1
DNA clentro de un gen, o la inserción de un fragmento
c1e DNA en una región de codilicación o reguladora,
pueden cambiar la expresión genética, resultando en una
enfemedad. Por otra pafte. un análisis molecular de
la
B-talasernia
prodllce nlurerosos ejemplos de estos
ryBAyG1
10 kb
H emog lo bino patía
flo-talasemia
¡30-talasemia
Hemoglobina Lepore
(Ay¿t13)o-talasemia
Figura 42-8. Representación esquemát¡ca del conglomerado del gen de la p-globina y de las lesiones en algunos padeci-
mientos genéticos. El gen de la B-globina se localiza en el cromosoma 11, con una cercana asociación con los dos genes de
la y-globina y el gen de la 6-globina. La familia del gen
B se arregla en el orden 5'-e-Gy-AT-ryb-6-P-3'. El locus s se expresa en
las primeras etapas de la vida embrionaria (are"). Los genes y se expresan en la vida fetal, eiaborando la hemoglobina fetal
(HbF, oryr). La hemoglobina del adulto consiste en HbA (cepr) o HbA, (er6r). El (B es un pseudogén que t¡ene una homología
de secuencia con la p, pero contiene mutaciones que impiden su expresión. Una región del sitio de control (LCR) localizado
corriente arriba (5') del gen e controla la tasa de transcripción de todo el conglomerado del gen de la p-globina. Las supresio-
nes (barras sólidas) del locus p, causan la Btalasemia (deficiencia o ausencia de
[[30] de la B-globina). Una alteración de 6 y
B causa la hemoglobina Lepore (sólo la hemoglobina ü está presente). Una inversión (Ay6p)0 en esta región (barras colorea-
das) interrumpe la función genética y también resulta en talasemia (t¡po lll). Cada tipo de talasemia tiende a encontrarse en
un determinado grupo de personas, por ejemplo, la supresión de la inversión (Ay6B)0 ocurre en personas de la lndia. Se han
mapeado muchas más supresiones en esta región y cada una causa algún tipo de talasemia.
I
I
I
Supresión Producción de mRNA
Bo-talasemia
Hemoglobina
Lepore
Rearreglo Producción de mRNA
B-talasemia tipo lll

621. (Capítulo 1) t
000 0
II I I
Ti
AA
00
-j-
I
TT
AA
I
o
Figura 42_9. Las mutaciones en el gen de la p-globina causan Btalasernia.^El
gen de la p-globina se muestra en la orienta-
ción de 5. a 3.. Las áreas sombreadás y cruzada6 inoil* ür r"siones s' y 3'.nó traducidásl Leyendo en la dirección de 5' a
3,, tas áreas sombreadas.lnloiáro,i".
r-¡ v ros eJóa;ü;;É;;;;". í"¡ i1'3*" 1 v 2 La! mutaciones que afecian el
control de la transcripción (.) se localizan en la regiónáel DNA que flanquea.6;. quóro. de mutaciones sin sentido (l)'
mutaciones en er proc::amiánto der RNA (0). ¡, ¡nr,u6Jn""J"il"i;ijf'6] ÑÁ el.Z r,,it identificado v están indicadas En
atgunas regiones
""
nun
"nlonir;;;
;;ñ# ín,t,"ián-ut]
"tiáñ
iÁoicuOut por los paréntesis rectangulares'
Drocesos. en particular de las supresiones' como una
:;iil6 ü ert"t e¿ad (figura 42-8)' Los conglo-
;;;; del gen de la gl'o6ina parecen ser particu-
larmente propensos a esta lesión' Las alteractones en
"f """gf.r""ái"¿o
de la p-globina, localizados,en el
cromosoma 6, causan cr-talasemia' Existe una fuerte
relación étnica para muchas de estas supreslones' por
iá q"" tut p"rrorut del norte de Europa' filipinos' ne-
;;;'a
"
def Mediterráneo, tienen diferentes lesiones'
iááur'."tuttuntes en la ausencia de hemoglobina A y
o-talasemia.
-
-_Ú"
análisis similar se podría llevar a cabo para
varios padecimientos. Las mutaciones puntuales pof
to g"n¿rd se definen por secuenciaclón,f¡\gen
en
cuátión, aunque en ocasiones, si la mutación destruye
;;;;;; sitio para la enzima de restricción' la técnica
áe análisis del fragmento de restlicción se puede usar
iara localizar la lesión. Las supresiones o inserciones
á;óÑA ;"yor a 50 pb puedón, oon,frecuencia' de-
tectarse por át procedimiento de Southqrn blot'
'
,. onárr"," de la ascendencio
l
-ia
enfermedad de las células falciformes nuevamente
n.oror"iorru un eiemplo excelente de cómo la tecno-
íágiJ"i oÑ¿. recombinante se puede aplicar al estudio
d""ái"t-"¿udes humana§.lla sustitución d-e T por A
",
tu
"u¿"rru
-olde
de DNA en el gen de la B-globina'
;;-bi;át"""encia en la región que corresponde al
sexto codón de
v destruve un sitio de reconocimiento para la enzima
á. ,.ttií..ió" Msrl1 (CCTNAGG; denotado por las
¡"Ja. ,.rticales; cuadro 42-2)' Otros sitios Msl[1 5
I ¡; u puttit de este sitio (figura 42 l0) no
:on
afecta-
áÁ v,
p"it""to, serán corlados' Portanto' la incubación
aet óÑ,4' de personas sanas (AA), heterocigóticas (AS )
, l.,ornocieóiicas (SS), resulta en tres patrones dif'e-
"."1.r
." fí t..nsferencia Southem (figura 42- 10)' Esto
ii"tt*
"O*o
e1 DNA de la ascendencia se puede esta-
ble.e, ,sando los principios mencionados
-en
este
.rpli"f". El análisishe la aicendencia se ha aplicado a
;;;;;;t"t padecimientos genéticos, y es muv úti1 en
uq"effot ocasionados por supresión e inserciones' o
.i .uro, raros en los óuales éstá afectado un sitio de
.áJ"-p"t *¿"nucleasa de restricción' como en el ejerr-
pio .itu¿o en este pánafo' El análisis se facilita por
il.¿i" ¿. la reacción PCR, la cual podría proporcio-
nar suficiente DNA para el análisis a partir de unos
cuantos eritrocitos nucleados'
F. Diagnóstico Prenatal
Si se cánoce 1a lesión genética y si se dispone de una
sonda específica" es pósible el diagnóstico prenatal
El DNA'de células obtenidas de cantidades tan pe-
queñas con,o l0 rnl- de líquido amniótico.(o por urll
üi;pti" de1 vello coriónico) se puede analTar pol lrr
;Jüi;; Je ffansferencia Southem blot' Un feto con el
natróll de restricción AA en la ligura 42 -l0llo lierl'
Lna enfennedad de células falciformes' ni tampoco e'
o, u"u..audo.; un f'eto con Lln patrón SS desarrollar':
iu ent r*edad. En la actualidad se dispone de pmeba'
fuiu
"tt.
tipo de análisis de muchas ent-ern.redades g"-
l.réticas.
'té. Potimortismo de ta tongitud
i;det fragmento de restricción (RFLP)
"iu,
áit¿-..n.tas, en la secuencia de DNA'.merlci(rr1'
-
das previamente, pueden resultar en varloclofleS
e 11 1i :
sitios de restricción y de esta manera' en la lorrgit -c
4
{
t
t
t'
?
J
CCTGAGG
G G A CoC^C
I
a
CCTGTGG
GGAC@CC
cadena de codificación
cadena molde
cadena de codificación
cadena molde
T
o

622. Tecnología del DI'{A recombinante .
571
A. Sitios de restricc¡ón Mstll ahededor y en el gen de la p-globina
Normal (A) 5'
Falciforme (S) 5'
B. Análisis de la ascendencia
E
-
Tamaño del
f ragmento
1.35 kb
1.15kb
FenotipoASAS
Figura 42-10. Análisis de la ascendencia de la enfermedad de células falciformes. En la parte super¡or de la figura (A) se
muestra la primera parte del gen de la p-globina y los sitios de la enzima de restricción Msttl en los genes de la p-globina
normal (A) y de células falciformes (S). La digestión con la enzima de restricción Msfl/, resulta en fragmentos de DNA de 1 .1 5
kb y de 0.2 kb de longitud en personas normales. EI cambio de T por A en las personas con la enfermedad de células
falciformes, suprime uno de los tres sitios Msll/ alrededor del gen de la p-globina; por tanto, un solo fragmento de restricción
de 1.35 kb de longitud se genera en respuesta al Mstll. Esta diferencia en tamaño se detecta con facilidad en el Southern blot
(B).(El fragmentode0.2kbpodríallegaraestarfueradel gel enestailustración.) El análtsisdelaascendencia muestratres
posibil¡dades: AA= normal (círculos abiertos); AS= heterocigótico (círculos semisólidos, cuadrados semisólidos); SS=
homocigótico (cuadrados sólidos). Este enfoque perm¡te el diagnóstico prenatal de la enfermedad de células falciformes
(cuadrados con líneas punteadas por fuera con un triángulo sólido hacia la derecha).
i
de los fiagmentos de restricciónl Una difbrencia here- DNA en un fragmento de restricción (p. ej., 1as talase-
dada en el patrón de restriccién (p. ej., una variación mias), y tiene una utilidad probada como herramienta
en el DNA que ocuffa en más de I % de la población de diagnóstico. Se les ha encontrado en un sitio gené-
general), se conoce como polimorflsmo de la longitud tico conocido, así como en secuencias cuya función
del fi'agmento de restricción o RFLP. Se ha construido no se conoce, de esta manera los RFLP pueden alteral'
un mapa RFLP extenso del genorna humano. Este ha la función del gen o no tener.onr..r.rcias biológicas.
sido de probada utilidad en e1 proyecto de secuen- Las RFLP son hereditarias y se segregan en lbr-
ciación del genoma humano, y es un componente rna mendeliana. Su uso principal (en la actualidad se
importante del esfuerzo para comprender varias en- conocen miles) está en la definición de enfermedades
fermedades de uno o múrltiples genes. El RFLP resulta hereditarias en las que se desconoce la deficiencia fun-
del cambio de una sola base (p. ej., la enf'emedad de cional. Los RFLP se pueden emplear para establecer
células f'alciformes) o supresiones o inserciones de grupos de unión, Ios cuales a su vez, por el proceso de

623. 572 . Bioquímica de Harper (Capítulo 1)
cromosoma arnbulante, eventualmente definirán el '
sitio de Ia enfermedad. En este cromosoma (figura 42-It7,
'
un fragmento que representa un extremo de un frag-
mento grande de DNA se usa para aislar otro que se
sobrepone, pero que extiende al primero. La dirección
de la extensión se determina por el mapeo de restric-
ción y el procedimiento se repite de manera secuencial
hasta que se obtiene la secuencia deseada. Los pade-
cimientos relacionados con el cromosoma X son
particularrnente aceptables para este enfoque, debido
a que sólo se expresa un alelo. Por tanto,2OTo del RFLP
<lefinido está en el cromosoma X, y existe un mapa de
eslabonamiento razonablemente completo de este
-,'omosoma. El gen para el padecimiento relacionado
con el cromosoma X, distrofia muscular tipo
Duchenne, se ha encontrado mediante RFLP. De ma-
nera similar, el defecto en la corea de Huntington se
ha localizado en la región terminal del brazo corto del
cromosoma 4,y el defecto que causa la enfermedad
poliquística renal está relacionado con el sitio de la s-
globina en el cromosoma 16.
H. Palimortismos del DNA microsatélite
Las unidaries cortas (2-6 pb) de DNA heredables repeti-
das una tras otra ocufl en en cerca de 50 000 a I 00 000
veces en el genoma humano (capítulo 38). Debido a que
se presentan con mayor fiecr.rencia. están reemplazando
a los RFLP como el /oc¿r.v tnarcador para varias ittves-
tigaciones del genoma. (Véase también el capítulo 63.)
L Los RFLP y VNTR en medicina forense
Núrmero variable de unidades repetidas (\¡NTR) son
un tipo común de "inserción" que resulta en un RFLP.
Los NTR pueden ser hereditarios. en cuyo caso son
útiles en el establecimiento de la asociación genética
con rrn padecimiento en una familia o en una pobla-
ción: o pueden ser útricos para Llna persona y de esta
malrera, servir como una hr-rella digital molecular de
esa persona. i
J. Terapia génica
Las enfermedades causadas por la defrciencia de un
producto genético (cuadro 42-5), son sujetas a una
terapia de reemplazo. La estrategia es clonar un geli
(p. ej'., el gen que codifica para la adenosin¡
desaminasa) en un vector que será fácilmente captura-
do e incorporado al genoma de una célula huésped.
Las células precursoras de la médula ósea se investi-
gan para este propósito, debido a que se supone que
se volverán a establecer en la médula y ahí se replica-
rán. Los genes introducidos podrían iniciar la direcciótr
de la expresión de sus productos proteicos, y con ellos
se podría cor:regir la deficiencia en la célula huésped.
,i,
¡<. A n i m at e s tra n sgé n i c os
"Ei
reemplazo de los genes de ias células somáticas
mencionadas anteriormente podría, obviamente, no
pasar a los descendientes. Se han diseñado otras estra-
tegias para alterar las células germinales, pero sólo se
han probado en animaies experimentales. pn porcen-
taje de genes inyectados en un óvulo feitilizado de
ratón, se incorporará al genoma y se encontrará tanto
en células somáticas como germinales. Se han esta-
blecido cientos de animales transgénicos y esto ha
probado ser de utilidad para el análisis de ios efectos
tejido-específicos sobre ia expresión genética y los
efectos de una sobreproducción de productos genéticos
(p. ej., aquéllos a partir del gen de la hormona del cre-
cimiento o los oncogenes) y en el descubrimiento de
los genes involucrados en el desarrollo, un proceso
que hasta ahora ha sido difícil de estudiar. El enfoque
transgénico recientemente se ha empleado en ratones
para corregir una deficiencia genética. El huevo ferti-
lizado obtenido de ratones con hipogonadismo
genético se inyectó eon DNA que contenía la secuen-
cia de codificación de la proteína precursora de 1a
hormona liberadora de gonadotropina (GnRH). Este
gen se expresó y se reguló de manera normal en el
hipotálamo de cierto número de ratones resultantes, I
DNA intacto 5'
Figura 42-11. Técnica de cromosoma ambulante. El gen X se debe aislar a partir de un fragmento grande del DNA S:
desconoce la localización exacta de este gen, pero se dispone de una sonda (*-) dirigida contra un fragmento de DN-
(en esta ilustración se muestra en la terminal 5'), asi como de una biblioteca que contiene una serie de fragmentos de DNA q-=
se sobreponen. Sólo se muestran cinco de ellos. [,a sonda inicial sólo hibrida con las clonas que contienen fragmento 1, e] c-:
puede aislarse y usarse como una sonda para detectar el fragmento 2. Este procedimiento se repite hasta que el fragmenl-
4 hibrida con el fragmento 5. el cual contiene la secuencia completa del gen X.
f----
G",, x ---- l
3
Frasmentos
I
t
Sonda
inicial
:
A-

624. estos animales resultaron normales en todos los as-
pectos. Por tanto,
.su
descenciencia no mostró dell-
ciencia de GnRH. Esta es la evidencia de la expresión
dei transgén en las células somáticas y de su manteni-
n.riento en las células geminales.
En animales transgénicos se adicionan una o más co-
pias de un gen al genolna, y finalmente no existe forma
úe controlar dónde resida el gen. Una aproxirnación
cornplementaria
-y
mucho más dil'ícil-- inclu,ve la
remoción selectiva de un gen del gerroma. Los anirna-
les con noqueo ger.rético (por lo generai ratones), se
generan creando una mutación que inactiva totalmen-
te la función de un gen. Esto se empleapara reemplazar
¡-rno de los dos genes en una célula germinal embrio-
naria. para crear un animal transgénico heterocigóticoiEi
apareamiento de dos animales, por genética mendeiia-
na, resultará en Ltna mutación homocigótica en l59n
de Ia descendencia. Se han desarollado algunos cientos
de cepas de ratones con genes especílicos inactivados.
En la actualidad se puede aplicar una variedad de técni-
cas muy sensibles para el aislamiento y cáracterización
de genes y cuantificación de productos genéticos. Un
concepto fundamental es de carácter central para es-
tas técnicas: los pares de bases complementarias
forman puentes de hidrógeno entre ellas
-A
con T y
G con C. En la clonación del DNA, un segmento pat-
ticular deDNA seremueve de su medio normal usando
una de muchas de las endonucleasas de restricción.
Éstos, a su vez, se unen a uno de varios vectores, en
los cuales el segmento de DNA puede amplificarse y
ser producido en abundancia. Resulta relativamente
fácil aislar el DNA clonado, que puede ser secuenciado
para usarse como sonda en uno de varios tipos de re-
acción de hibridación para identificar oúos fragmentos
de DNA relacionados o adyacentes, o bien se usan para
cuantificar los productos genéticos como el mRNA.
La manipulación del DNA para cambiar su estructura,
también llamada ingeniería genética, es un elemento
importante en la clonación (p. ej., la construcción de
moléculas quiméricas), y también se puede usar para
el estudio de la función de cierto fragmento de DNA y
paruanalizar cómo se regulan los genes. Las molécu-
las quiméricas deDNA se introducen a las células para
la elaboración de células hansfectadas o bien en oocitos
fertilizados para la generación de animales transgé-
nicos. Estos enfoques se usan para el estudio de la
regulación genéticaen un contexto celularnormal y para
Tec'nología del DIVA recombínante .
573
alterar la función celular. Las técnicas en las que se
involucra el DN,A clonado se emplean para localizar
genes en regiones específ,icas de los cromosomas, para
identificar los genes responsables de las enfemedades,
para estudiar cómo la regulación genética defectuosa
causa padecimientos. para diagnosticar padecir.nicn-
tos genéticos, y en fbn.na creciente" para el tratamiento
de los padecimientos genéticos.
ARS: secuencia de replicación autónoma: e1 oris.-l
de la replicación en levadu¡as.
Autorradiografía: detección cie rnoléculas ladiactivas
(p. e¡., DNA, RNA, proteínas) mediante Ia r isuaii-
zación de sus eibctos sobre unapelícula ibtográfica.
Bacteriófago: virus que infecta a una bactena.
Biblioteca: colección de fragmentos clonacios r'iue re-
presentan al genclma completo. Las bibliotecas pue-
den ser tanto de DNA genómico (en el cuai intrones
y exones están representacios) o de cD¡"A (donde
sólo los exones están representados).
cDn-A: mol écuia de DNA de cadena sencilla comp l emen,
taria de una molécula de mRNA y que se sintetiza
por la acción de una transcriptasa reversa.
Clona: gran nirmero cle células o nrolécu1as idénticas
con Lrna sola célula o r¡olécula progenitora.
Cósmido: plásmido en el cual las secLrencias de DNA de
bacteriófagos larlrbda que son necesatil¡s para el ei.n-
pacado de DNA (sitios cos) han sido insenadasi esro
permite al DNA del plásmido serempacado in vihtt.
DNAcon extremo romo: dos cadenas de Lrn DNAdobie
quc tienen terminales que se nir,elan Lrnas con otras.
DliA con extremos cohesivos: cadenas cor.nplen'ien-
tarias simples de DNA qr-re sobresalen de ten.ninales
opuestas de un DNA doble. o de terminales de di-
ferentes rnoléculas dobles (i'éase también DNA con
extremo romo, líneas arriba).
DNA recombinante: DNA alterado que resulta de la
inserción de una secuencia de desoxinucleótidos r.lo
presente previanrente en una lnolécr-rla de DNA
existente por medios químicos o enzimáticos.
Empalme: remoción de intrones dei RNA acompaña-
do por Ia unión de sus exoues.
Endonucleasa: enzima que cofta los enlaces intemos
de DNA o RNA.
Enzima de restricción: endodesoxinucleasa que causa
corles en ambas cadenas del DNA en sitios alta-
mente específicos por su secuencia de bases.
Excinucleasa: nucieasa de escisión involucrada en el
intercambio de nucleótic'los para reparación del DNA.
Exón: secuencia de un gen qlle se representa (expre-
sado) como mRNA.

625. 574 . Bioquímica de Harper
Exonucleasa: enzima que corta nucleótidos a partir
de las partes terminales 3' o 5'del DNA o RNA.
Hibridación: reasociación específica de cadenas com-
plementarias de ácidos nucleicos (DNA con DNA,
DNA con RNA, o RNA con RNA).
Horquilla: tramo helicoidal doble formado por el apa-
reamiento de bases entre las secuencias complemen-
tarias vecinas de una sola cadena de DNA o de RNA.
Huella: el DNA con una proteína unida es resistente a
la digestión por enzimas DNAasas. Cuando una
reacción de secuenciación se lleva a cabo usando
-*
tal DNA, se detectará un área protegida' que repre-
senta la "huella" de la proteína unida.
Huella dactilar: uso de los RFLP o secuencias repe-
tidas de DNA para establecer un paffón único de
los fragmentos de DNA de un individuo.
Inserto: extensión adicional de pares de bases en el
DNA, por lo general introducidos por tecnología
de DNA recombinante.
Intrón: secuencia de un gen que se transcribe pero se
elimina antes de la traducción.
Ligación: la unión por formación de un enlace fosfo-
diéster de dos tramos a DNA o RNA en uno solo; las
enzimas respectivas son la DNA y RNA ligasas.
Líneas: secuencias repetidas intercaladas largas.
Molécula quimérica: molécula (por ejemplo de DNA'
RNA, proteína) que contiene secuencias derivadas
de dos especies diferentes'
Northern blot: método para la transferencia de RNA
a-partk de gel de agarosa a un papel filtro de nitro-
celulosa, en el cual se puede detectar el RNA por
medio de una sonda adecuada.
Oligonucletótido: secuencia cofa, definida, de nucleó-
tidos unidos por un enlace fosfodiéster típico.
Ori: origen de la replicación en los procariotas.
Palindroma: secuencia de DNA doble que es la misma
cuando las dos cadenas se leen en direcciones opuestas.
Plásmido: molécula de DNA pequeña esférica exffa-
cromosómica que se replica de manera indepen-
diente del DNA del huésPed.
Polimorfismo micmsatélite: heterocigosidad de cierta
repetición microsatélite en una persona.
Primosoma: complejo móvil de helicasa y primasa
involucrado en la replicación del DNA.
Pseudogén: segmento inactivo de DNA que surge por
mutación de un gen progenitor activo.
Reacción en Cadena de la Polimerasa (PCR): mé-
todo enzimático para el copiado repetido (y de esta
manera amplificáción) de las dos cadenas de DNA
que forman una secuencia genética particular.
Secuencias repetidas microsatélites: secuencias re-
petidas de 2-5 pb, dispersas, agrupadas o repetidas
hasta 50 veces. En el genoma pueden ocurrir entre
50 a 100 mil localizaciones.
Señal: producto final observado cuando una secuencia
específica de DNA o RNA, se detecta por autora-
(CaPírulo 1)
diografia o algún otro método. La hibridación cor
un polinucleótido radiactivo complementario (p e¡ .
Southern o Nofthem blot) suele usarse para gene-
rar la señal.
Senos: secuencias cortas repetidas intercaladas.
SnRNA: RNA nuclear pequeño. Esta f'amilia de R \
se conoce mejor por su función en el procesamien-
to del mRNA.
Sonda: rnolécula usada para detectar la presencia de
un fragmento específico de DNA o RNA en, po:
ejemplo, una colonia bacteriana que se forma a
partir de una biblioteca genética, o durante el ane-
lisis por técnicas de transferencia; las sondas
comunes son moléculas de cDNA, oligodesorr-
nucleótidos sintéticos de secuencia definida- c
anticuerpos para proteínas específicas.
Southern blot: método para la transferencia de DN-\
desde gel de agarosa a papel filtro de nitrocelulosa.
sobre el cual se puede detectar por medio de una son-
da apropiada (p ej , DNA o RNA complementano
r
Southwestern blot: método para detectar las
interacciones proteína'DNA mediante la aplicación
de nna sonda de DNA radiomarcada a una mem-
brana de transferencia que contiene una proteína
renaturalizada.
Splicosoma: complejo ntacromolecular responsable
del empalme del precursor de mRNA. El splico-
soma consiste en por 1o menos cinco RNA nucleares
pequeños (snRNA; Ul, U2, U4, U5 y U6) y mu-
chas proteínas.
Tándem (uno tras otro): se usa para describir copia.
múltiples de la misn-ra secuencia (p. ej., DNA) que
se encuentran adyacentes unas con otras.
Traducción: síntesis de una proteína usando el mRN-\
como moide.
Traducción del corte: técnica para el rnarcaje de DN \
con base en la capacidad del DNA polimerasa d:
E. colí para degradar una cadena de DNA que hL
sutiido un cofie y después volver a sintetizar l¡-
cadena; si se emplea un trifosfato de nucleósid¡'
radiactivo, la cadena reconstruida se toma marca-
da y se puede usar como una sonda radiactiva.
Transcripción: síntesis de RNA dirigida por el DN-{
Transcripción reversa: síntesis de1 DNA dirigida pt':
RNA. catalizada por la transcriptasa reversa.
Transferasa terminal: enzima que adiciona nucleótl-
dos de un tipo (p. ej., residuos de desoxiadenonLr-
cleotidil) a la terminal 3' de 1a cadena de DNA
Transgénico: describe la introducción de un nuer
'
DNA en células germinales por su inyección ell -
núcleo del huer o.
Vector: plásmido o bacteriólhgo en el cual pitec.
introducirse DNA para propósitos de clonacrt'rn.
Western blot: método para la transf-erencia de ¡lr-,
proteína a papel filtro de nitrocelulosa. sobre el clr.
la proteína se puede detectar por medio de una s!rl---
da apropiada (p. ej.. un anticuerpo).

626. Tecnología del Dl'{A recombinanÍe .
575
REFERENCIAS
Lewin B: Genes VI. Oxford Univ Press, 1998.
Sambrook J, Fritsch EF, Maniatis T: Molecular cloning:
A Laboratory Manual. Cold Spring Harbor Laboratory
Press,1989.
Martin JB, Gusella JF: Huntington's disease: Pathogenesis
and management. N Engl J Med, 1986;315;1267.
Spector DL, Goldman RD; Leinwand LA: Cells: A Labora-
tory Manual. Cold Spring HarborLaboratory Press, 1998.
Watson JD et al.: Recombinant DNA, 2nd ed. Scientific
Ámerican Books. Freeman, 1992.
Weatherall DJl. The New Genetics and Clinical Pracfice,
3rd ed. Oxford Univ Press, 1991.

627. Sección V
B¡oquímica
de la comunicación
intracelul ar y extracelul ar
Capítulo 43. Membranas: estructura, ensamble y función...
Capítulo 44. Acción de las hormonas
Capítulo 45. Hormonas hipofisarias e hipotalámicas.......... .....629
Capítulo 46. Hormonas tiroideas.......
capítulo 47. Hormonas que regulan el metabolismo del calcio .................647
579
611
Capítulo 48. Hormonas de la corteza suprarrenal ........................
Capítulo 49. Hormonas de la médula suprarrenal..............
Capítulo 50. Hormonas de las gónadas
Capítulo 51. Hormonas del páncreas y del tracto gastrointestinal .
657
673
..679
.697
577

628. 43
Membranas: estructu r?,
ensamble y función
Robert K. Murray, MD, PhD y Daryl K. Granner, MD
rNTRoDUcc¡ót¡
Las membranas son estructuras altamente viscosas
pero,. sin embargo, plásticas. Las membranas plasmá-
ticas forman compartimientos cerrados alredédor del
protoplasma para separar una célula de otra y, de esta
rnar:.eÍa, permitir la individualidad celular. La membra-
na plasmática tiene permeabilidad selectiva y act6a
como una barrera, por 1o que mantiene diferencias en la
composición entre el interior y el exterior de la célu-
cambian materiales con el medio extracelular mecliante
procesos de exocitosis y endocitosis. y existen áreas
especiales en las estructuras de la nrembrana
-unioltescomunicantes- a través de las cuales se intercar¡bia
material con las células adyacentes.
l-as rner¡li-ri-anas iamtrién 1ir¡-¡¿rri compartlmientos
especializar!ns denfro de la célula. Las membranas in-
tracelulares fbrman muchas de las estructuras morfbló-
gicamente. distinguibles (organelos), por ejempio,
initocondria. retículo endoplásmico (RE), retíóulo
sarcoplásmico, complejos de Colgi. gránulos secreto-
res, lisosomas y ia rnenrbrana nuclear. Las membranas
localizan a las enzimas, firncionan como elementos
integrales en el acoplamiento exitación-respuesta, y
propor-cionan sitios de transducción de energÍa, como
en la fbtosíntesis y la ibstbrilacrón oxidativá.
Las alteraciones irirportantes r1e ia estnrctura de la
membrana Dueden alect¿ir e I b;¡lance híeirico y el flujo
iónico
1,,, por íanto, tocios los procesos clentro de la
célula. Las deficiencias específicas o alteraciones de
cierlos componentes de la membrana, conducen a una
variedad de enfermedades (cuadro 43-13). El funciona-
miento normal de la célula depende de una membrana
normal.
LA CONSERVAC¡ÓN DE UN AMBIENTE
¡NTRACELU LAR Y EXTRACELUI-AR
NORMAL ES FUNDAMENTAL
PARA LA VIDA
La vida se originó en un ambiente acuoso; las reacciones
enzimátticas, procesos celulares y subcelulares, etc.,
han evolucionado para funcionar en este medio. puesto
que muchos de los mamíferos viven en un ambiente
gaseoso,
¿cómo
se mantiene el estado acuoso? Las mem-
branas 1o hacen mediante lainterioización y separa-
ción en compartimientos, de1 agua coporal.
El agua interna del organismo
está compartimental izada
Fl agua constituye cerca de 60%o de la masa coryoral
magra del cüerpo humano (capítulos 2 y 3) y está'dis-
tribuida en dos grandes compartimientos.
A. Líquido intracetutar (LtC)
Este compartimiento constituye dos terceras partes del
aguatotaly proporciona el medio para que las células:
1) elaboqen, almacenen y utilicen energía; 2) se rege-
neren; 3) se repliquen; y 4) lleven a cabo funciones
especiales.
B. Líquido extracelular (LEC)
Este compartimiento contiene cerca de un tercio del
agua total, que está distribuida entre el plasma y los
579

629. 580 . Bioquímica de Harper
(Copíttlo::
compartimientos intersticiales. El LEC es un sistema
de suministro que lleva 1os nutrientes a las células
(p. ej., g1uco9a, ácidos grasos, aminoácidos), oxígeno,
virios iones y oligominerales, así como una variedad
de moléculas reguladoras (hormonas) que coordinan
las funciones de células ampliamente separadas. El LEC
remueve el COr, productos de desecho y rnateriales
tóxicos o destoxificaclos. del medio inmediato a la célula.
La composición iónica
de LIC y LEC difiere notablemente
Como se ilustra en el cuadro 43-1, el medio interno
es rico en K* y Mgt' , ¡r
el fosfato es su principal anión.
E1 LEC se caracteriza por un alto contenido de Na- y
Cat'', y el Cl- es su principal anión. Es importante ha-
cer notar que también se encuentra un mayor contenido
de glucosa en el LEC que en el interior de la célula, en
tanto que 1o opuesto ocuffe con las proteínas. ¿Por
qué existe esta dif'erencia? Se piensa que el mar pri-
mordial en el cual se originó la vida, era rico en K* y
Mg2*. Así que las reacciones enzimáticas y otros pro-
ceios biológicos, evolucionaron para funcionar rnejor
en ese medio, y en consecuencia existe una alta con-
centración de estos iones dentro de 1as células. Las
células se enfrentaron con una fuefie presión de selec-
ción conforme el medio cambió de manera gradual a
una composición rica en Na- y Ca'*.Los grandes cam-
bios podrían haber requerido la evolución de un
conjunto de sistemas bioquímicos y fisiológicos com-
pletamente nuevos; por tanto, como sr'rcedió, las céluias
desarrollaron barreras
-las
membranas con "bombas"
asociadas- para manteller el microambiente intemo.
LAS MEMBRANAS SON ESTRUCTURA§'
COM PLEJAS COMFI",! ESTA§
DE LiPIDOS, PROTEíNAS
Y CARBOI.IIDRATOS
Las diferentes membranas dentro de la célula y entre
las células, tienen distinta composición, como se mues-
Cuadro 43-1. Comparación de concentraciónes
promedio de vadas mÓléculas fuérá
y dentro de las células'de mamiferos
fra erla relación de proteínas y lípidos (frgura 43 1 I.
Las diferencias no son sorprendentes debido a las mu¡
diversas funciones de las membranas, las cuales son
estructuras asimétricas certadas, similares a una cu-
bierta con una superficie interna y una extema. Esta:
estructuras, similares a una cubierta, son ensambles
no covalentes, termodinámicamente estables y meta-
bólicamente activas. Las moléculas específ,rcas de
proteína están ancladas en las membranas, donde 11e-
van a cabo las funciones específicas de los organelos.
la célula o el organismo.
Los principales líPidos
en las membranas de los mam¡feros
son fosfolípidos, glucoesfiñgglípidos
y colesterol
A. Fosfolípidos
De las dos clases principales de fosfolípidos que están
presentes en las membranas, los fosfoglicéridos son
ios más comunes y consisten en un esqueleto de glice-
rol, al cual están unidos dos ácidos grasos mediante un
enlace éster, y un alcohol fosforilado (ftgtxa 43-2\'
Membrana
mitocondrial
externa
Retículo
sarcoplásmico
Vembrana
mitocondrial
interna
( Mietina
L
I
I
Células
I heoaticas
-1
ü I de ratón
'Ft
E I Bastones
m I de la retina
d ) (bovtno)
E I
Eritroc¡to
€ I humano
ct
ol
>l
I
Ameba
I
I
f-Células
HeLa
Sustanc¡a Líqu¡do intracelular
Na.
K-
Ca'?. (libre)
Mg'.
cl-
HCO3
Poo'
Glucosa
Proteína
10 mmol/L
140 mmol/L
0.1 ¡.tmol/L
30 mmol/L
4 mmol/L
10 mmol/L
60 mmol/L
0-'1 mmol/L
16 gidl
Índice de Proteína
con líPidos
Figura 43-1 . Relación de proteína/lípidos en diferer:='
mámbranas. Las proteínas igualan o exceden la cantldac :'
lípidos en casi todas las membranas. La excepción princ o: :'
la mielina. un aislante eléctrico encontrado en muchas':-"
nerviosas.
140 mmol/L
4 mmol/L
2.5 mmol/L
1.5 mmolil
100 mmol/L
27 mmol/L
2 mmol/L
5.5 mmol/L
2 g/dl
Líquido extracelular

630. Membranas: estruclltrd, ensamble y
/unción
.
5gl
Los ácidos grasos son, por 1o general, moléculas con
número par de carbonos, que contienen comúnmente
l6 o 18 átomos de carbono. Estas moléculas no están
ramificadas y pueden estar saturadas o no. El fosfo-
glice¡_ig!o4-issim¡le_e-q.g_l{cidof-osf atí{ico,ei-cuiies
un 1,2-diacilglicerol 3-fosfato, un inrermediario im-
poitanre-en1flfóiniáeióñ dé tódos los demás fosfo-
lípidos (capítulo 26).En otros fosfolípidos, el grupo
3-fosfato está esterificado con un alcohol, como etano-
lamina, colina, serina, glicerol o inositol (capítulo l6).
La segunda clase de fosfolípidos está compuesta
de esfingomielinas, las cuales contienen un esqueleto de
esflngosina en vez de glicerol. Un ácido graso está unido,
por medio de un enlace amida, al grupo amino de la
esfingosina. El grupo hidroxilo primario de la esfin-
gosina está esterificado para formar fosforilcolina. Las
esfingomielinas, como su nombre lo indica, predomi-
nan en las hojas de mielina.
B. G I u coesfi n got í pi dos
esfingosina. En la esfingomielina, una fosforilcolina
se encuentra unida con el grupo alcohoi. Un cerebró-
sido contiene un solo residuo de hexosa, glucosa o
gaiactosa, en este sitio. Un gangliósido contiene una
cadena de tres o más azúcares
-al
menos uno de los
cuaies es un ácido siálico- unido al alcohoi primario
de la esfingosina.
C. Esferoles
El esterol más común en las membranas es ei coleste-
rol, el cual existe casi exclusivamente en las membranas
plasmáticas de las células de mamíferos, pero también
se le puede encontrar, en menor cantidad, en las mito-
condrias, aparato de Golgi y membranas nucleares. El
colesterol es por lo general, más abunclante en eI exte-
rior de la nrembrana plasmática. E1 colesterol se
Ácidos grasos
o
tl
Rr-C-O-rcH,
I
R,-C-O --CH O-
iltr
intercala entre los fosfolípidos de la membrana, con el
grupo hidroxilo en la interfase acuosa y ei resto de la
molécula dentro de las hojas. Su efecto sobre el estado
fluido de las membranas se mencionará posteriormente.
Los lipÍdos de la rylenxbrana
s§n ar'¡fípáticos
Todos los principales lípidos de las membranas con-
tienen tanto regiones hidrófobas como hidrófilas, y por
tanto se les conoce como "anfipáticas,,. Las membra-
nas por sí mismas son anfipáticas. Si las regiones
hidrófobas se separarall del resto de la moléculi. ésta
podría ser insolubie en agua, pero soluble en aceite.
Por el contrario, si la región hidrófila se separa del
resto de la molécula, podría ser insoluble en aceite.
pero soluble en agua. Los lípidos anfipáticos de la
membrana tienen una cabeza polar y una cola no po-
lar, como se muestra en la figura 43-3. Los ácidos
grasos saturados tienen colas rectas, en tanto que los
ácidos grasos no saturados, los cuales por lo general
existen en la forma c¿s en las membranas. tienen colas
plegadas. Confbrme se encuentren más pliegues in-
sertados en la cola, la membrana se encuentra ilrenos
empacada y por tanto, más fluida. Los detergentes sotl
moléculas anfipáticas importantes en la bioquímica
1,
en los productos de limpieza. La estructura molecular
de un detergente no es distinta a la de un fosfolÍpido.
Ciertos detergentes se emplean ampliamente para
solubilizar las proteínas de ia membrana, como primer
paso en su purificación. La parle terminal hidrófbba
del detergente se une a las regiones hidrófbbas de las
proteínas, desplazando la mayoría de sus enlaces con
los lípidos. Laparte teminal polar del detergente queda
libre, transformando a las proteínas en solución: en
complejos detergente-proteína que, por lo general, tam-
bidn contienen algunos lípidos residuales.
/--
Grupo de cabeza polar
l
I
Cotas de h¡drocarbonos. apotar
)
sidos y los gangliósidos difieren de la esfingomielina
en la porción unida al grupo hidroxilo primario de la
I
SU
I,
SS
Figura 43-3. Diagrama de un fosfolípido u otro lípido mem_
branal. El grupo con cabeza polar es hidrófijo v las colas de
los hidrocarburos son hidrófobas o lipófilas. Los ácidos grasos
en las colas son saturados (S) o no saturados (U); los pri-
meros por lo general se unen en el carbono i del glicerol y
los últimos en el carbono 2
'cH,*o-P-O-R.
lt
o
\--\-J !-"----i
Glicerol Alcohol

631. 582 . Bioquímica de Harper
\.\\
E1 carácter anlipático de los tbsfolípidos dirgrere que
las dos regiones de la molécula tienen solubilidades
incompatibles; sin embargo, en un solvente como el
agua, los f-osfolípidos se organizan en una fonr,a que
termodinámicamente satisf-ace ambas regiot.tes. Esta
estructura es una micela (figura 43-4); las regior.res
hidrófobas están protegidas del agua, er1 tanto que los
grupos polares hidrófllos están inrnersos en e[ medio
acuoso.
Sin embargo, como se reconoció hace cerca de
60 años por Goner y Grendel, una capa bimolecular,
o bicapa, tar.l,bién puede satisfacer los requerimientos
termodinárlicos de las moléculas anfipáticas en un
medio aeuoso.
!a.r**,eapas,
no las micelas,;onLgBqin-
cipal estructura en 1as membranas biológicas. Una
bicapa existe como una cubierra en la que las regiones
hidrófbbas de los lbsfolípidos están protegidas del
medio acuoso, en tanto que las regiones hidrótllas es-
tán inmersas en agua (figura 43-5). Só1o las partes
terrninales o bordes de la bicapa de la cubierla están
expuestos a un niedio desfavorable, pero aún estos
bordes expuestos pueden eliminarse, doblándose so-
bre sí mismos para fotmar una vesícu1a cerrada sin
bordes. La bicapa cerrada proporciona una de 1as pro-
piedades esenciales de las membranas. Es impermeable
a la mayoría de las moléculas hidrosoiubles, puesto
que serían insolubles en la porción central hidrófoba
de la bicapa.
Surgen de manera inmediata dos pregul.rtas. Pri-
mero: ¿cuántos
materiales biológicos son liposolubles
Figura 43-4. Diagrama del corte transversal de una micela.
Los grupos de la cabeza polar están bañados por agua, en
tanto que |as colas de los hidrocarburos hidrófobos están
rodeadas por otros hidrocarburos y, por tanto, protegidas
del agua. Las micelas son estructuras esféricas.
(Capíulo :
Acuoso
@@@@ @occ
OC@@ 6
Acuoso
@@C
Hidrófobo
Hidrófilo
Figura 43-5. Diagrama de una sección de la bicapa de une
membrana formada de moléculas de fosfolípidos. Las co a-'
de ácidos grasos no saturados están dobladas y permlte-
un mayor espacio entre los grupos de la cabeza polar, lo q ':
permite un mayor espacio para el movimiento. (Ligeramen::
modificada y reproducida con permiso de Stryer L Bioch:'
mistry,2nd ed. Freeman, 198'1 .)
y, por tanto, pueden penetrar a la célula'l Los gase.
tales como ei oxígeno, CO, y nitrógeno
-molécul:.
pequeñas con poca interacción con los solt'entes- ..
difunden fácilmente a través de las regiones liidrófbl¡:s
de ia n-rembrana. Las mo1éculas derivadas de lípidt'.
por ejemplo, hormonas esteroides, atraviesan con fa¡ -
lidad 1a bicapa. Las moléculas orgánicas no electlo '
ticas tienen velocidades de difrLsión qr-re dependen c.
su coeficiente de partición aceite-agua (figLrra 43- t'
a mayor solubilidad de ur.ra molécuia en lípidos, 111t1\,-
-
su velocidad de difusión a través de la membrana.
La segunda pregunta es respecto a las molécula¡
que no son liposolubles: ¿Córno
se mantienen 1os gr,'
dientes de concentración transmembranales de .'-'
moléculas no liposolLrbles'? La respuesta es que las nlel' -
branas contienen proteínas, y las proteínas tambiétr s''
'
molécu1as anfipáticas que pueden ser insefiadas en -
correspondiente bicapa lipídica antipática. Las pr'-
teínas fbrr.nan canaies para ei movimiento de iones
de pequeñas moléculas, y sirven cotro transpoña,1'
-
Triptófano
1,,-^^
Glucosa I
urYa,
.
I
n"":'o'
lii
vv Y
i ,_-1_____L___--l_-
1ü-14 10-12 10
lc
10-8 10-6 10-4
Coeficiente de permeabilidad (cm/seg)
$¿i¿-
--
>Alta
'
Permeabilidad
Figura 43-6. Coeficientes de permeabilidad del agua a ;-'
nos iones y otras moléculas pequeñas en la bicapa lip: -=
de las membranas. Se dice que las moléculas que se m"=.=-
con rapidez a través de una determinada membrana. t
=-=-
un alto coeficiente de permeabilidad. (Ligeramente n'- -''
cada y reproducida con permiso de Stryer L. Biochen : '
2nd ed. Freeman, 1981.)
Hidrófl c
)
)
IT
K+
rur'J cl-
ltl
itl
YY Y
ooa
r//2
¡2,/r\§\
ooo

632. res de moléculas grandes, que de otra manera no po-
drían pasar la bicapa. Este proceso se describe más
adelante.
Los fosfblípidos de la membrana actúan como solven-
tes para las proteínas membranaies creando un medio
en el cual estas últimas pueden funcionar. De los 20
aminoácidos que contribuven a la estructura printaria
de las proteínas, 1os grupos funcionales unidos al car-
bono c¿ son fuerlemente hidrófobos en seis, débilmente
hidrólobas en algunos, e hidrófilos en el resto de ellos.
Como se mencionó en el capítulo 6, la estructura heli-
coidal o de las proteínas r¡inimiza el carácter hidrófilo
de los enlaces peptídicos. De esta manera, las proteí-
nas pueden ser anfipáticas y formar parte integral de
la membrana, al tener regiones hidrófllas protruyendo
hacia el interior y exterior de la membrana, pero co-
nectadas por una región hidrófoba que atraviesa Ia
porción central hidrófoba de la bicapa. De hecho, las
porciones de las proteínas membranales que cruzal
las membranas, poseen cantidades sustanciales de
aminoácidos hidrófbbos y tienen un alto contenido de
estructurag helicoidales u o láminas plegadas
B.
EI número de proteínas diferentes en una mem-
brana varía desde 6 a 8 en el retículo sarcoplásmico, a
más de 100 en la membrana plasmática. Las proteínas
comprenden enzirnas, proteínas de transporle, proteí-
nas estructurales, antígenos (p. ej., de histocornpati-
bilidad), y receptores para varias rnoléculas. Debido a
que cada membrana posee un complemento diÍbrente
de proteínas, no es posible definir una membrana típi-
ca. Las propiedades enzimáticas de varias membranas
dit-erentes se muestran en el cuadro 43 2.
Cuadro 43-2. Marcadores enzimáticos
de diferentes membranasx
Membranas: estrltctura, en.scunble y firnción
.
583
Las membranas y sus conlponentes son estructuras
dinámicas. Los lípidos y las proteínas de las membra-
nas se recanrbian, tal como Io hacen en otros comparti-
mientos de la célula. Difbrentes tipos de lípidos tienen
distintos índices de recambio, los cuales, en especies
individuales de proteínas membranales, pueden variar
ampliamente. La membrana misma puede recambiarse
con mayor rapidez que cr,ralquiera de sus constituyen-
tes. Esto se mencionará con mayor detalle en la sección
de endocitosis.
Esta asimetría puede atribuirse parcialmente a la distri-
bución irregular de las proteínas dentro de las mem-
branas. Una asimetría interior-exterior también es
proporcionada por la localización externa de los carbo-
hidratos unidos a las proteínas de la membrana. Además,
enzimas específicas se localizan exclusivamente en la
parte externa o en la parte interna de la membrana, tal
como se observa en las mitocondrias y membranas
plasmáticas.
Existen asimetrías regionales en las membranas;
algunas, como las que se presentan enTosEordes ve-.
llosos de las cólulas de las mucosas, casi son visibles
macroscópicamente. Otras, como las de las uniones
comunicantes, uniones estrechas y sinapsis, ocupan
regiones mucho más pequeñas de la membrana y ge-
neran asimetrías locales.
También existe asimetría interna-externa (transver-
sa) de los fosfolípidos. Los fosfolípidos que contienen
colina (fosfatidilcolina y esfingomielina) se localizan
principalmente en la capa molecular externa; los ami-
nofosfolípidos (fosfatidilserina y fosfatidiletanolamina)
se localizan preferentemente en la capa interna. El
colesterol, por lo general está presente en grandes
cantidades en la parte externa, más que en la intema.
Obviamente, si existe esta asimetría, debe limitar la
movilidad transversal (flip-flop) de los fosfolípidos de
la membrana. De hecho, los fosfolípidos en bicapas sin-
téticas muestran un índice ftip-flop extraordinaria-
mente lento; la vida media de la asimetría puede ser
de algunas semanas. Sin embargo, cuando ciertas pro-
teínas de la membrana, como la proteína glucoforina
del eritrocito, son insertadas de manera arficial en las
bicapas sintéticas, la frecuencia del flip-flop de los fos-
folípidos puede aumentar casi 100 veces.
Los mecanismos implicados en el establecimiento
de la asimetría de los lípidos aún no se comprenden
por completo. Las enzimas involucradas en la síntesis
de los fosfolípidos, se locali zan enla caracitoplásmica
de las vesículas de membranas microsomales, por lo
que se ha postulado que existen translocasas
(flippases), las cuales transfieren ciertos fosfolípidos
(p. ej., fosfatidilcolina) de la hoja interná a la externa.
RetÍculo endoplásmico
Aparato de Golgi
Cis
Medial
Trans
I 5'-nucleotidasa
i Adenililciclasa
NarK* ATPasa
Glucosa 6Josfatasa
GlcNAc Transferasa I
Golgi manosidasa ll
r Galactosil transferasa
TGN i Sialil transferasa
Membrana interna mitocondrial ATp s¡ntasa
*
Las membranas contienen muchas proteínas, algunas de las cua-
les t¡enen actiüdad enzimática. Algunas de estas enzimas se lo-
calizan sólo en ciertas membranas y, por tanto, pueden usarse co-
mo marcadores para seguir la pur¡ficac¡ón de estas membranas.
Membrana Enzima
Plasmática

633. 584 ' Bioquímica de HarPer
(Capítulo 4
Las proteínas específicas que se unen preferente-
mente afosfolípidos individuales, pueden estar presen-
tes en las dos hoias, contribuyendo a la distribución
asimétrica de estas moléculas de lípidos. Además, las
proteínas de intercambio de fosfolípidos pueden re-
"oro""t
a fosfolípidos específicos y transferidos de
una membrana (p. ej., el RE) a otras (p. ej., mitocon-
driales y peroxisomales).
Las membranas eontienen prote¡nas
integrales y per¡féricas (f¡gura'43-7)
Es útil clasificar a las proteínas de la membrana en
dos tipos: integral y periférico. La mayoría de las
proteínas de las membranas son componentes integra-
ies de la misma (interactuan con los fosfoiípidos y se
requiere el empleo de detergentes para su solubili-
,aóiOr"t'¡y de hecho, todas aquelias que se han estudiado
de manera adecuada atraviesan la distancia transver-
sal de 5 a 10 nm de la bicapa. Estas proteínas integrales
son, comúnmente, globulares y anfipáticas. Consisten
en dos extremos hidróhlos separados por una región
hidrófoba que atraviesa la porción hidrófoba de 1a
bicapa. Conforme se aprende más acerca de las es-
truciuras de las proteínas integrales en la membrana,
parece ser que algunas (principalmente moléculas de
iransporte) pueden atravesar la bicapa muchas veces
(figura 43 8).
Proteína integral
Las proteínas integrales estálj§tl:l-Uidas d.
n'ranerc aiirnétrica u,rnÁ de la b-icápañ lir* 6, ,,
na. Estas proteínas adquieren su orientación asimétnt ¡
en la membrana al momento de su inserción en i:
bicapa lípidica. Laregión hidróf,rla extema de una prtr-
teína anfipática, la cual sin duda es sintetizada dentrc
de la célula, debe atravesar la porción hidrófoba de l;
membrana y, finalmente, ubicarse fi-rera de la metl.t-
brana. Los mecanismos moleculares del ensamble de
la membrana se mencionan más adelante.
Las proteínas periféricas no interactúan de ma-
nera directa con los fbsfolípidos de la bicapa, por 1o
que no se requiere el empleo de detergentes para s''
ljberación. Están unidas por enlaces débiles a las re-
giones hidrófilas de proteinas integrales específicas r
pueden ser liberadas mediante tratamiento con solr¡-
iiones salinas de alta fuerza iónica. Por ejemplo. la
ankirina, una proteína periférica. se une a ia proteína
integral "banda 3" de la membrana de los eritrocito:
La espectrina, una estructura citoesquelética dentro de'
eritrocito está. a su vez, unida a la ankirina y por tan-
to, tiene un papel imporlante en el mantenimiento d¡
la fbma bicóncava del eritrocito. Las molécuias de
inmunoglobulina en las membranas plasmáticas de lo'
linfocitos, son proteínas integrales de membrana I
pueden ser liberadas desprendiendo fiagmentos peque-
hos de la membrana. Muchas moléculas receptoras ci;
hormonas son proteínas integrales. y por tanto. 1a'
Figura 43-7. Modelo del mosaico líquido de la estructura de la membrana. La membrana conslste en una capa bimolec-;'
Ou"fip'Oo. con proteínas insertadas en ella o unidas en ambas superficies. Las proteínas integrales de la membrana es::-
firmemente adheridas a las capas de lipidos. Algunas de estas proteínas están dentro de la bicapa y se les conoce cc-:
prátáinu. transmembranales, Áientras que otraJestán adheridas en las hojas externa o interna de la bicapa lipídica -:'
[roteínas
periféricas están laxamente unidas a la superficie externa o interna de la membrana. Muchas de las proteín:'
iipiOo. ti"n"n cadenas de oligosacáridos extern-amenie expuestas. (Reproducido con autorización de Junqueira LC, Carn:
--
.J, Xelty RO: Basrb Histology, Tth ed. Appleton & Lange,
'1992
)

634. Mentbrana.s: estructtu.a, ensatnble y func.ión .
585
CARA
EXTRACITOPLÁSMICA
c
NI
L
p
p
j
C
-3i?É,s5.
",rofffJ.u,"o
Receptores acoplados
a proteína G
Receptor de LDL
Cadena pesada HLA-A
Hemaglutinina de la influenza
Figura 43-8. Variaciones de la manera en que se insertan las proieínas en las membranas. Este diagrama ilustra diversas
or¡entaciones posibles, muestra los segmentos de las proteÍnas dentro de Ia membrana como o-hélice! y los otros segmen-
tos como líneas. El receptor LDL, el cual atraviesa la membrana una vez y tiene su amino terminal en el exterior, es coñocido
como proteína transmembranal tipo 1. El receptor de la asialoglucoproteína, e¡ cual también atraviesa la membrana una vez,
pero tienen su carboxilo terminal en el exterior, se llama proteína transmembranal tipo ll. Los diversos transportadores
indicados (p. ej., glucosa) cruzan la membrana varias veces y se conocen como proteinas transmembranales tipo ill; también
se refieren como proteínas politópicas de la membrana. (N, amino terminal; C, carboxilo terminal) (Adaptado con autorización
de Wrickner WT, Lodish HF: Multiple mechanisms of protein insertion into and across membranes. Science 1985;230:400.
Copyright O 1985 by the American Association for the Advancement of Science.)
AS MEMBRANAI
¡ON UN MODELC
)E LA MEMBRAN
\RTIF¡CIALES
IE LA FUNCIÓN
hormonas polipeptídicas que se unen a estas molécu-
las receptoras pueden ser consideradas como proteínas
periféricas. Las proteínas periféricas, como las hor-
monas peptídicas, pueden organizar la distribución de
las proteínas integrales, como sus receptores, dentro
de1 plano de la bicapa (véase más adelante).
de los efectos de modificar la contposición de
los lípidos sobre cieftas funciones. Por ejemplo,
pueden lormarse vesículas que estén compues-
tas únicamente de fosfatidiicolina, o, de manera
alternativa, de mezclas conocidas de diferentes
fosfolípidos, glucolípidos y colesterol. Los resi-
duos de ácidos grasos de los lípidos empleados,
tarnbién pLreden modil'rcarse mediante el empleo
de lípidos sintéticos de composición conocida, para
permitir el examen sistemático de 1os efectos de
la composición de ácidos grasos sobre ciertas
lunciones de la membrana (p. ej., transporte).
2) Pueden ser incorporados a las vesículas proteí-
nas purilicadas de la membrana o enzimas, para
valorar qué lactores (p. ej., lípidos específicos o
proteínas auxiliares) requieren 1as proteínas para
reconstituir su función. Las investigaciones de
proteínas purif icadas, por ejemplo, laATPasa de
Car' del retículo sarcoplásmico, en cieftos casos
han sugerido que sólo se requiere una proteína y
un lípido para reconstituir una bomba de iones.
3) El medio de estos sistemas puede ser estricta-
mente controlado y modificado de manera
sistemática (p. ej., por concentraciones de iones).
Los sistemas también pueden ser expuestos a
ligandos conocidos si, por ejemplo, los liposomas
contienen proteínas receptoras específicas.
Los sistemas de membranas arlif-rciales pueden ser
preparados mediante técnicas apropiadas. Por 1o ge-
neral estos sistemas consisten en la mezcla de uno o
más fosfblípidos de origen natural o sintético, que
pueden ser tratados (p. ej., por medio del empleo de
una sonicación ligera) para formar vesiculas esñricas
en las cuales los lípidos cc¡nfoman une bicapa. Estas
vesículas, rodeadas por una bicapa de iípidos, se co-
nocen como liposomas.
Algunas de las ventajas y usos de los sistemas de
membranas artificiales en el estudio de la función de
la misma son:
l) Puede variarse el contenido de lípidos de la mem-
brana, Io que permite la evaluación sistemática
t\
Varios transpoñadores (p. ej., glucosa)

635. 586 . Bioquímica de Harper Gapítul9jQ
4) Cuanclo los liposomas son lbnr,ados, puede ha-
cerse que atrapen ciertos compuestos en su
interior, por ejen,plo, rnedicamentos y genes ais-
laclos. Existe interés en el empleo de liposon-ras
para distribui¡ medicamentos hacia ciertos teji-
dos, y si los colt.tponentes 1p. ej.. anticuelpos para
ciertas rnoléculas de la superficie celular) pu-
clieran ser incorporados a los liposomas, de tal
rranera que pudieran dirigirse hacia tejidos es-
pecificos o lumores, el impacto terapéutico
podría ser considerable. El DNA atrapado en los
liposomas parece ser menos sensible al ataque
de ias ¡rucleasas; esta característica podría ser
útil en la terapia génica.
EL MODELO DE i,IOSAI
DE LA ESTRUCTURA D
MEMBRANA ES AMPL¡/
ACEPTADO
ICO FLUIDC
FLA
El modelo de mosaico fluido de la estructura de la
membrana, propuesto en 1912 por Singer y Nicolson
(figura 43 7), tiene amplia aceptación. Con fi'ecuen-
cia este modelo se coÍnpara con icebergs (proteÍnas
de la mernbrana) flotando en un mar de moléculas,
predominantentente fbsfblípidos. La primera eviden-
cia c1el nrodelo fue la redistribución rápida y al azar de
proteínas integrales especie-especí1-lcas en la membra-
na plasmática de una célula híbrida interespecífica,
forn-rada por la fusión inducida de manera artificial,
de dos dif'erentes células progenitoras. De manera sub-
secuente se ha demostrado que los fosfolípidos también
tienen ura rápida redistribución en el plano de la mem-
brana. Esta difusión dentro del plano de la membrana,
llamada dilusión por translocación, puede ser muy rá-
pida para los fosfolípidos; de hecho, dentro del plano
de la r.nembrana. una n-rolécula de fbsfolípido puede
moverse varios nricrómetros por segundo.
Los cambios de fase, y, por tanto, la fluidez de
las membranas, dependen prircipalmente de ia com-
posición de iÍpidos de la membrana. En una bicapa
lipídica, las cadenas hidrólobas de los ácidos grasos
pueden estar alineadas u ordenadas con e[ f]n de pro-
porcionar una estructura más rígida. Conforme se
aumenta 1a temperatura, las cadenas laterales hidró-
fobas experimelttan una transición de un estado
ordenado (muy similar a un gel o una fase cristalina) a
uno desordenado, adquiriendo un arreglo muy similar
al de un líquido o fluido. La temperatura en que la
estructura sufie la transición de ordenada a desorcle-
nada (es decir, se funde), se conoce como tempera-
tura de transición (T.). Las cadenas de ácidos grasos
rnás largas y más saturadas interactuan más fueftemente
unas con otras a través de sus r.nás largas cadenas
hidrocalüonadas y, de esta manera, se originan altos
valores de T*, es decir, se requiere altas temperaturas
para aumentar la fluidez de la bicapa. Por otra parte.
los enlaces no saturados que existen en la configura-
ción cis, tienden a aumentar la fluidez de una bicapa
mediante la disminución de 1o compacto del empaca-
do de la cadena lateral, sin disminuir su hidrofobicidad
(figura 43-3). Por lo general, los fosfolípidos de las
membranas celulares, contienen por 1o menos un ácido
graso insaturado con al menos un doble enlace cls.
El colesterol modifica la fluidez de las membra-
nas. A temperaturas por debajo de la T,,,, interfiere con
la interacción de las colas hidrocarbonadas de los áci-
dos grasos y, así, se aumenta la fluidez. A temperaturas
por arriba de la T,, el colesterol limita el desorden. por-
que es más rígido que las colas hidrocarbonadas de
ios ácidos grasos y tto se pueden desplazar en la mem-
brana en la n.risma medida, de esta mallera, linrit¿r ia
fluidez. En índices altos de la relación colesterol:fbs-
folípidos, se abate la temperatura de transicióu de arnhos.
La l'luidez de la membrana afecta de manera sig-
nificativa sus f-unciones. Confbn¡e aumenta la fluidez.
tar.nbién aumenta su penneabilidad al agua y a otras
pequeñas moléculas hidrófilas. La movilidad lateral
de las proteínas integrales, aumenta conlbrme aumen-
ta la fluidez de la rnembrana. Si el sitio activo de una
proteína integral involucrada en algunas funciolle.
determinadas reside exclusivamente en sus regiotres
hidrófilas. es probable que los cambios en la t'luidez
de los lípidos tengan un el-ecto ligero sobre la activi-
dad de la proteína; sin embargo, si la proteína esta
involucrada en una función de transporte, en la cual
los componentes del tr:ansporte atraviesan la nlembra-
na. los efectos en la fase lipídica pi"reden alterar de
rranera significativa el índice cle transporte. El recep-
tor de insulina es un ejemplo excelente de función
alterada con cambios en la f'luidez (capítulo 5l ).
Con-
lbnr-re la concentración de los ácidos grasos no
saturados es aumentada en la membrana (por creci-
miento en cultivo de células en un medio rico en estas
moléculas), también aumenta 1a fluidez; esto altera al
receptor de tal manera. que se une más insulina.
Un estado de fluldez y, por tanto, de movilidad de
traslación en una membrana, puede estar conl'lnado a
cieftas regiones de las membranas bajo detenninadas
condiciones, por ejemplo. ias interacciones proteíua-
proteína pueden tener lugar dentro de1 plano de 1a
membrana, de modo que las proteínas integrales fbr'-
lnan Llna matriz rígida, en contraste con lo qr.re sucede
por 1o general, donde el lípido actúa como la nratriz
Estas regiones con matriz rígida de proteínas puederl
coexistir en la misma membrana con la matriz lipídici
usual. Las uniones comunicantes, las uniones estre-
chas y las regiones que contienen bacteriorrodopsin:
en las membranas púrpura de las halobacterias, sot-t Llr--
claro ejemplo de tal coexistencia de las dif-erente.
r.natrices.

636. Algunas de las interacciones proteína-proteína qr-re
tienen lugar dentro del plano de la membrana, pueden
estar mediadas por proteínas periféricas que se
interconectan, como los anticuerpos de unión cruzada
o lectinas, de las cuales es sabido que se agrupan o
fbrman cápsulas sobre la superficie de la membrana.
De esta manera, las proteínas perifericas, por medio
de uniones específicas, pueden restringir la movilidad
de las proteínas integrales dentro de la membrana.
Existen muchas membranas celulares. cada una de ellas
con sLrs propias características. No se dispone de un
esquema satisfáctorio que describa e1 ensarnblado de
ninguna de las nrembranas. En esta sección, se descri-
ben las áreas de mayor progreso a través de las cuales
se espera que a la iarga, surjan modelos coherentes
del ensamble de la membrana. Tanto los lípidos como
las proteínas deben ser considerados en estos modelos.
La consideración acerca de los primeros será concisa,
en virlud de que se sabe poco acerca de cónto se en-
samblan los lípidos dentro de la membrana.
Las vesícr-rlas fomadas a partir de las membranas del
RE
1, del aparato de Golgi. tanto de manera natural como
obtenidas por homogenización, muestran asimetrías
transversales tanto de lípidos como de proteínas. Es-
tas asimetrías se mantienen durante la fusión de las
vesículas, de transporle con la membrana plasmática.
El interior de las vesículas después de la fusión. se
conviefie en la parte externa de la membrana plasmá-
tica,
1'Ia
cara citoplásmica de las vesículas se mantiene
en la cara citoplásmica de la membrana (figura 43-9).
Debido a que 1a asimetría transversal de las membra-
nas existe en las vesículas del RE aún antes de que se
fusionen con la membrana plasmática, se pl"esenta un
problema en e1 ensamble de la membrana al intentar
comprender cómo se insertan las proteínas integrales
dentro de la bicapa lipídica en el RE. Esto se mencio-
na más adelante.
Los fosfolípidos son la principal clase de lípidos
en las membranas. Las enzimas responsables de la sín-
tesis de los fosfblípidos residen en la superficie
citopiásmica de las cisternas del RE. Conlornre se sin-
tefizan los lípidos en este sitio, es probable que se
autoensamblen en capas bimoleculares termodinámi-
camente estables, por lo que la membrana se expande
y quizá se promueve el desprendimiento de vesículas
Membranas: estruchtra, ensantble y.litnt:ión .
587
Proteína de la membrana
Proteína
integral
Citoplasma
vesÍcula C
Figura 43-9. La fusión de una vesícula con la membrana
plasmática preserva la orientación de todas las proteinas
integrales incluidas en la bicapa de la vesícula. lnicialmente,
el amino terminal de Ia proteína esiá de frente al lumen, o
cavidad interna, de las vesículas. Después de la fusión, el
amino terminal está en la superficie exterior de la membra-
na plasmática. La orientación de la proteína no se ha revertido
y se puede percibir al notar que el otro extremo de la molécula,
el carboxilo terminal, siempre está inmerso en el citoplasma.
El lumen de una vesícula y el exterior de la célula son topoló-
gicamente equivalentes. (Redibulada y modificada con
autorización de Lodish HF, Rothman JE: The assembly of
cell membranes. Sci Am lJanl 1997;240:43.)
de lípidos a parlir de la misma. Se ha propuesto que
estas vesículas viajan hacia otros sitios, cediendo sus
lípidos a otras membranas; sin embargo, se sabe poco
acerca de esta materia. Como ya se indicó, ha sido
demostrado que las proteínas citosólicas capturan
fbsfblípidos de una membrana y los liberan a otra
l\4embrana de
t

637. 5BB . Bioquímica de Harper
(Capirt,.
(p. ej., proteínas de.ltercambio de fosfolípidos);qui-
zátienenun papel que contribuye a la composición de
lípidos específicos de varias membranas.
Muehas proteínas son dirigidas
# §L¡ destino correeto por secueneia$
$eñal
Es posible considerar que, en las células, las vías bio-
sintéticas de las profeínas son un gran sistema de
distribución. Muchas proteínas llevan señales (por lo
general, aunque no siempre, secuencias específicas de
aminoácidos) que las clirigen a su destino; de esta ma-
nera se asegura que lleguen a las membranas correctas
o a los compartimientos de las células. Estas señales
son un componente fundamental del sistema de distri-
bución.
Temprano en la biosíntesis de proteínas tiene lu-
gar una decisión importante para su distribución, esto
sucede cuando proteínas específicas son sintetizadas
ya sea en polirribosomas libres, o unidos a la mem-
brana. Esto resulta en dos ramas de distribución
llamadas rama citosólica y rama del RE rugoso, res-
pectivamente (figura 43-10). Esta distribución ocurre
debido a que las proteínas sintetizadas en los polirri-
bosomas unidos a la membrana, contienen un péptido
de señalamiento que media su unión a la membrana
del RE. Se ofrecen detalles adicionales acerca del
péptido de señalamiento más adelante. Las proteínas
sintetizadas en los polirribosomas libres carecen de
este peptido de señalamiento, y son liberadas en el citosol;
son dirigidas hacia mitocondrias, núcleo y peroxi-
somas, por medio de señalamiento específico --o se
mantienen en el citosol, si es que carecen de ella.
Polirribosomas
Proteínas
Mitocondrial
'1) Citosólico Nuclear
Peroxisómica
Citosólica
Membrana RE
l\,4embrana GA
2) RE rugoso
Membrana plasmática
Secretora
Enzimas Iisosómicas
Figura 43-10. Diagrama de las dos ramas de distribución
de las proteínas ocurriendo por la síntesis en polirribosomas
1) c¡tosól¡co y 2) unido a la membrana. Las proteínas
mitocondriales listadas son codificadas por genes nuclea-
res. Las señales usadas en la distribución posterior de
muchas de estas proteínas se listan en el cuadro 43-9. (RE
retículo endoplásmico.)
Las proteínas sintetizadas y distribuidas ei: -
rama del RE rugoso (figura 43-lI), incluyen :---
chas destinadas a varias membranas (p ej., RE'apai::
de Golgi, lisosomas y membranas plasmáticas), o p":.
secreción" Las enzimas lisosomales también están ::-
cluidas. De esta manera, estas proteínas pueden res:; :
en las membranas o en el lumen del RE, o seguir la r:.:-
principal de transporte de las proteínas intracelula:¡'
al aparato de Golgi. Además, la distribución de cie:'
tas proteínas mediada por señalamiento, ocutre en :
aparato de Golgi, 1o que resulta en un envío ha;.-
lisosomas, membranas del aparato de Golgi y otl: j
sitios. Las proteínas destinadas a la membrana p1:.'
mática o a la secreción, pasan a través del aparato ;.
Golgi, pero por 1o general no se piensa que lleven s.-
ñaies específicas de distribución, sino que alcanzan s -
destino por omisión"
Con frecuencia, la vía completa del RE -+ apar:-
to de Golgi -) membrana plasmática se conoce com-
vía secretora o exocitótica. Se prestará especial ate:.-
ción a ios eventos que tienen lugar a lo iago de es,.
vía.La mayoría de las proteínas que llegan al aparat,
de Golgi o a la membrana plasmática, son mediar,-
te vesículas de transporte; más adelante se presen:i
una breve descripción de la formación de estas impc:'
tantes partículas. Otras proteínas destinadas a la se'
creción son transportadas por vesículas secretora'
(figura 43-ll),las cuales son prominentes en el pár:-
creas y en otras glándulas. Su movilización y descarg.
están reguladas, y con frecuencia se hace referencia :
eilas como
ttsecreción
regulada", en tanto que a la \.-
secretora que involucra vesículas de transporte se .;
llama
r'constitutivat'.
La distribución de las proteínas que pertenecen :
la rama citosólica, mencionadas previamente, se des-
cribirá después.
l,l
:ti i ¡1 !.ri l.r.:l;,' 1 i :f : 1.ri.' i I : :-l I;
Las mitocondrias contienen muchas proteínas. Tre;.
proteínas son codificadas por el genoma mitocondrial
(mt) y son sintetizadas en este organelo mediante .,
propio sistema de síntesis de proteínas. Sin embarg-
la mayoría (al menos algunos cientos) son codificac...
por genes nucleares, sintetizadas fuera de la mitocc:- -
dria en los polirribosomas citosólicos y deben s-
importadas. Las células de levadura han probado s.
un sistema de particular utilidad para analizar los nl¡-
canismos de importación de proteínas mt, en pa:-.
porque se ha demostrado que es posible generar llr :
variedad de mutantes que han puesto en claro los
¡r:'-
-
cesos fundamentales involi.rcrados. Se han hecho nr -.-
chos progresos en el estudio de las proteinas presen-'i:
en 1a matriz mt. tales como las subunidades F, de -
ATPasa. Sólo la r,ía de importación de proteínas ;.
la matriz se mencionará en detalle.
/
\

638. \_/
--. --4.r'
^
Pr:!:z::
,u,
temprano
/i
.)
/n
LL
I
(
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Mem bran as : es trltctlo'a.ensambleyfunción .
589
o)
l
I
I
VesÍcula
a de transpone
V
costitutiva
^
(excretora)
I
I
o
I
. .&
Gránulo
flW
.secretorio.de
walmacenam¡enlo
I
@
I
o
J
\
Aparato de
Golgi
#il
W
Retículo
endoplásmico
Envoltura
nuclear
Figura 43-11. Diagrama de la disiribución de proteínas en la rama del retículo endoplásmico rugoso. Las proteínas recién
sintetizadas se insertan en la membrana del RE o en el lumen, desde los polirr¡bosomas unidos a la membrana (pequeños
círculos negros que se fijan a la cara citosólica del RE). Las proteínas que son transportadas fuera del RE (indicadas con
flechas negras sólidas) o lo hacen desde los elementos transicionales de los ribosomas libres. Estas proteínas pueden
atravesar los diversos subcompartimientos del aparato de Golgi hasta que alcanzan el TGN, que es la salida del aparato de
Golgi. En el TGN, las proteínas son segregadas y distribuidas. Las proteínas secretoras se acumulan en los gránulos secretores
de almacenamiento, de los cuales pueden ser expelidas como se muestra en la parte superior y a la derecha de la figura. Las
proteínas destinadas a las membranas plasmáticas o aquellas que son secretadas de manera constitutiva, pueden alcanzar
la superficie de la célula en la vesículas de transporte, como se indica en el área media superior de la figura. Algunas
proteínas pueden alcanzar la superficie celular vía los endosomas tempranos y tardíos. Otras proteínas entran a los prelisosomas
(endosomas tardíos) y son transferidas de manera selectiva a los lisosomas. La vía endocítica ilustrada en el área superior
izquierda de la figura, se considera en esie capítulo. La recuperación del aparato de Golgi para el RE no se considera en este
esquema. (CGN, red cls-Golgi; TGN, red frans-Golgi.) (Cortesía de E. Degen.)
o
\
o
Las proteínas de Ia matriz deben pasar desde
los polirribosomas citosólicos, a través de las mem-
branas mt intema y externa, pata alcatzar su destino.
El paso a través de las dos membranas se conoce comc)
translocación. Estas proteínas tienen una secuencia
amino terminal líder (presecuencia), de aproximada-
mente 20 a 60 aminoácidos de longitud, no muy
conservada, pero contiene muchos aminoácidos car-
gados positivamente (p. ej., Lis o Arg) y se predice
que forman hélices o anfipáticas en las-membranas.
,-----r
prelisosorna
-/-
r'-l
,z/*
{o endosoma tarciíol
( )a'\-) \
\,/r,^
\./t{) ,\/
Lisosoma I 1
í'r ) \
1-
o

639. 590 . Bioquímica de Harper
La presecuencia es el equivalente a un péptido de se-
ñalamiento que media la unión de los polirribosomas
a las membranas del RE (véase más adelante), pero en
este caso, las proteínas se dirigen a la matriz; si se
elimina la secuencia líder, las proteínas de la matriz
no llegarán a su destino.
Se cree que la translocación ocurre de manera pos-
translacional, después de que las proteínas delamatriz
son liberadas de los polirribosomas citosólicos. La
interacción con diversas proteínas citosólicas que ac-
túan como chaperonas (véase más adelaate) y factores
de dirección ocurre antes de la translocación, y es obli-
gatoria para que la importación proceda con éxito. .
Dos complejos de translocación diferentes es-
tán situados en la parte externa e interna de las
membranas mt, conocidas como TOM (translocasa de
la membrana externa) y TIM (translocasa de la mem-
brana interna) respectivamente. Cada complejo ha sido
analizado, y se ha encontrado que están compuestos
de varias proteínas, algunas de las cuales actúan como
ref,€púores paralas proteínas que llegany otas como com-
ponentes de los poros tránsmembranales, a través de
los cuales deben pasar dichas proteínas. Las proteínas
deben estar en un estado no plegado para pasar a tra-
vés de los comple.jos, y esto se hace posible por medio
de la unión dependiente de ATI a varias proteínas
chaperonas. La función de las proteínas chaperonas
en el plegamiento de las proteínas se mencionará des-
pués en este mismo capítulo. E¡ la mitocondria, ejlán
involucradas en la tranilocacidi;dfstrf@ñ@-do,
enláinUte y degradaciól-de laq pro-t-elnas importadas.
Pará ia lmporiáci6ñ ie requiere de una fudria proto-
motriz a través de la membrana intema, formada por
el potencial eléctrico a través de la membrana (nega-
tivo en el interior) y el gradiente de pH (capítulo 14).
La secuencia líder cargada positivamente, puede ser
ayudada por la carga negativa de la matriz para aU+;
vesar la membrana. La presecuencia se elimina en la
matriz por una peptidasa deprocesamiento de lama-
triz (MPP), consistente en un componente cr y uno p.
Para completar el proceso general de importación es
esencial el contacto con otras proteínas chaperonas
presentes en la matriz. La interacción con mt-Hsp7O
(Hsp
=
proteína de choque térmico) asegura una apro-
piada importación a la matiz y previene plegados
erróneos o la agregación, en tanto que la interacción
con el sistema mt-Hsp6GHsp10 asegura un plegamien-
to apropiado. Estas últimas proteínas se asemejan a
las chaperoninas GroE bacterianas, una subclase de
chaperonas que forman ensambles complejos pareci-
dos a una jaula, constituidos por estructuras de
anilladas heptaméricas. Las interacciones de las pro-
teínas importadas con las chaperonas anteriores,
requieren de la hidrólisis de ATP para llevarse a cabo.
Se ha propuesto dos modelos acerca dq cómo se
ffanslocan las proteínas mt: el modelo de cuña y el
(Cttpítt,.
modelo de translocación motora. La primera inrp - -
que las preproteínas se deslicen a través de los car:: .
TOM y TIM en su estado extendido, y que la LlniLrr -
Hsp70 las atrape en lamatriz mt. La segundá. propr -:
que la unión al mt-Hsp70 ejerce una fuerza de atr':-
ción sobre las preproteínas, y que la hidrólisis de \T:
induce un cambio conlomacional en Hsp70 que
_sen.-,
una "fuerza de choque" (compárese con el conrpol:.,-
miento de la miosina en la contracción muscular: c¡-:
-
tulo 58) para atraer a la preproteína hacia el inten, -
Lo anterior describe la vía principal de las prct. -
nas destinadas a la matriz mt; sin embargo. cier:,,,
proteínas se insertan en la membrana mt externa. .
cual es fitcilitado por el complejo TOM. Otras se c.-
tienen en el espacio intermembranal, y algunas ..
insertan en la membrana interna. Otras más entrar. .,
la matriz y regresan a la membrana intema o al es',.,--
cio intermembranal. Ciertas proteínas mt no coflt1e rr'
-
presecuencias, y otras contienen presecuencias inter-
nas. En general, parece ser que las proteínas empl,':-
varios mecanisn-ros y nrtas para unirse a su destintr t--
nal en la mitocondria.
Ciertas estructuras generales que se dedican a .-
importación de las proteínas al interior de los org:,-
nelos, incluyendo a las mitocondrias y algunos de 1. ,
otros organelos, que se mencionarán más adelante. ..
resumen en el cuadro
¿13 3.
Se ha calcr.rlado que se trarlspofia más de un millón e .
macromolécu1as por minuto entre el núc1eo y e1 citoplasn'-,
en una célula eucariótica activa. Estas macromolécul:.
incluyen histonas, proteínas ribosómicas, subunidad..
Cuadro 43-3. Agunas características generales
de la importación de proteínas a los organelos*
. La ¡mportación de una proteína a un organelo, usualmente ocurre
en tres pasos: reconocimiento, translocación y maduración.
. Las secuencias de dirección en la proteína son reconocidas en a
citoplasma o en la superficie del organelo.
. Para la translocación la proteína está sin plegar; éste es un es-
tado que se mantiene en el citoplasma por proteínas chaperonas
. El plegado de la proteína a través de una membrana requiere ce
energía y de proteínas chaperonas del organelo en la cara trans
de la membrana.
. Los ciclos de unión y de liberación de la proteína a la chaperorre
resultan en el paso de su cadena de polipéptldo a través de \a
membrana.
. Otras proteínas dentro de los organelos catal¡zan el plegado d:
la proteína, con frecuencia se unen cofactores u oligosacáridas
y se ensamblan en monómeros activos u oligómeros.
*
Datos de McNew JA, Goodman JM: The targeting and asser¡:',
of peroxisomal proteins: Some old rules do not apply. Trends B:-
chem Sci 1998;2'1:154.
I
i
t
l
I

640. de ribosomas, f'actores de transcripción, y molécLrlas de
mRNA. El transporle es bidireccional y ocurre a través
de los complejos de los poros nucleares (NPC), los
cuales son estructuras complejas con una masa aproxi-
madamente 30 veces mayor que la de los ribosomas y
están compr-restas por 100 a 200 proteínas. El diámetro
de un NPC es de cerca de 9 nn-r, pero puede aumentar
hasta alrededor de 28 nm. Moléculas menores de
40kDa, pueden pasar a través del canal del NPC por
difusión, pero existen mecanismos especiales de
translocación para 1as moléculas más grandes. Estos
mecanismos están sometidos a una intensa investiga-
ción. aunque ya }ran surgido algunas características
impofiantes.
Hasta 1a fécha, se ha progresado en Ia comprensión
cle la importación nuclear de cieltas macromoléculas.
La imagen general que ha surgido es qLte se deben
importar proteínas (moléculas consignadas) que lle-
varl una señal de localización nuclear (NLS). Un
ejemplo de una NLS es la secuencia de aminoácidos
(Pro)¡-(Lis)a-A1a-Lis-Val, la cual es notablemente rica
en residuos básicos de lisina. Dependiendo de 1a NLS
que contiene, una molécula consignada interactúa con
lrna de la far.¡rilia de las proteínas solubles llamadas
importinas, y el complejo se ancla en el NPC. Otra
familia de proleínas llamadas Ran tiene un papel re-
gulador crítico en la interacción del cornplejo con e1
NPC y en su translocación a través del NPC. Las pro-
teínas Ran son GTPasas nncleares monoméricas
pequeñas y, de manera similar a otras GTPasas, exis-
ten tanto unidas a GTP como unidas a GDP. Estas se
autorregulan mediante los f-actores de intercan,bio cle
nucleótidos c1e guanina (GEF;p. ej., laproteína RCCi
en los eucariotas), los cuales se localizan en el núcleo,
y las proteír.ras Ran activadoras de guanina (GAPs),
Ias cuales son predominantemente citoplásmicas. E1
estado GTP unido de las Rar.r se favorece en el núcleo
y el estado GDP unido en el citoplasma. Las conlbr-
rnaciones y 1as actividades de las moléculas Ran v¿rrían
dependiendo de si se une a e1las GTP o CDP (el esta-
do GTP unida es activo; véase la infomación de las
proteínas G en el capítulo 4zl). Se piensa que la asi-
metría entre el núcleo y el citoplasma
-respecto
a
cuál de estos dos nucleótidos se une a las mo1éculas
Ran es crucial en la comprensión de las lunciones
de la Ran en los complejos de transl-erencia unidirec-
cional, a través del NPC. Cuando las moléculas con-
signadas se liberan dentro del núcleo, las importirias
se recirculan hacia el citoplasma para usarse de nuevo.
La figura 43-12 resume algunas de las principales fbr-
mas de los procesos anteriores.
Otras GTPasas monoméricas pequeñas (p. ej..
ARIr, Rab, Ras y Rho) son importantes en varios pro-
cesos celulares, tales como la fonnación y el transporte
de vesículas (ARF y Rab; véase a continuación), cier-
tos procesos de crecimiento y diferenciación (Ras), y
Membranas : esÍrLtctura, ensamble .vlitnción'
59 l
de fon,.ración del citoesqueleto de actina (Rho: capí-
tulo 58). Un proceso en el que se involucra GTP y
GDP, también es crucial en el transpotle de proteínas
a través de la mer¡brana de RE (véase a continuación).
Proteínas similares a las importinas, conocidas
como exportinas, están implicadas en 1a exportación
de muchas macromoléculas desde e1 núcleo. Las molé-
culas consignadas para ia exportación llevan señalcs
de exportación nuclear (NES). Las proteínas Ran
también intervienen en este proceso.
¡, al parecer. los
procesos de importación y exportación colnparten es-
tructuras comunes.
El peroxisoma es un organelo impofiante in'u'olLrcrado
con aspectos del metabolismo de muchas moléculas.
incluyendo ácidos grasos y otros lípidos (p. ej.. plasrra-
lógenos, colesterol, ácidos biliares), purinas. amino-
ácidos y peróxido de liidrógeno. Cada peroxtsonta
contiene cerca de 50 enzintas; la catalasa 1' la urato
oxidasa son enzimas marcadoras para estos organelos
(capítulo 2). Las vías de importación de varias de es-
tas proteínas
¡, enzimas han sido estudiadas; algr-tnas
son componentes de la matriz y okas son componen-
tes de la rnembrana. Por io menos se han descrLbierlo
dos secuencias direccionales de la matriz perorisomal
(PTS); 1a PTSI es r"rn tripéptido (p ej.. Ser-Lis-Leu.
pero se han detectado variaciones de ésta), iocalizada
en el carboxilo terminal de varias proteínas de la rnatriz.
También está la PTS2, que consiste en cerca de 26 a
36 aminoácidos y ha sido hallada en por 1o menos cua-
tro proteinas de la matriz y, a dif'erencia de la PTS 1, se
corta despr"rés de entrar en la matriz. Los receptores
para las proteínas importadas se localizan en la mem-
brana peroxisomal, y también están presentes las
proteínas intemas involucradas en e1 transporle de pro-
teinas dentro de la matriz. Se ha encontrado que Ia
ma¡,oría de las proteínas de la membrana peroxisomal
no contiene ninguna de las dos anteriores secuelrcias
de direccionalidad, aunque si poseen otras. Un hallazgo
interesante es que los peroxisorlas pueden, aparente-
mente, importar oligómeros intactos (p. ej., catalasa
tetramérica), ya sea a través de los poros de la mem-
brana o por endocitosis.
Se ha estimulado el interés en la imporlación de
proteínas en los peroxisomas,'por los estudios del síndro-
n-re de Zellweger y de otros padecimierrtos relaciona-
dos, que se originan por anormalidades de las proteínas
o enzimas peroxisomales. El síndrome de Zellweger
es evidente al nacimiento, y se caracterizapor una a1-

641. 592 . Bioqttímica de Harper (Capítulo 43
Figura 43*l2.Esquema del papel propuesto de Ran en la importación de una molécula consignada que lleva una señal NLS
1)EI complejo de direccionalidad se forman cuando el receptor NLS (o, una importina) une al NSL consignado y al factor de
acoplamiento (b). 2) El acoplamiento ocurre en los sitios filamentosos que salen del NPC. El Ran-GDP se acopla de manera
independiente. 3) La transferencia a los canales de translocacrón es activada cuando un Ran-GEF convierte un Ran-GDP en
Ran-GTP. 4) La NPC cafaliza la translocación del complejo de direccionalidad. 5) El Ran-GTP es reciclado a Ran-GDP por
acoplamiento con RanGAP 6) El Ran-GTP rompe al complejo de direccionalidad mediante la unión a un s¡t¡o en p que se
superpone con un sitio de unión. 7) El NLS de transporte se dlsocia de cr., el Ran-GTP puede disociarse de p. B) Los factores
o y p son reciclados en el citoplasma. En el inserto: la translocación Ran se desact¡va en el citoplasma y se activa en e
núcleo. La Ran-GTP promueve la translocación dirigida por NLS y NES. Sin embargo, la Ran citoplásmica se enriquece en a
Ran-GDP (apagada [OFF]) por una RanGAP activa, y las reservas nucleares son enriquecidas en la Ran-GTP (encendida
[ON])
por un GEF activo. La RanBPl promueve las actividades contrarias de estos dos factores. El enlace directo de as
reservas nucleares y citoplásmicas de la Ran ocurre a través de la NPC por un mecanismo aún desconocido. P, fosfatc
inorgánico; NLS, señal de localización nuclear; NPC, complejo del poro nuclear, GEF, factor de intercambio de nucleótido Ce
suanina; GAP, proteina de activación de la guanina, NES, seña nuc\ear de exportac\ón; BP, proteina de en\ace. (Re\mpfeso
con autor\zac\ón de Go\dfarb DS. §lhose trnger \s on \he s t\ch? Sirence tgs-?;zrt:tgi+.)
teración neurológica profunda; las victimas con fre_
cuencia mueren en el periodo de un año. Como se
reveló por medio de microscopia electrónica, los
peroxisomas están virlualmente ausentes en los pacien-
tes c_on el sindromel aLrnque las proteínai d" lu
membrana pueden ser detectadas poi medio de técni_
cas apropiadas. Los hallazgos bioquímicos incluyen
una acumulación de ácidos grasos de cadena,ruv lu._
ga, anormalidades de Ia sintesis de ácidos biliaies, y
una notable reducción de plasmalógenos. Se conside_
ra que el trastorno es causado por mutaciones en los
genes que codilican para cjefias proteinas _llamadas
peroxinas- involucradas en varios pasos de la
biogénesis de peroxisomas (tal como la importación
de proteínas descrita previamente), o en los g.n., qu.
codifican ciertas enzimas peroxisomales. DJs padeii_
mientos estrechamente relacionados,on la
adrenoleucodistrofia neonatal y Ia enfermedad in_
fantil de Refsum. El síndrome de Zellweger y estas
dos alteraci ones poseen características soürepuestas.
siendo el síndrome de Zellweger el más grave
ise afec_
tan rnuchas proteínas) y la enfermedád infantii de
Refsum la menos grave (sólo se afectan una o algunas
proteínas). El análisis de varias enzimas peroxisoriales.

642. Membranas: estruchffa, ensamble y.fttncíón ' 593
de proteínas de Ia membrana y de los mecanismos
implicados en la importación de proteínas en los
peroxisomas, han sido impor-tantes en la dilucidación
de las bases de estas y otras enfetmedades (cuadro 43-4)
producidas por anonnalidades en la función de ios
peroxisomas.
La hipétesis del seña¡amiento explica
como se unen los polirribosornas
a! retículo endoplásmico
Como se indicé anteriormente, la rama del RE rugoso es
la segunda'de las dos ramas involucradas en la síntesis
y distribución de proteínas. En esta rama, las proteí-
nas son sintetizadas sobre los polirribosomas unidos a
la membrana, y translocadas hacia el lumen del RE
rugoso previo a su posterior distribución (figura 43-11)'
La hipótesis de señalamiento fue propuesta por
Blobel y Sabatini, en parte para explicar la diferencia
entre los polirribosomas libres y los unidos a la mem-
brana. Encontraron que las proteínas sintetizadas en
los polirribosomas unidos a la membrana, contienen
una extensión peptídica (péptido de señalamiento)
en sus terminales amino, que mediaba su unión a las
membranas del RE. Como se mencionó previamente,
las proteínas cuya síntesis completa ocurre en los
polirribosomas libres, carecen del péptido de señala-
miento. Un aspecto importante de la hipétesis de
señalamiento, fue que sugirió ----como es el caso- que
todos los ribosomas tienen la misma estructura, y
que la diferencia entre los ribosomas libres y los uni-
dos a la membrana, depende sólo de las proteínas que
tienen el antecedente de llevar péptidos de señalamiento.
Mucha evidencia ha confirmado la hipótesis original.
Debido a que muchas proteínas de la membrana se
sintetizan en los polirribosomas unidos a la misma , la
hipótesis de señalamiento tiene una función importan-
Cuadro 43-4. Enfermedades debidas a
anormalidades peroxisomales*
Número MlMi
te en los conceptos del ensamble de la membrana.
Algunas características de los péptidos de señalamiento
se resumen en el cuadro 43-5.
La figura 43-13 muestra las principales caracte-
rísticas en relación con el paso de las proteínas
secretadas a través de la t.nembrana del RE,. Se incor-
poran características de la hipótesis de señalamiento
original y de trabajos subsecuentes. El mRNA para
dicha proteína codihca para un péptido de señala-
miento amino terminal (también conocida como
secuencia líder, señal de inserción transitoria, seouen-
cia de señalamiento o presecuencia). La hipótesis de
señalamiento propuso que la proteína se inserta en 1a
membrana del RE al mismo tiernpo que su mRNA se
es traducido en polirribosomas, la conocida inserción
cotranslacional. Conforme surge el péptido de setia-
lamiento de las subunidades grandes de los ribosomas,
reconoce una partícula de reconocimiento de seña-
lamiento (SRP) que bloquea una posterior translación
después de cerca de 70 aminoácidos polimerizados
(40 incluidos en la subunidad ribosomal grande y 30
expuestos). EI bloqr"reo se conoce como interrupción
de la elongación. El SRP contiene seis proteínas y
tiene un RNA 75 asociado, que a su vez está relacio-
nado con la familia Alu de secuencias de DNA,
altamente repetidas (capítulo 38). El bloqr-reo impues-
to por el SRP no se libera hasta qr.re el complejo
SRP-péptido de seña1-poiirribosoma se ha unido a 1a
conocida como proteína de anclaje (SRP-R. un re-
ceptor para SRP) en la membrana del REI de esta
manera, el SRP guía al péptido señal hacia el SRP-R y
evita plegamientos prematuros y [a expulsión de la
proteína que está siendo sintetizada. hacia el citosol.
El SRP-R es una proteina integral de la rnembra-
na, compuesta de subunidades o y
B. La subunidad ct
se une al GDP. Cuando el complejo SRP-péptido se-
ñai interactúra con el receptor, el intercambio de GDP
por GTP es estimulado. Esta fbrma del receptor (con
GTP unido) tiene una alta afinidad por el SRP y libera
al péptido señal, el cual se une al sistema de
translocación (translocón). tarrbién presente en 1a
membrana del RE. La subunidad u hidroliza sU GTP
unidc, restaura el GDP y completa el ciclo GTP-GDP.
Cuadro 43-5. Algunas de las propiedades
de los péptidos señal
. Por lo común, pero ro siempre, se local¡zan en el grupo amim
terminal.
. Contiene akededor de 12-35 aminoácidos.
. Por lo general la nretion¡na es el aminoácido en el grupo amirn
terminal.
. Contienen un grupo central de aminoácidos hidrofób¡cos.
. Cortieren por lo menos un aminoácido con car§a pos¡tiva cer-
ca del grupo amim terminal.
. Por lo general se desprerÉen del carboilo terminal de un resi-
duo Ala por medio de peptidasa de señal.
Síndrome de Zellweger
Adrenoleucodistrof ía neonatal
Enfermedad de Befsum infantil
Acidem¡a hiperpipecólica
Condrodisplasia rizomélica punteada
Adenoleucodistrofia
Adenoleucodistrofia pseudoneonatal
Pseudosíndrome de Zellweger
H¡peroxaluria tipo 1
Acatalasemia
Def¡ciencia de glutaril-CoA oxidasa
214100
202370
26651 0
239400
21 51 00
3001 00
264470
261510
259900
1 1 5500
231 690
" Reproducido con permiso de Seashore MR, Wappner RS: Gene
t¡cs in Pimary Care & Clinical Medicine. Appleton & Lange, 1996.
r
MIM
=
Herencia merdel¡ana en el hombre. Cada número espe-
cifica una referencia en la cual se puede obtener la información
respecto de Ias condiciones anleriores.

643. 594 . Bioqttímica de Harper
La unidireccionalidad de este ciclo contribuye a impul-
sar 1a interacción del polirribosoma y su péptido seña1
con ia membrana del RE en dirección anterógrada.
El translocón consiste en diversas proteínas de la
rnembrana que tbnnan un canal de conducción de pro-
teínas en la membrana dei RE, a través del cual pueden
pasar las proteínas recién sintetizadas. El canal parece
abrirse sólo cuando está presente el péptido de seña-
lamiento, presen'ando la conductancia a través de la
membrana del RE, cuando se cieffa. La condr-rctancia
del canal ha sido medida de manera experimental.
La inserción del péptido señal en el canal con-
ductor, mientras el otro extremo de la proteína proge-
nitora está aún unido a los ribosomas. se conoce como
'oinserción cotranslacional". E1 proceso de elongación
de la porción restante de la proteína, probablemente
lacilita ei paso de la proteína naciente a través de la
bicapa lipídica mientras los ribosomas permanecen
unidos a la membrana del RE. De esta manera se flor-
ma el RE rugoso (o con ribosomas anclados). Es
importante que 1a proteína se mantenga en un estado
no plegado. previo a entrar al canal de conducción
-
de otra manera, podría no tener acceso al mismo.
Los ribosor¡as pennanecen unidos a1 RE dnrante
la síntesis de las proteírlas que contienen el péptido
t(',tPirrrl, -
señal, pero cuando el proceso se completa, son 1iber.-
dos, y disociados en sus dos tipos de subunidades. E
péptido señal es hidrolizado por la peptidasa de la
señal, localizada en la parte luminal de 1a membrar..,
del RE (figura 43 I 3); no se ha establecido su destrn .
preciso, pero es probable que sea rápidamente degr;r-
dado por proteasas.
Se ha encontrado que varias proteírias de la menr-
brana del RE, interactúan de manera específrca con lo.
ribosomas. Ellas incluyen riboforinas I y lI y Sec6l p
esta última es un impofiante componente del translocc:
y parece ser el principal sitio de unión de los ribosoma.
El citocrorlro P450 (capÍtulo 61) es una proteín.
integral de la rnembrana del RE, que no cruza por co1.r---
pleto la membrana, sino qne reside en la membran.
con su péptido señal intacto. Su paso a través de 1;
membrana es evitado por una secuencia de aminoát r-
dos llamada señal de detención de transt-erencia o h¿i
Las proteínas secretoras y 1as destinadas a merli-
branas distales al RE, atraviesan completamente 1.
bicapa de la rnembrana y son descaryadas en el lumei
del RE. Las cadenas N-glucano, si están presentes. s;
añaden (capítulo 56) a medida que estas proteínas atr rr-
viesan la parte interna de la membrana de1 R-8, proces,-
conocido como "glucosilación contranslacional". D.
§,
\-,%
WM
wry
Péptido de señal + D
SRP
-
Receptor de r¡bosoma Receptor de la señal
Figura 43-13. Diagrama de la hipótesis de señalamiento para el transporte de proteínas secretadas a través de la membran.
del RE. Los ribosomas que sintetizan una proteína se mueven a Io largo del RNA mensajero, especificando la secuencia c=
aminoácidos de la proteína. (El mensajero se representa por la línea entre 5' y 3'.) El codón AUG marca el inicio del mensa_:
para la proteína; Ia línea segmentada después de AUG representa los codones para la secuencia de señalamiento. Como ra:
proteínas crecen a partir de las subunidades ribosomales grandes, la secuencia de señalamiento es expuesta y unida a
=
partícula de reconocimiento de la señal (SRP). La traducción es bloqueada hasta que el complejo se una con la "proteína ::
acoplamiento", también designada como SRP-R (representada por la barra sólida) en la membrana del RE. También exis:=
un receptor (barra abierta) para el propio ribosoma. La interacción entre ribosoma y el péptido en crecimiento de Ia cade-=
con la membrana del RE, resulta en la apertura de un canal a través del cual es transportada la proteÍna hacia el espac :
interior del RE. Durante el transporte, la secuencia de señalamiento de muchas proteínas es removida por una enzr:
llamada "peptidasa de señal", localizada en la superficie luminal de la membrana del RE. La proteína completa es finame":=
liberada por el ribosoma, el cual se separa en sus dos componentes, las subunidades ribosómicas grande y pequeña -'
proteína queda, finalmente, en el interior del RE. Véase el texto para mayores detalles. (Ligeramente modificado y repro:.--
cido con autorización de Marx JL: Newly made proteins zip through the cell. Science 1980,207:164. Copyright O 1980 by :-:
American Association for the Advancement of Science.)
a
C
Codones de señal
D

644. manera subsecuente, las proteínas se encuentran en
lumen del aparato de Golgi, donde ocurren cantbios
posteriores en la cadena de glucano (figura 56-9), antes
de la distribución lntracelular o secreción. Existe fuerle
evidencia de que el péptido señal está involucrado en
los procesos de inserción de proteínas en las membra-
nas del RE. Las proteínas mutantes, que contienen
péptidos señal alterados, en los cuales un aminoácido
hidrof-óbico es reemplazado por uno hidrófiIo, no se
insertan en las membranas del RE. Las proteínas no
membranales (p. ej., cr globina), a las cuales los
péptidos señal se han unido por medio de ingeniería
genética, pr-reden insertarse en el lumen del RE o aun
secretarse.
Existe considerable evidencia de que un segundo
transposón en la membrana del RE está involucrado
en el transporte retrógado de varias moléculas des-
de el lumen del RE hacia el citosol. Estas moléculas
incluyen glucoproteír.ras no plegadas o plegadas erró-
neamente, glucopéptidos y oligosacáridos. De esta
manera" existe un movimiento de doble sentido a tra-
vés de la rnembrana de1 RE.
Las rutas que siguen las proteínas para ser inserladas
en las membranas del RE incluyen las siguientes:
A. lnserción contranslacional
La figura.l3 8 muestra una variedad de formas en las
cr-rales están dispuestas las proteínas en la membrana
plasmática. En particular, puede observarse que 1os
amino teminales de cierlas proteínas (p. ej., el recep-
tor de LDL) están en la cara extracitoplásmica, en tanto
que para otras proteínas (p. ej., e1 receptor de la
asialoglucoproteína), los carboxilos terminales están
sobre esta cara. Para explicar esta r-rbicación es preci-
so considerar los eventos biosintéticos iniciales en la
membrana clel RE. El receptor de LDL entra a la
membrana del RE de rnanera análoga a r-rna proteína
secretora (figura ,13-13); atraviesa parcialmente la
membrana del RI su péptido señal se cofta y su amino
terminal protuye en el lr-uren. Sin embargo, este últi-
rno es retenido en la membrana debido a que contiene
un segmento altamente hidrófbbo, la señal de deten-
ción de transferencia o ltalt. Esta secuencia lornla el
segmento transmembranal único de la proteína y es su
dominio de anclaje a la membrana. La pequeña por-
ción de la membrana del RE en la cuai se localiza el
receptor LDL recién sintetizado, surge después como
componente de una vesícula de transporle, quizá des-
de los elen.rentos transicionales del RE (figura 43-11).
Como ya se describió en la información sobre Ia asi-
metría de proteínas y lípidos en el ensamble de la
Membranas: estructura, ensamble yJLrnción .
595
membrana, la disposición del receptor en la mernbra-
na del RE, está preservada en la vesícula, la cual, a la
larga, se fusiona con la membrana plasmática. Por el
contrario, el receptor de la asialoglucoproteína po-
see una secuencia de inserción interna. la cual la inserta
en la membrana pero sin penetrar. Ésta actúra como un
ancla, y su carboxilo terminal se extiende hacia afuera
a través de la membrana. La disposición más cornple-
ja de los transportadores (p. ej., para glucosa) puede
explicarse por el hecho de que las c¿-hélices transmem-
branales alternadas actúran como una secuencia de
inserción no penetrante y como señal de transferencia
/rall respectivamente. Cada par de segmentos
helicoidales se insefta como una horquilla. Las secuen-
cias que determinan la estructura de una proteína en
una membrana se conocen como secrLencias topo-
génicas. Como se erplicó en la figura ¿13 8. las tres
proteínas anteriores son ejemplos de proteínas
transmembranales tipo I, tipo II y tipo III.
B. Sínúesis en polirribosomas libres
y unión subsecuente a la membrana
del retículo endosplásmico
Un ejemplo es el citocromo ó., el cual penetra de ma-
nera espontánea a 1a membrana del RE.
C. Retención en la cara luminal
del retículo endoplásmico por secuencias
es pecífi cas de am i noác i d os
Ciertas proteínas poseen la secuencia KDEL ( Lis-Asp-
Glu-Leu)de aminoácidos en su carboxilo ten.r.rinal. Esta
secuencia especifica que esta proteína será, unida a la
cara interna del RE en una forma relativamente laxa.
La chaperor.ra BiP (véase rnás adelante) es una de es-
tas proteínas. En la actualidad, las proteínas que
contienen KDEL, primero viajan al aparato de Golgi,
interactúan ahí con una proteína receptora KDEL es-
pecífica, y después regresarl en vesícu1as a1 RE. donde
se disocian dcl receptor.
D. Transporte retrógrado desde
el aparato de Golgi
Otras proteínas que no contienen KDEL, destinadas a
1a l.nembrana del RE, también van hacia el aparato de
Golgi y después retornan por transporte retrógado
vesicular a1 RE, para ser inseftadas en su interior.
Los párrafbs previos demuestran que lrna r alie-
dad de rutas participan en el ensamble de las proteínas
c1e las membranas del RE; una sitr-ración similar qlrizá
ocurra en otras membranas (p ej , las menibranas
mitocondriales y Ia men.rbrana plasrnática). Se ha iden-
tificado las secuencias precisas de direccionalidad en
algunos casos (p. e.j., secr-rencias KDEL). Se ha de-
mostrado que la vida media de los lípidos de las
membranas del RE de hígado de rata es. por io gene-
ral, más cofta que la de sus proteínas, de tal manera

645. 596 . Bioquímica de HarPer
que los índices de recambio de lípidos y de proteí-
nas son independientes. De este modo se ha encontrado
que distintos lípidos poseeo diferente vida media'
Además, la vida media de las proteínas de estas mem-
branas varía an.rpliamente; algunas muestran una vida
media corta (horas) y otras una vida media larga (días)'
Así, los lípidos y proteínas individuales de ia membra-
na del RE parecen insertarse de manera relativamente
independiente.
En la figura 43 l4 se muestra un esquema que repre-
senta el posible flujo de proteínas membranales a lo
largo de la ruta RE --> aparato de Golgi -) membrana
plasmática. Las flechas horizontales denotan los pa-
sos del transporte que podrían ser independientes de
las señales de direccionalidad, en tanto que las flechas
verlicales abiertas representan los pasos que depen-
den de señales específicas. De esta manera, el flujo de
ciefias proteínas de la membrana desde el RE hacia la
membranaplasmática (designado como
o'flujo
masivo",
ya que no es selectivo), quizá ocurra sin la pafticipa-
ción de secuencias de direccionalidad, es decir, por
omisión. Por otra parte, la inserción de proteínas resi-
dentes en las membranas dei RE y del aparato de Golgi,
depende de señales específicas (p
"j
, KDEL o se-
cuencias de transferencia halt pata el RE). De manera
similar, el transporte de muchas enzimas a los
lisosomas es dependiente de la señal Man 6-P (capí-
tulo 56), y quizá esté implicada en la entrada de las
proteínas a los gránulos secretores. En el cuadro 43 6
se resume la información acerca de las secuencias que se
sabe intervienen en la direccionalidad de varias pro-
teínas a sus sitios intracelulares correctos.
(CaPírult, -
Cuadro 43-6. Algunas secuencias o compuestos
que dirigen a las proteínas a organelos
esPecíficos
Secuencia de
señalam¡ento
Ofganelo blanco
Secuencia de lospépt¡dos señal Membrana del RE
Secuencia KDEL en amino termi'
I
SuOerficie luminal del RE
nal (Lis-Asp-Glu-Leu)
Secuencia en amino terminal Mitocondria
(región de 70 residuos)__
l
NLS" (p. ej., Pro,-Lis,-Ala-Lis-Val) Núcleo
PTS- (p ej., Serlis-Leu) Peroxisoma
Manosa 6{osfato Lisosoma
-
NLS, señal nuclearde localización; PTS, secuencia de direcciona-
lidad en la matriz Peroxisomal.
Lisosomas
4>
Superficie
celuar
La salida del RE podría ser el paso limitante en la t'ra
secretora. En este contexto, se ha encontrado que cier-
tas proteínas tienen una función en el ensamble o el
plegado apropiado de otras proteínas, sin ser compo-
nentet de estas últimas. Tales proteínas se conocen
como chaperonas moleculares; en el cuadro 43-:7 *
muesran varias de las propiedades importantes de estas
proteínas, y los nombres de algunas de
9f1c{a¡
in-
portancia, se encuentran en el cuadro 43-8' Básica
mente, estas proteínas estabilizan a los intermediarim
no plegados ó parcialmente plegados, permitiéndoles
doblarie de manera adecuada, e impiden interacciones
inapropiadas; de esta manera combaten la formaci&
Vesículas secretoras
de almacenamiento
Figura 43-14. Flujo de tas proteínas de la membrana desde el retículo endoplásmico (RE) hasta la superficie de la célula
-==
flechas horizontales denotan los pasos que se han propuesto como independientes de la señal, y que representan er'-
gá.árá1. Las flechas verticales abiertas en los cuadradoi, denotan ta retención de las proteínas que residen en las me-:-=
nas del organelo indicado. Las flechas verticales abiertas fuera de los cuadrados, indican el transporte mediado por seia
='
hacia los lisosomas y lo, g*nuror secretores de alrnácenamiento. (Reproducida con permiso de Pfeffer SR Rothmar -:-
Biosynthet¡c protein transpárt and sorting by the endoplasmic reticulum and Golgi. Ann Rev Biochem i987;56:829')

646. Cuadro 43-7. Algunas propiedades de especies,
desde bacter¡as hasta humanos
. Están presentes en una ampl¡a variedad de especies, desde bac-
terias hasta humanos.
.
Muchas son conocidas como proteínas de choque térmico (Hsp).
. Algunas son inducibles por cond¡c¡ones que causan desplega-
miento de las nuevas proteínas sintet¡zadas (p. ej., temperatura
elevada y varias sustancias químicas).
. Se une a regiones predominantemente hidrófobas de proteínas
desplegadas y agregadas.
. Actúan, en parte, como un control de calidad o mecanismo de
ed¡ción para detectar plegado erróneo o proteínas defectuosas
de otra manera.
.
La mayoría de las chaperonas muestra una actiüdad de ATPasa
asociada, con ATP o ADP impl¡cados en la interacción proteina-
chaperona.
. Se encuentran en varios compart¡mientos celulares tales como
citosol, mitocondrias y en el lumen del retículo endoplásmico.
de e struc turas no fun c i onale s. L_ A m_4y_o;ÍA._dSjas-cna-
peronas rnue-shg,q-cgyi1!"4d deATPasa y se u1e aI ADP
y át ATP. Esta actividad es imporlanre para su elecro
e1i eIdlégamiento. Con frecuencia, el cómplejo ADP-
chaperona tiene una alta afinidad por la proteína sin
plegar, la cual, cuando se une, estimula la liberación
de ADP con el reen.rplazo por AIP. A su vez, el com-
plejo AlP-chaperona libera segmentos de la proteína
que se han plegado de manera apropiada y el ciclo, en
el que se involucra la unión del ADP y,ATP, se repite
hasta que se libera la proteína plegada.
Varios ejemplos de las chaperonas se menciona-
ron cuando se analizó previamente la distribución de
las proteínas mitocondriales. La proteína de unién
de la cadena pesada de la inmunoglobulina (BiP)
se localiza en el lumen del RE. Esta proteína unirá a
cadenas pesadas de inmunoglobulina plegadas de
manera anormal y ciertas otras proteínas y les impide
abandonar el RE, por 1o que son degradadas. Otra
chaperona importante es la calnexina, que es una pro-
teína de uniónde calcio qu,9 se localiz.a.en la membrana
del RE. Esta proteína se une a üna arnplia vatiedad de
proteínas, incluyendo antígenos de histocompatibilidad
cruzada (MHC) y una variedad de proteinas séricas.
Como se menciona en el capítulo 56, la calnexina une
a las especies monoglucosadas de las glucoproteínas
que ocuffen durante el procesamiento de las glucopro-
teínas, reteniéndolas en el RE hasta que la glucoproteína
se pliega de manera apropiada. La calreticulina, la
Cuadro 43-8. Algunas chaperonas y enz¡mas
involucradas en el plegam¡ento que se
local¡zan en el retículo endoplásmlco rugoso
.
BiP (proteína para unión de inmunoglobulina de cadena pesada).
.
GRP94 (proteína regulada por glucosa).
. Calnexina.
. Carréliculiná.
. PDI (proteín disulfuro isomerasa).
. PPI (peptidil prop¡l cis-frans isomerasa).
Membranas: eslrltctura, ensamble v-.ftrnción .
597
cual también es una proteína de unión de calcio, tiene
propiedades similares a las de la calnerina. Las
chaperonas no son las únicas proteínas en el lumen
del RE dedicadas a plegar a las proteínas de manera
apropiada. Son dos las enzimas que están presentes y
que tienen un papel activo en el plegamiento de las
proteínas. La proteína disulfuro isomerasa (DPI)
promueve el rearreglo rápido de los enlaces disulfuro
hasta que se establece el correcto. La peptidilpropil
isomerasa (PPI) acelera el plegado de las proteínas
q ue contienen prolina, catalizando 1a i somerización c¡.y -
Íran.s de ios enlaces X-Pro, donde X es cualquier
residuo de aminoácido.
Muchas de ias proteínas que se sintetizan en los po-
lirribosomas unidos a las membranas, y que se destinan
al aparato de Golgi o a las membranas plasmáticas,
alcanzan estos sitios dentro de vesículas de transpor-
te. Se desconocen los mecanisrnos precisos por medio
de los cuales las proteínas que se sintetizan en el RI
rugoso se inseftan en estas vesículas. Aquellas Iesícu-
las involucradas en el transpofte al aparato de Golgi y
de éste a 1a membrana plasmática, están, en su mayor
parte, libres de clatrina, a diferencia de las r,esículas
recubiertas, implicadas en la endocitosis (véase infor-
mación del receptor LDL en el capítulo 28). Para
hacerlo más claro, las vesículas no recubiertas de
clatrina se mencionarán en el texto como t esículas de
transporte. Existe evidencia de que las proteínas des-
tinadas para las membranas del aparato de Golgi. tienen
secuencias de señalamiento específicas. Por otra par-
te, muchas de las proteínas destinadas a 1a membrana
plasn,ática o para la secreción no parece que conten-
gan seña1es especílicas, aicanzando sus destinos por
omisión.
.. I :
..
1.- ,
._ 1:,,;...:
El aparato de Golgi tiene dos funciones importantes
en la síntesis de la membrana. Primero, está involu-
crado en el procesamiento de las cadenas de oligo-
sacáridos de la membrana y de otras N-glucoproteínas
unidas, y también contiene enzimas implicadas en la
O-glucosilación (capítulo 56). Segundo, interviene en
clasificación de varias proteinas previa a su envío ha-
cia los destinos intracelulares apropiados. Todas las
partes del aparato de Golgi participan en la primera,
en tanto que el Golgi-trans está involucrado de mane-
ra parlicular en la segunda, y es muy rico en vesículas.

647. 598 . Bioquímica de Harper
Debido a su fimción central en el transporte de proteínas,
durante los últimos años se ha llevado a cabo investi-
gación considerable respeeto a la formación y destino
de las vesículas de transporte.
Las vesículas
-principalmente
pero no de manera ex-
clusiva de la variedad no recubierta con clatrina se
encuentran en el corazón del transporle intracelular
de n.ruchas proteínas. Recientemente se han hecho pro-
gresos significativos en la compretrsión de los eventos
involucrados en la fonr, ación y transpofie de las vesícu-
las. Esto ha trascendido debido al empleo de diversos
procedirnientos que incluyen el establecimiento de sis-
temas libres de células, con los cuales se estudia la
formación de vesículas. Por ejemplo, es posible observar,
con un microscopio electrónico, el surgimiento de las
vesículas, de preparaciones del aparato de Golgi incu-
badas con citosol y AIP. El desalrollo de procedimien-
tos genéticos para estudiar ias vesículas en levaduras
ha sido de importancia crucial. El panorama es com-
plejo, con su propia nomenclatura (cuadro 43 9), e
involucra una variedad de proteínas citosólicas y
membranales, GTP, AIP y lactores accesorios.
Con base principalmente en una propuesta de
Rothman y colaboradores, se considera que el trans-
porle anterógrado de las vesículas ocure en ocho pasos
(hgura 43 15). El concepto básico es qr,re cada vesí-
cula de transpofte lleva un marcador para una dirección
irnica que consiste en una o rnás proteínas v-SNARE,
mientras que cada membrana blanco contiene una o
más proteínas t-SNARE complementarias, con las
Cuadro 43-9. Factores involucrados en la
formación de vesículas no recubiertas con
clatrina y su transporte
. ARF: Factor de ADPribos¡lación, una GTPasa.
. Cubiertómero: Familia de por lo meros siete proteínas de recu-
br¡m¡ento (cr,
0,
y, 6, e, p',
0.
Diferentes vesículas de transporte
t¡enen diferentes complementos de proteínas de recubrimiento.
. SMP: factor de unión de NSF soluble.
. SMRE: receptor SNAP
. v-SMRE: SNARE vesicular.
. I-SNARE: SMRE del blanco.
. GTP-y-S: análogo no hidrolizable de GTP, usado para probar el
involucramiento del GTP.
. NEM: Metilmaleimida, sustarria química que alquila los grupos
sulfhidrilo.
. NSF: Factor sensible a NEM, una ATPasa.
. Proteínas Rab: fam¡lia de proteínas relacionadas con ras, obser-
vada in¡cialmente en el cerebro de rata; son GTPasa y son act¡vas
cuando se encuentra GTP.
. Secl: m¡embro de una familia de proteínas que se unen a la t-
Sl,lARE y son desplazadas de ellas por las proteínas Rab, por lo
que se permite que ocurra la interacción V-SI{ARE-I-SNABe.
cuales las proteínas precedentes interactúan ,j¡ : .-
ra específica.
Paso l: Ensamble de la cubierta, que s. -
cuando se activa el ARF por medio de unión ¡-
-
-r
el cual es intercambiado por CDP. Esto condu.. , -
asociación de ARF unido a CTP con su recep¡or p
- --
vo (señalado en la figura 43-15) en la membra:.. -.
donador.
Paso 2: EIARF asociado a las membranas reclu::
las proteínas de la curbierta que forman la ca:. -.
recubrimiento desde el citosol. fbrmando una e\:- -
nación recubierta.
Paso 3: La evaginación se desprende en ut.i :: -
ceso en el que se invohrcra acil-CoA y quizá.\Tt
para completar la formación de vesículas recubte::.,
Paso 4: El desensamble de la cubierta (qtic .- '
plica la disociación de1 ARF y de la capa de recu: -
miento) sigue a la hidrólisis del GTP unido; para ; -.
ocurra la fusión, es necesario quitar el recubrimie;-.:
Paso 5: La direccionalidad de la vesícula se : -
canza a través de miembros de una familia de proterr
-,
integrales llamadas v-SNARE, que marcan a la vesrc -'
la durante su formación. La v-SNARE se aparea.-:
su contrapatle, la I-SNARE, en la membrana blan:
para anclar la vesícula.
Se presume que los pasos 4 y 5 están relacior:--
dos de manera muy cercana, y clue el paso 4 puec.
seguir al paso 5, con la rápida disociación de AR-F r ,
capa de recubrimiento, después del anclaje.
Paso 6: La maquinaria general de fusión se er--
sambla entonces en el complejo SNARE apareado: est,
incluye una AIPasa (NSF; factor NEM sensible) 1'
la.
proteínas SNAP (factor de unión NSP soluble). La.
SNAP se unen al complejo SNARE (receptor SNAP
incapacitando al \SF para unirse.
Paso 7: La hidrólisis de ATP por NSF es esen-
cial para la fusión, es un proceso que pr-rede ser inhibidc
por NEM (l/-etilmaleimida). También se requiere de
otras proteínas y calcio.
Paso 8: El transporte retrógado ocllrre para
reiniciar el ciclo. Este último paso puede recuperar
ciertas proteínas o reciclar v-SNARE. E1 nocodazol.
un agente alterante microtubular, inhibe este paso.
Los siguientes puntos expanden y clarifican lo anterior.
a) Para participar en el paso 1, el ARF primero debe
ser modificado por la adición de ácido mirístico
(C14:0), empleando miristoil-CoA como el do-
nador del grupo acilo. La miristoilización es una
de varias modificaciones postraduccionales
catalizadas por la enzima, que implica la adición
,
de ciertos lípidos a residuos específicos de pro-

648. Mentbranas: estructlrra, ensamble y.función .
599
Vesícula
recubierta
@
trrP1€l
. ArP
--f
'{r,
%,^o,an
.TY;
@
Figura 43-15. Modelo de los pasos de un ciclo de hansporte vesicular anterógadro. El ciclo comienza en la parte inferior
izquierda de la figura, en donde dos moléculas de ARF están representadas por óvalos pequeños que contienen GDP. Los
pasos en el ciclo se describen en el texto. Muchas de las abreviaturas usadas se explican en el cuadro 43-7. El papel de las
proteínas Rab y Secl (véase el texto) en el proceso general, no se especifican en esta figura. (CGN, red cr§Golgi; BFA,
Brefeldin A.) (Adaptado de Rothman JE: Mechanisms of intracellular protein transport. Nature 1994;372:55.) (Cortesía de E
Degen.)
teínas, que facilitan el enlace de las proteínas a
las superficies citosólicas de las membranas o
de las vesículas. Otras son la adición de palmi-
tato, farnesil y geranilgeranil; las dos últimas
moléculas son poliisoprenoides que contienen 15
y 20 átomos de carbono, respectivamente.
b) Se han diferenciado por lo menos cuatro tipos
de vesículas recubiertas: COPL COPII y dos
tipos que contienen clatrina.
LAsJes,í€dasCpPI
bidireccional
versa, eÍl tanto que las vesículas COPII están
implicadas principahnente sólo en la primera.
consignadas por las vesículas, ésta parece ser
principalmente una función de las proteínas de
recubrimiento de las vesículas. Las moléculas
consignadas pueden interactuar con las proteí-
nas de recubrimiento, tanto de manera directa,
como vía proteínas intermediarias que se unen a
las proteínas de recubrimiento y, entonces, son
englobadas en las vesículas apropiadas.
c) El metabolito de hongos brefeldina A impide la
unión del GTP con el ARF en el paso 1, y de esta
manera inhibe todo el proceso de recubrimiento.
En su presencia, el aparato de Golgi parece desin-
tegrarse, y los fragmentos se pierden. Esto puede
suceder por inhibición del intercambio de nu-
cleótidos de guanina involucrado en el paso 1.
d) El GTP-y-S (un análogo no hidrolizable del GTP,
utilizado con frecuencia en investigaciones sobre
el papel del GTP en procesos bioquímicos) blo-
quea el desensamble de la cubierta de las vesícu-
las recubiertas, conduciendo a la acumulación
de las mismas.
e) Una familia de proteínas similares a ras (capítu-
lo 62), conocidas como familia de proteínas
rab, se requiere en algunos pasos del transporte
intracelular de las proteínas, regulación de la
secreción y endocitosis. Son GTPasas pequeñas
monoméricas que se unen alacara citosólica de
las membranas vía las cadenas geranilgeranil. Se
unen en el estado de GTP unido (no se muestra
en la figura 43-15) a las vesículas que surgen.
Otra familia de proteínas (Secl) se une a las t-
SNARE e impide la interacción con ellas y con
sus v-SNARE complementarias. Cuando una
vesícula interactúa con su membrana blanco, las
proteínas Rab desplazan a las proteínas Sec1, y
la interacción v-SNARE-I-SNARE ocurre libre-
mente. Parece ser que las familias de proteínas
Rab y Secl regulan la velocidad de formación
mente. En cuanto a la
trocodazol I
1n-
\-/
Donador Membrana
de membrana A btanco
les decir RE) (U
les rlecir CGI(es decir, RE) (es decir, CGN)
clafrina

649. 600 . Bioquímica de Harper
de las vesículas, de manera opuesta. A las pro-
teínas Rab se les lTa relacionado con etr aumento
de la velocidad y a las proteínas Secl con la de-
tención general de fbrmación de vesículas.
l) Los estudios en que se usar'l proteínas v-SNARE
y t-SNARE reconstituidas en vesículas aisladas
de la bicapa lipídica han indicado que forman
SNAREpins, es decir, complejos SNARE que
unen a dos membranas (vesículas). Las SNAP y
el NSF se requieren para la fbrmación de
SNAREpins, pero una vez que se han lbmado,
aparentemente, pueden conducir a una fusión
espontánea de las menrbranas a temperatura fi-
siológica. sugiriendo que son el sistema lnínimo
que se requiere para la fusión de las membranas.
g) La fusión de las vesículas sinápticas con la mem-
brana plasmática de las neuronas (capítulo 64)
involucra una serie de eventos similares a los
antes descritos. Por e.jemplo, una v-SNARE se
designa como sinaptobrevina: y dos t-SNARE
se desi.enan como sintaxina y SNAP 25 (proteína
asociada a} sinaptosoma de 25 kDa). La toxina
botulínica B es una de las toxinas más letales
que se conocen, y la causa más seria de envene-
namiento por alimentos. Un componente de esta
toxina es una proteasa que parece que se adhiere
sólo a la sinaptobrevina, de esta manera inhibe la
liberación de la acetilcolina en la unión neuro-
muscular y podría ser fatal, dependiendo de la
dosis ingerida.
h) Aunque el n.¡odelo previo describe ias vesículas
no cubiefias con clatrina. parece ser que muchos
de los eventos descritos se aplicarr, por lo menos
en principio. a 1as vesiculas que sí 1o están.
La infbn¡ación siguiente, respecto a la biogénesis de las
rrrembranas, ha demostrado que éste es un proceso
complejo acerca del cual aún se desconoce mucho.
tJna indicación de la complejidad involucrada es con-
siderar el núr.nero de modilicaciones postl'anslacionales
a las clue pueden someterse las proteínas de la mem-
brana antes de alcanzar su estado de madurez. Esto
incluye proteólisis. glucosilación, adición de un ancla
-qiucolbsf
atidilnositol (GPT), sulfatación de las tirosinas
o dei carbohidrato, fbsfbrilación, acilación v prenilación
ilna lista que indudabiemente es incompleta. Sin
embargo, se han hecho progresos significativos. En el
cuadro .13 10 se resur.ne algunas de las principales
tbrmas de ensemble de la membrana discutidas pre-
rriamente.
PERM¡TE FUNCIONES ESPECIALIZADAS
Si la membrana plasmáfica es relativamente impermeable,
¿cómo
penetran ala célula muchas de las moléculas?
(Capírui,.
Cuadro 43-10. Características principales
del ensamble de la membrana
. Los lípidos y proteínas son insertados de manera independie:t:
en las membranas-
. Los lípidos y proteínas de membranas individuales cambian cg
manera independiente y con diferente velocidad.
. Las secuenc¡as topogénicas (p. ej., señal [amino terminal o rr-
ternol y detención de la transferencia) son importantes en la de.
term¡nación de la ins erción y disposición de proteÍnas en las
membranas.
. Las proteínas de las membranas dentro de vesículas de trarE-
porte surgen del retículo endoplásmico en su cam¡no hac¡a e
aparato de Golg¡; la distribución final de muchas proteínas de :e
membrana ocurre en la red Golgi-f/ans.
. Las secuencias específicas de distribución guían a las proteinas
a organelos part¡culares tales como l¡sosomas, peroxisomas
¡
m¡tocondr¡as.
¿Cómo
se establece la selectividad de este movimie:--
to? Las respuestas a estas pregLrntas son itnportant;.
para la comprensión de cómo 1as células se ajustan -,
un n-redio extracelular constantemente can,biante. L¡'.
organismos metazoarios también tienen nredios c-
comunicación entre células adyacentes y distante.
de tal manera que pueden coordinarse los comple¡.'.
procesos biológicos. Estas señales deben llegar a l.
membrana y ser transmitidas por ella, o deben gelre-
rarse conlo una consecLlencia de alguna interacctrr:-
con la membrana. Algunos de los principales mec:-
nismos enrpleados para alcanzar estos objettr t.
diferentes se listan en el cuadro 43 -l 1.
Las moléculas pueden atravesar de manera pasiva 1.,
bicapa a favor c1e gradientes electroquímicos, pc:
difusión simple o por dilusión facilitada. Este mor i-
miento espontáneo hacia el equilibrio, contrasta coi.
el transporte activo, el cual requiere de energía debL-
do a que constituye un movimiento en contra de i.t::
gradiente electroquír.r, ico. En Ia figura 43 16. Se pr..-
Cuadro 43-11. Transferencia de material
e información a través de la membrana
Movim¡ento de moléculas pequeñas a través de las membranas
Difusión (pasiva y facilitada).
Transporte activo.
Movim¡ento de grandes moléculas a través de las membranas
Endocitos¡s.
Exocitosis.
Transmis¡ón de señales a través de las rnembranas
Receptores en la superficie de la célula.
1. Transducc¡ón de la señal.
2. lntroducción de la señal (acoplada con endocitosis, p. ej .
receptor de LDL).
Moümiento hacia receptores intracelulares (hormonas esteroi-
des; una forma de d¡fusión).
Contacto intercelular y comunicación

650. Membranas: estnK'tura, ensamble y.firnción ' 601
,'"*"f [ [
"o'o'* I ll r
Molécula
transportada
\
oo o
I I
'"f^'n I.
ül[lqH/,P
\---1----J
Difusión Difusiór
lipídica f acilitadr
Proteina I
acafieadora I
r,v
\?,.ttfiljt/ I \1,l11
/U[YYIÍ i ilVU
'Lo.
lh&"
o(
3!3s
E
GraBinte
electr@ím¡co
E
v
oo
'h
Difusión
f acilitada
Transporte pasivo Transporte act¡vo
Figura 43-16. Muchas motéculas pequeñas sin carga pas,rn libremente a través de la bicapa lipídica. Las moléculas carga-
das, moléculas grandes sin carga, y algunas pequeñas rr,oléculas sin carga son tra¡-rsferidas a través de los canaies o poros.
o por proteínas de transporte específicas. El transporte pasivo siempre hace descender a un gradiente electroquímlco hacia
el equi!ibrio. El transporte activo es en contra de un gradiente electroquímico, y requiere del aporte de energía. en tanto que
el transporte pasivo no lo requiere. (Redibujado y rep'roducido con autor¡zación de Alberts B et al.: Molecular Biology of the
Ce//. Garland, 1983.)
porciona una representación esquemática de estcls
¡¡ecanismos.
Como se describió previamente, algunos solutos
como 1os gases, pueden penetrar a ia célula por difu-
sión a f'avor de un gradiente electroquímico a través
de la membrana, y no se requiere de energía metal¡óiic a.
La difusión pasiva sintple de un soluto a lri,r'és de la
membrana, está limitacla por 1a agitación tei'rlica de
la molécula específica, por e1 gradiente de cr ncentra-
ción a través de la lneurbrana y por la solr-ib lidad del
soluto (coeficier.rte de permeabilidad, lirgura 43 6) en
la parte hidrófoba cle la bicapa de la urenibrana. La
soiubilidad es inversamente proporcional a1 n[tmero
de puentes de hidrógeno que se deben ro nper para
que un soluto en la fase acLrosa extema se irlco{)ore a
la bicapaliidrófbba. Los electrolitos. poco solubles en
lípidos, no forman puentes de hidrógeno con el agr-ra,
pero adquieren una capa de agua de hidratación por
medio de una interacción electrostática. El taliraño de
tra capa es directamente proporcional a la densidad
de carga de1 eiectrolito. Los electrolitos con una alta
clensidad de carga tienen una gran capa de hidratación
y de esta fbrma, un baio índice de difi"rsión. Por e.jem-
plo, ei Na* tiene una mayor densidad de carga que el
K-. El Na hidratado es, por tanto, mayor que el K
hidratado; de ahí que e1 último tiende a moverse con
más facilidad a través de la men.ibrana.
En membranas naturales, en oposición a las
bicapas de la llembrana sintética. existen canales
transmembranales, estructuras similares a poros, com-
puestas de proteínas que constituyen los canales
iónicos selectivos. Los canales de conductividad de
cationes tienen un diámetro promedio de cerca de 5-8
nm, y están cargados negativamente dentro de1 canal.
La permeabilidad del canal depende del tamaño, la
hidratación y el grado de la densidad de carga del ion.
Se ha identificado los canales específicos para el Na*,
K*, Ca2* y Cl-, dos de ios cuales se iiustran en la figu-
ra 43-17. Se puede observar que ambos constan de
cuatro subunidades, y cada subuntdad de seis domi-
nios cx-hélice transmernbranales. Los grupos anrino y
cartroxilo terminales de arnbos canales iénicos se 1o-
calizan en ei citoplasma, con ci¡cunvoluciones tanto
extracelulares como intraceluiares. Los poros en los
canales, a través de los cuales pasan los iones, no se
muestran en 1a figura. Ellos forman el centro (diárne-
tro cerca de 5-B nm) de una estructura formada por la
yuxtaposición de ias sub,unidades (comparar con ia
ligura 64*2). I-os canales son mi¡y selectivos, en mu-
chos casos perrniten sólo el paso de un tipo de ion
(Na", Ca2*, etc.). Se ha encontrado muchas variacio-
nes de las características estructurales descritas, pero
todos los canales iónicos, básicamente están forma-
dos por subunidades transmembranales que al juntarse
forman un poro central a través del cual pasan los iones
de manera selectiva.
Las membranas de las células nerviosas tarnbién
contienen canaies iénicos muy bien estudiados, que
\--___--,

651. Cerebro de rata
cadena de NA+
602 . Bioquímica de Harper (Capítulo
Externa
Músculo esquelético
de conejo
Canal de Ca2t
Figura 43-17. Diagrama de la estructura de dos canales iónicos. Los números romanos indican las cuatro subunidades de
cada canal y los números arábigos, los dominios c¿-helicoidales transmembranales de cada subunidad. Los poros a través de los
cuales pasan los iones no se muestran, pero están formados por la aposición de varias subunidades (compárese con la figura
64-2). Las áreas específicas de las subunidades involucradas en la apertura y cerrado de los canales, tampoco eitán
indicadas. (De WK Catterall. Modificado y reproducido con autorización de Hall ZW: An lntroduction to Molecular Neurobiotogy
Sinauer, 1992.)
son los responsables de los potenciales de acción ge-
nerados a través de la membrana. La actividad de
algunos de estos canales está controlada por los
neurotr"ansmisores, por tanto, puede controiarse la
actividad del canal. Un ion puede regular la actividad
del canal para otro ion. Por ejemplo, una disnrinución
de la concentración de Car* en el líquido extracelular,
aumenta 1a permeabilidad de la lnembrana y la difu-
sión de Na*. Esto despolariza a la merrbrana y dispara
una descarga nerviosa. Esto puede explicar el entume-
cimiento, comezón y calambres musculares, que son
sintomáticos de una baja concentración de Car sérico.
Los canales se abren de tbrma temporal y así son
como "compuedas" que pueden controlarse mediantc
Ia apeftura y el cierre. En los canales de compuerta
controlados por ligando, se une una molécula espe-
cífica a un receptor y se abre el canal (figura 64 2).
Los canales de compuerta dependientes de voltaje.

652. se abren (o se cierran) en respuesta a cambios en el
potencial de membrana. Algunas propiedades de los
canales iónicos se listan en el cuadro 43-12; otros as-
pectos de los canales iónicos se mencionan brevemente
en los capítulos 58 y 64.
Ciertos microorganismos sintetizan pequeñas
moléculas orgánicas, los ionóforos, que funcionan
como lanzaderaparaelmovimiento de los iones atra-
vés de las membranas. Estos ionóforos contienen centros
hidrofilicos que se unen con iones específicos, y están
rodeadcis por regiones hidrofobicas periféricas; este
arreglo permite que las moléculas se disuelvan de ma-
nera efectiva en la membrana, y que se difundan, atrave-
sándola. Otras, como el bien estudiado polipéptido
gramicidina, forman canales. Las toxinas microbianas,
como la toxina de la difteria y los complementos
séricos activados, pueden producir grandes poros en
las membranas celulares y por tanto, proporcionan a las
macromoléculas un acceso directo hacia el medio intemo.
En re§umen, la difusión neta de una sustancia
depende de lo siguiente: l) Su gradiente de concentra-
ción a través de la membrana. Los solutos se mueven
de una concentración altahaciauna baja. 2) El poten-
cial eléctrico a través de la membrana. Los solutos se
mueven hacia la solución que tiene carga eléclrica
opuesta. El interior de la célula suele tener una carga
negativa. 3) El coeficiente de permeabilidad de la sus-
tancia para la membrana. 4) El gradiente de presión
hidrostatica a través de la membrana. Conforme se
aumenta la presión se incrementa el índice y lafiterza
de colisión entre las moléculas y la membrana. 5) La
temperatura. Conforme se aumenta la temperatura, se
incrementa el movimiento de las partículas, y de esta
manera crece la frecuencia de colisiones entre las par-
tículas extemas y la membrana.
Cuadro 43-12. Algunas propiedades
de los canales iónicos
.
Compuestos por subunidades de proteína lransmembranal.
.
La mayor parte son altamente selectivos para un ion; unos cuan-
los son no selectivos.
. Permiten que iones ¡mpermeables crucen las membranas a ve-
locidades que se aproiman a los límites de difusión.
. Pueden permitir un f lujo de iones de 106-1 01seg.
.
Su actrvidad está regulada.
. Los dos t¡pos principales son compuertas dependiente de volta-
.ie
y de ligando.
. Por Io general están altamente conservados a través de las es-
pecies.
.
Muchas células tienen una variedad de canales de Nar, K-, Car-
v cr.
. Las mutac¡ones en los genes que las codif¡can pueden causar
enf ermedades específ icas.
x
. Su activ¡dad puede afectarse por ciertos medicamentos.
x
Algunas enfermedades causadas por mrfaciones de los canales
iónicos se mencionan brevemente en el capítulo 58_
Membrana.s: estructura, ensamble yJirnción .
603
Los sistemas de transporle se pueden describir en un
sentido funcional. de acuerdo con el número de molé-
culas que se mueven y la dirección de1 movimiento
(figura 43-18), o de acuerdo con el lnovimiento, ya
sea si es hacia el equilibrio o fuera de éste. Un sistema
uniporte mueve un tipo de molécula de modo
bidireccional. En los sistemas de cotransporte, la
transferencia de un soluto depende de la transf-erencia
estequiométrica simultánea o secuencial de otro soluto.
Un simporte mueve estos solutos en la misma direc-
ción. Algunos ejemplos son el transportador de
protones-azúcar en las bacterias, los transpoftadores
de Nat-azúcar (glucosa, manosa, galactosa, rilosa y
arabinosa) y los transpofiadores Na -aminoácido en
las células de mamíferos. Los sistemas antiporte mue-
ven dos moléculas en direcciones opuestas (p. ej.. entra
Na- y sale Ca2-).
Las moléculas que no pasan libremente a trar,és
de la bicapa lipídica de la membrana, 1o hacen en aso-
ciación con proteínas acar:readoras. Esto implica dos
procesos: difusión facilitada y transporte activo, y
sistemas de transpofte altamente específicos.
La difusión facilitada y el transporte activo com-
parten muchas características. Ambos parece que
involucran proteínas acarreadoras y muestran afrnidad
por los iones, azúcares y aminoácidos. Las r.nutaciones
en las bacterias y en las células de mamíferos (inclu-
yendo algunas que resultan en enfermedades hr-rntanas),
han apoyado estas conclusiones. La difusión lacilitada
y el transporle activo recuerdan una reacción enzima-
sustrato, excepto que no ocurre una interacción cova-
Figura 43-18. Esquema de los trpos de sistemas de transpor-
te. Los transportadores se pueden clasificar respecto a la
dirección del movimiento y a si se mueven una o más molécu-
las únicas. (Redibujada y reproducida con autorización de
Alberts B etal.. MolecularBiologyof the Cel/. Garland, 1983.)
A
1r\
¡tl
lrl
Y
Uniporte
\/V
I[( ii ),]ixtt[(
ji)m
AIL
Simporte Antiporle
\__-_-
Cotrasporte

r,.uo,
J
liordica

653. ó04 . Bioqtrímica de flarper (Capítulo 131
lente. Estos puntos de semejanza son los siguientes:
1) Existe un sitio de unión específico para el soluto. 2) El
acarreador es saturable, por lo que tiene un índice má-
ximo de transporte (L,,,u., ligura 43 l9). 3) Existe una
constante de unión (K,,,) para el soluto, y todo el siste-
ma tiene una K,,, (figura 43 l9). 4) Posee inhibidores
cornpetitivos estructuralmente simi lares, que bloquean
el transporte.
Las principales diférencias son las siguientes: l) La
difusión laciiitada puede operar de manera bidirec-
cional" en tanto que el transporte activo es, por lo
general. unidireccional. 2) El transpoúe activo siern-
pre ocurre en contra de un gradienle eléctrico o químico
y, por talito, requiere energía.
Algunos solutos especílicos difunden a fávor de gta-
dientes electroquímiccls a través de las membranas, más
rápiclo de 1o que se podría esperar por su tamaño, car-
ga, coeficientes de partición. Esta difusión facilitada
muestra propiedades distintas de las de la difusión siln-
ple. La veiocidad de la rlifusión facilitada, un sistema
uniporte, se puede saturar. es decir, el uírmero cle si-
tios involucrados en la tlifusión de ios solutos específiccls
es linito. Muchos sisternas cie diiusión facilitada son
esteroespecíficos pero, como la difusión simple, no
requieren de energía metabólica.
Corno se describió antes. 1a asimetría interna-ex-
ter¡ra de las p.rrple;¡ur de 1a n.rembrana es estable, y es
ilir¡sual la movilidad de 1as proteínas a trar,és (más que
er.r la entrada) de la nembrana, por tanto, la movilidad
t'ansversal de las proteínas acarreadoras específicas
no se considera para 1os procesos de difusión f-acilitada"
excelltc) para Ios ionófbros microbianos (véase antes).
Un rnecanismo "ping-pong"
(figr-rra 43 20) ex-
plica la difusión facilitada. En este mc¡delo. la proteína
acarrearlora existe en dos confbr:mac i ones pi-i ncipal es"
K,n
Concentración de scluto
Figura 43-19. Una comparación de la cinética de la difusión
mediada (facilitada) por ei acarreador con la difusión pasiva
El índice de movimiento en la última, es directamente pro-
porcional a la concenlración de soluto, en tanto que el proceso
es saturable cuando el acarreador está involucrado. La con-
centración a la mitad de la velocidad máxima es iguai a la
constante de unión (K.) del acarreador para el soluto (t1",,.
velocidad máxima).
En el est¿rdo "pong", está expuesta a altas concentra-
ciones de soluto, y las moléculas del soiuto se unen a
sitios específicos en la proteína acarreadora. El trans-
poúe ocllrre cuando un cambio conformacional expone
al acareador a una concentración baja de soluto (es-
tado "ping"). E,ste proceso es completamente rever-
sible" y el flujo neto a través de la membrana depende
dei gradiente de concentración. La velocidad con la
cual entra el soluto a Llna célula por difirsión l'acilita-
da. está detern.rinada por los siguienles l'actores: i ) E 1
gradiente de concentración a través de la membrana.
2) La cantidad disponible de acarreador (éste es el prin-
cipal paso de control). 3) La rapidez con qlle interactúLa
el acarreador con e} soluto. 4) La rapiclez del cambio
confbnnacior.lal <le los acameailores carsado v clescar-
gado.
Horn nn f,r
1,,t l,IllH.& UüI
oo
ilt
Ill
_..
'LJrtusron medrada
por el acarreador
"Ping"
ffiMffi
,m
ffiFH
ffi# k]ffi
-o o
Figura 43-20. EI modelo "ping-pong" de la difusión facilitada. Una proteína acarreadora (estructura en gris) en la bicapa lipídica
se asocia con un soluto con una alta concentración en un lado de la membrana. Surge un cambio conformacional (de "pong
a "ping") y el soluto es descargado en el lado que favorece el nuevo equilibrio. El acarreadorvacío regresa a la conformacic-
or"iginal (de "ping" a "pong") para completar el ciclo.
i

654. Mernbranas: eslrltctlü'ü, ensamble.v fttnc'ión
.
605
Las hormonas regulan la difusión facilitada me-
diante el cambio del número de transportadores
disponibles. La insulina aumenta el transporte de glu-
cosa en el tejido adiposo y el músculo med.iante el
reclutamiento de transportadores desde un reseryorio
intracelular (figura 51-6). La insulina también aumenta
el transporte de aminoácidos en hígado y otros tejidos.
Una de las acciones coordinadas de las hormonas
glucocorticoides, es el aumento del transporte de ami-
noácidos en el hígado, donde los aminoácidos sirven
como sustrato para la gluconeogénesis. La hormona
de crecimiento aumenta el transporle de aminoácidos
en todas las células, y los estrógenos lo hacen en el útero.
Existen por 1o menos cinco diferentes sistemas de aca-
rreadores para los aminoácidos en las células animales.
Cada uno es específico para un grupo de aminoácidos
estrechamente relacionados, y muchos de ellos ope-
ran como sistemas Na*-simporte (figura 43 18).
Transporte act¡vo
El proceso de transporte activo difiere del de difusión
en que las moléculas son transportadas lejos del equi-
librio termodinámico, por tanto, requiere energía.
Esta energía puede provenir de la hidrólisis de ATP,
del movimiento de electrones o de la luz. El mante-
nimiento de los gradientes electroquímicos en los
sistemas biológicos es tan importante, que consume
quizá3} a 40oA del gasto total de energía de la célula.
En general, las células mantienen una baja con-
centración intraceluiar de Na* y una alta concentración
intracelula¡ de K* (cuadro 43 1), junto con un poten-
cial eléctrico negativo en su interior. La bomba que
mantiene estos gradientes es una ATPasa que es acti-
vada por Na* y K. §arK. AIPasa; frgura 4321).La
AIPasa es una proteína integral de la membrana y re-
quiere de fosfolípidos para su actividad. La AIPasa
tiene sitios catalíticos tanto para AIP como para Na*
en el lado ciloplásmico de lamembrana, pero el sitio de
unión para el K* se localiza sobre el lado extracelular
de la membrana. La ouabaína o digital, inhibe estaAlPasa
mediante ia unión al dominio extracelular; dicha inhi-
bición puede ser antagonizada por K* extracelular.
Los impulsos nerv¡osos
se transmiten en ambas direcciones
en las membranas
La membrana que forma la superficie de las células
neuronales mantiene una asimetría de voltaje en am-
bos lados de la membrana (potencial eléctrico) y es
eléctricamente excitable. Cuando se estimula de ma-
nera apropiada por una señal química mediada por un
receptor específico en la membrana sináptica (véase
información de la transmisión de señales bioquímicas,
más adelante), las compuerlas en lamembrana se abren
para permrtir el rápido influjo o entrada de Na* o Ca2n
Figura 4T21. La estequiometría de la bomba ATPasa Na--K.
Esta bomba mueve tres iones Na* desde el interior de la célu-
la hacia el exterior e introduce dos iones K- del exterior hacia
el interior por cada molécula de ATP hidrolizado a ADP por la
ATPasa asociada a la membrana. La ouabaína y otros glucó-
sidos cardiacos inhiben esta bomba por una acción en la
superficie extracelular de la membrana. (Cortesía de R Post.)
(con o sin la salida de K*), por lo que la diferencia de
voltaje se colapsa con rapidez y ese segmento de la
membrana se despolariza. Sin ernbargo, como resultado
de la acción de las bombas iónicas en la membrana, el
gradiente se restablece con rapidez.
Cuando grandes áreas de la membrana son despo-
Iarizadas de esta manera,la alteracíón electroquímica
se propaga en forma de onda a 1o largo de la membra-
na, generando un impulso nervioso. La vaina de mielina,
formada por las células de Schwann, se enr,rrelve alre-
dedor de las fibras neryiosas y proporciona un aislante
elécfico que rodea a muchos de los nervios y aumenta
la velocidad de propagación de la onda (señal), per-
mitiendo que los iones fluyan hacia adentro y hacia
fuera de la membrana, sólo donde la membrana está
libre del aislante. Lava;na de mielina esta compuesta de
fosfolípidos (incluyendo esfingomielina), colesterol,
proteínas y glucoesfingolípidos. Relativamente pocas
proteínas integrales y periféricas están asociadas con
la vaina de mielina; aquellas presentes, parecen mante-
ner juntas múltiples bicapas de membran a, para formar
la estrucfira hidrófoba, aislante, impermeable a los iones
y al agua. Ciertas enfermedades, por ejemplo, esciero-
sis múltiple y ei síndrome de Guillain-Barré, se carac-
terizan por la desmielinizacióny alteración de la con-
ducción nerviosa.
El transporte de glucosa involucra
numerosos mecan¡smos
La información del transporte de glucosa resume
muchos de los puntos revisados en este capítulo. La
glucosa debe entrar a las células como el primer paso
de la utllización de la energía. En los adipocitos y
músculo, la glucosa penetra por medio de un sistema
de hansporte específico que es aumentado por la insulina.
Los cambios en el transporte se deben principalmente,
ADP
+
P,
EXTERNOtl

655. 606. Biocluímica de Harper
(Capítulo 4j)
estas moléculas (p. ej., polisacáridos, proteínas y
polinucleótidos) pueden ser fuente de elementos
nutricionales. La endocitosis proporciona un mecanis-
mo para la regulación del contenido de ciertos
componentes de la membrana; los receptores de hor-
monas son un ejemplo de esto. La endocitosis puede
emplearse para aprender más acerca de cómo funcio-
nan las células. El DNA de un tipo de célula se puede
emplear para transfectar una diferente célula y alterar
la función o fenotipo de ésta. Con frecuencia se usa un
gen específico en estos experimentos, para así pro-
porcionar una forma única para estudiar y analizar la
iegulación de este gen. La transfección del DNA de-
pende de la endocitosis, la cual es la responsable de 1a
entrada del DNA en la célula. En estos experimentos'
por 1o común se utiiza fbsfato de calcio, puesto que e1
iaz* estimula la endocitosis y precipita el DNA, 1o
que hace al DNA un mejor objeto para la endocitosis
Las células también liberan macromoléculas por me-
dro de exocitosis. La endocitosis y la exocitosis
involucran la formación de vesículas con o desde la
membrana plasmática.
A. Endocitosis
Todas las células eucarióticas están constantemente
ingiriendo parles de su membrana piasmática. Las r.e-
sículas endocitóticas se generan cuando los segmentos
de la membrana plasmática se invaginan, encerrandt'
un pequeño volumen de líquido extraceluiar y, su con-
tenldo. La vesícula entonces se separa conforme l;
fusión de las membranas plasmáticas sella el cue11''
de la vesícula en el sitio original de la invaginacitrr
(flrgura 43-23). Esta vesícula se fusiona con otras es-
truituras de la membrana, y de esta manera se ller.a
'
cabo el transporle de su contenido a otros compan.-
mientos celulares, o bien de regreso al exterior de ''
célula. La mayoría de las vesículas endocíticas se t"'
sionan con lisosomas primarios para formar lisosot.tlr'''
secundarios. 1os cuales contienen enzil.nas hidrolític'"
y, por tanto, son organelos especializados para la e -
minación intracelular. Los contenidos macron-']'
-
leculares son digeridos para producir aminoácid-'
azúcares y nucleótidos, y se difunden fr:era de l'"
vesículas para que los vuelva a usar el citoplasrua - -
endocitosis requiere de 1) energía, por 1o comitn
"
la hidrólisis del AIP; 2) Ca2 en el líquido extracelu :'-
y 3) elementos contráctiles en Ia célula (es prol'::
'
que el sistema de microlilamentos) (capítu1o
-'i8
r'
Existen dos tipos generales de endocitosl' --
fagocitosis ocurre sólo en células especializadas' c' :
macrófagos y granulocitos. La lagocitosis itlr¡l'-'--
la ingestión de grandes pafiículas como l'iLus' 1''''
'-
rias. células o desechos. Los macrólhgos sr-:- --
extremo activos a este respecto y pueden ingerl: -:
de su volumen por hora. En relación con e-i: --
macrófago puede introducir 3% de s¡.t nler''-'
-'
a las alteraciones en la /-r* (se presume que por trans-
portadores más o menos activos), pero también pueden
éstar involucrados cambios en la K.. El hansporte de
glucosa incluye diferentes aspectos de los principios
áel fansporte mencionados antes. La glucosay el Na*
se unen a diferentes sitios en el transportador de glu-
cosa. El Na* se mueve hacia el interior de la célula,
disminuyendo su gradiente electroquímico y "arras-
tra" ala glucosa consigo (f,rgura 43-22). Por tanto, a
mayor gradiente de Na*, más glucosa penetra, y si el
Nai en é1 Lquido extracelular es bajo, el transporte de
glucosa se detiene. Paramantener elevado el gradiente
áe Na*, este simporle Na*-glucosa depende de los
gradientes generados por una bomba de Na*-Kt, que
mantiene baja la concentración intracelular de Na*. Se
emplean mecanismos similares para transportar otros
azicares, así como aminoácidos.
El movimiento transcelular de 1os azúcares involu-
cra un componente adicional, un uniporte que permite
que la glucosa acumulada denho de la célula, se mue-
va a trivés de las diferentes superf,lcies, hacia un nuevo
equilibrio; esto ocurre, por ejemplo, en las células in-
testinales y renales.
Las células transPortan c¡ertas
macromoléculas a través
de la membrana Plasmática
El proceso por el cual las células capturan grandes
moiéculas se conoce como endocitosis. Algunas de
Glucosa -
a-
Na'
Dl
(Simporte)
crrosol
o,,i".\
F-x:
Glucosa
LíOUIDO EXTRACELULAR
Figura 43-22. El movimiento transcelular de la glucosa en
uná célula intestinal. La glucosa sigue al Na. a través de la
meinbrana epitelial luminal. El gradiente de Na. que impulsa
este simporte se establece por el intercambio de Na.-Kt, lo
que ocurre en la membrana basal expuesta al compartimen-
to de líquido extraceiular. La glucosa, en una concentración
alta dentro de las células, se "mueve hacia abaio" (disminu-
ye) hacia el líquido extracelular, mediante difusión facilitada
(mecanismo uniporte).

656. -á.,-, /41^-
/'r\z-,*\
z? tr\/' V \
I
Añ
@ffi
VR
Figura 43-23. Dos tipos de endocitosis. Una vesícula endo-
citótica (V) se forma como resultado de la invaginación de una
porción de la membrana plasmática. La endocitosis de fase
líquida (A) es al azar y no dirigida. La endocitosis mediada por
un receptor (B) es selectiva y ocurre en los pozos (invagina-
ciones) recubieftos (PR) con la proteína clatrina (el material
velloso). La direccionalidad es proporcionada por los recep-
tores (símbolos en negro) especificos para una variedad de
moléculas. Esto resulta en la formación de vesículas recubier-
tas (VR).
plasmática cada minuto, o la membrana completa cada
30 minutos.
La pinocitosis es una propiedad de todas las célu-
las, y conduce a la captura cel-rlar de líquido y el
contenido del lÍquido; existen dos tipos, la pinocitosis
en fase líquida es un proceso no selectivo en el cual
la captura de un soluto por la fbrmación de pequeñas
vesículas, es simplemente proporcional a su concen-
tración en el líquido extracelular que la rodea. La
fbrmación de estas vesículas es un proceso extrelxa-
damente activo; por ejemplo, Ios fibroblastos inter-
nalizan su membrana plasrirática en cerca de un tercio
de la velocidad de ios macrófagos. Este proceso ocu-
re r.nás rápido que el tiempo cn que se generan las
membranas. La superficie y el volirmen de i-rna célula
no cambian mucho. por 1o que las membranas deben
reemplazarse mediante exocitosis o ser recicladas tan
rápido como se remueven por endocitosis.
El otro tipo de pinocitosis, la pinocitosis absor-
tiva, es un proceso selectivo mediado por el receptor.
responsable de la captura de macromoléculas para las
cuales existe un nilmero tinito de sitios de unión en la
membrana plasmática. Estos receptores de alta afini-
dad permiten la concentración selectiva de ligandos del
rledio. minimizan la captura de líquido o macrorlo-
Membranas: estructltra, ensamble v -función
.
607
léculas solubles no unidas, y aumentan de manera ncl-
table la velocidad a la cual las moléculas específicas
penetran en la célula. Las vesículas fbrmadas durante
la pinocitosis absorliva son derivadas de las invagina-
ciones (pozos) que están recubiertas en el lado citoplas-
rnático con un material filamentoso. En muchos sistemas"
la clatrina es el material filamentoso; es quizá una pro-
teína periférica de la membrana. Los pozos recubiertos
pueden constituir hasta 2oA de I a superficie de algunas
células.
Por ejemplo, la molécLrla de lipoproteína de baja
densidad (LDL)y su receptor (capítulo 27) son introdu-
cidos por medio de pozos recubiefios que contienen
el receptor de LDL. Estas vesícurlas endocitóticas que
contienen LDL y sus receptores, se fusionan a los liso-
somas de la célula. El receptor es liberado y reciclado
en la men,brana de la superficie cehilar, pero 1a apo-
proteína del LDL es degradada, y los colesteril ésteres
r¡etabolizados. La síntesis de los receptores LDL es
regulada por las consecuencias secundarias o terciarias
de la pinocitosis, por ejemplo, por productos metabó-
licos, tales como colesterol, liberado durante la
degradación de la LDL. Las alteraciones del receptor
LDL y internalización son de importancia médica, y
se mencionan en el capítulo 27.
Otras macromoléculas, incluyendo algr-rnas hor-
rronas. son sujeto de la pinocitosis absortiva y fon.nan
receptosomas, vesículas qr-re evitan a los lisosomas y
liberan su contenido en otros sitios intracelulares. como
e1 aparato de Golgi.
La pinocitosis absortiva de las glucoproteínas
extracelulares requiere que las glucoproteínas lleven
señales de reconocirniento de c¿rbohidratos específi-
cos. Estas señales de reconocimiento son unidas por
molécuias receptoras de ia membrana. 1as cuales tienen
un papel análogo al de los receptores LDL. Un recep-
tor galactosil sobre la superficie cle hepatocitos es útil
en 1a pinocitosis absortiva de 1as asialoglr-Lcoproteínas
de la circulación (capítulo 56). Las hidrolasas ácidas
que se capturan por pinocitosis absortiva eu los flbro-
blastos. son reconocidas por slrs segrrentos manosa
6-fbsfato. Es de interés que el segmento de manosa 6-
fbslato parece tener una función in,portante en la direc-
cionalidad intracelular de 1as hidrolasas ácidas hacia
los lisoson.ras de las células en las cuales se sintetizan
(capítulo 56).
Existe un lado oscuro de la endocitosis mediada
por receptor. ya que los r'irus que callsan enfenneda-
des como la hepatitis (que af-ecta las células hepáticas),
poliomielitis (neuronas motoras afectadas) y SIDA
(qr-Le afecte las células T) inician su daño por este me-
canismo. La toxicidad por hierro también se inicia por
una excesiva captura debida a la endocitosis.
B. Exocitosis
La uTayoría de las células tanrbién liberan
rlacromoléculas hacia el exterior por exocitosis. Este

657. 6A8 . Bioquímica de Harper
proceso también está involucrado en la remodelación
de la membrana cuando los componentes sintetizados
en el aparato de Golgi son llevados en las vesículas
hacia la membrana plasmática. Por lo general la señal
parala exocitosis es una hormonala cual, cuando se
une a la superficie del receptor en la célula, induce un
cambio local y temporal en la concentración de Ca2*.
El Ca2t desencadena la exocitosis. En la ñgura 43)4
se proporciona una comparación de los mecanismos
de la exocitosis y la endocitosis.
Las moléculas liberadas por exocitosis se dividen
en tres categorías: l) Las que se unen a la superficie
de la célula y se tornan proteínas periféricas, por ejem-
plo, antígenos. 2) Las que forman parte de la matriz
extracelular, por ejemplo, colágena y glucosaminoglu-
canos. 3) Las que pueden introducir líquido extrace-
lular y señalar otras células. La insulina, la hormona
paratiroidea y las catecolaminas, son empacadas en
gránulos y procesadas dentro de las células, para su
posterior liberación con la estimulación apropiada (ca-
pítulos 47
"
49 y 5l).
Algunas señales son transmitidas a
través de la membrana
Las señales bioquímicas específicas, tales como
neurotransmisores, hormonas e inmunoglobulinas, se
unen a receptores específicos (proteínas integrales)
expuestos en el exterior de la membrana celular y trans-
miten la información a través de estas membranas hacia
el citoplasma. Este mecanismo involucra la ggneración
de cierto número de señales, incluyendo nucleótidos
cíclicos, calcio, fosfoinositidos y diacilglicerol. Éstos
se mencionarán ampliamente en el capítulo 44.
La información puede ser comun¡cada
por contacto intercelular
Existen muchas ¿íreas de contacto intercelular en un
organismo metazoario; éstos necesitan del contacto
entre las membranas plasmáticas de las células indivi-
duales. Las células han desarrollado regiones especia-
lizad,as en sus membranas paru la comunicación
intercelular en una proximidad cercana. Las uniones
(Caqítulo 1-1,
comunicantes median y regulan el paso de iones, y de
pequeñas moléculas a través de una región hidrófi1¡
estrecha, que conecta con el citoplasma de células
adyacentes. Es a través de esta abertura central como
los iones y las pequeñas moléculas pueden pasar de
una célula ala ofra de un modo regulado.
En vista dei hecho de que las membranas se localz':.
en muchos organelos y que están involucradas en nt*-
chos procesos, no es sorprendente que las mutacione¡
que afectan sus proteínas constitutivas puedan resLi,-
tar en muchas enfermedades o trastornos. Las protein".
en las membranas se pueden clasificar como recepto-
res, transportadores, canales iónicos, enzimas
'.
componentes estructurales. Los miembros de tod;.
estas clases están, por 1o general, glucosilados, por 1.
que las mutaciones que afectan este proceso puede:
alterar su función. Los ejemplos de las enfermedade.
o los trastornos debidos a las anormalidades en la.
proteínas de la membrana, se listan en el cuadro 43 1 l
éstos reflejan principalmente mutaciones en las prt -
teínas de la membrana plasmática, una de las cuales
af'ecta la función lisosomal (trastomo en células I i
Alrededor de 30 enfennedades genéticas se han ads-
crito a las mutaciones que afectan a las proteínas
involucradas en el transporte de aminoácidos, azúca-
res, lípidos, uratos, aniones, cationes, agua y vitaminas
a través de la membrana plasmática. Las mntaciones
en los genes que codifican para las proteínas en otras
membranas, también pueden tener consecuencias da-
ñinas. Por ejemplo, las mutaciones en los genes que
codifican para las proteínas de la membrana mito-
condrial, involucradas en la fosforilación oxidatira.
pueden causar problernas neurológicos y de otro tiprl
(capítulo 64¡.La isquemia puede rápidamente afectar
la integridad de varios canales iónicos en las membra-
nas. Las anormalidades de los constituyentes de 1a
membrana además de las proteínas, también pueden
ser dañinos. Con respecto a los lípidos, un exceso de
colesterol (p. ej , hipercolesterolemia familiar), de
@/
Exocitosis
---. ot,zz-lv7::=..-..-'A,A\
(9*@
Endocitosis
Figura 43-24. Comparación de los mecanismos de endocitosis y exocitosis. La exocitosis involucra el contacto de dos
monocapas de la superficie interna (parte citoplásmica), en tanto que la endocitosis resulta del contacto de dos monocapas
de la superficie externa.

658. Membranus: e¡jtrttctura, ensamble y función
.
609
Cuadro 43-13. Algunas enfermedades o estados patológicos resultantes
o atribuidos a anormalidades de las membranas*
Enfermedad Anormal¡dad
Acondroplasia (MlM 1 00800) Mutaciones en el
blastos
receptor 3 del gen codificante del factor de crecimiento de fibro-
I
Hipercolesterolem¡a familia (MlM 1 43890)
Fibrosis quística (MlM 219700)
Síndrome congénito QT largo (MlM 192500)
Enfermedad de Wilson (277900)
Padecimiento células I (MlM 252500)
Mutaciones en el gen codif¡cante del receptor LDL
Mutac¡ones en el gen codificante de la proteÍna CFTR, un transportador de Cl-
Mutaciones en los genes codificantes de los canales iónicos en el corazón
Mutaciones en el gen codif¡cante de una ATPasa depend¡ente de cobre
I Mutac¡ones en el gen cod¡ficante de
I
ausencia de la señal Man 6-P para la
la GlcNAc fosfotransferasa, que resultan en la
localización liso-sómica de ciertas h¡drolasas
Mutaciones que resultan en una unión deficiente del ancla GPlpara ciertas proteínas
de la membrana del eritrocilo
" Las enfermedades listadas se consideran en otros capfrulos. En el cuadro se listan ejemplos de mutaciones que afectan al receptot trans-
portador, un canal iónico, una emima y una proteína estructural. También se presentan los ejemplos de glucosilación alterada o deficiente
de las glucoproteiras. Muchas de las cond¡c¡ones listadas afectan la membrana plasmática.
Esferocitosis hereditaria (MlM 1 82900)
Metástasis
Hemoglobinuria nocturna paroxística (MlM 31 1 770)
lisofosfolípidos (p. ej., después de la mordida de cier-
tas serpientes, cuyo veneno contiene fosfolipasas), o
de los glucoesfrngolípidos (p. ej., en una esfingolipio-
disis), todas pueden alectar la función de la membrana.
.,
1i
1.1
I 1,r1 ¡r
1',,.
Las membranas son estructr,rras complejas compues-
tas de lípidos, carbohidratos y proteínas. La estructura
básica de todas las membranas es la bicapa lipídica.
Esta bicapa se forma por dos hojas de fosfolípidos en
los cuales los grupos hidrófilos polares de las cabezas
se orientan en direcciones opuestas, y están expuestos
al medio acuoso en las slrperficies exterior e interior
de la membrana. Las "colas" hidrofóbicas no polares
de estas moléculas estáu orientadas unas hacia otras
en dirección al centro de la membrana. Las proteínas
de la membrana se clasifican como integrales si están
firmemente embebidas en la bicapa y como periféricas
si están unidas de manera laxa a la superiicie extema
o interna. Las más o menos 20 dif'erentes membranas
en las células de mamiferos. tienen funciones intrínse-
cas (es decir, actividad enzimática) y definen com-
parlimentos, o ambientes especializados, dentro de la
célula, que tienen funciones específicas (p. ej., lisoso-
mas). El ensamble de las membranas es controvefiido
y se ha rnostrado que es complejo. La asimetría tanto
I Mutaciones en los genes codificantes de espectrina u otras proteínas estructurales
I
en la membrana del eritrocito
Se piensa que son de importancia anormalidades en las cadenas de oligosacáridos
de las glucoproteínas de la memhrana y los g[colí¡:idos
de lípidos como de proteír.ras se mantiene durante el
ensamble de la membrana. Muchas proteínas son diri-
gidas a sus destinos por medio de secuencias señal.
Una de las principales decisiones para la distribución
se toma cuando las proteínas son separadas entre los
polirribosomas citosólicos y los unidos a la membra-
na en virtud de la ausencia o presencia de un péptido
señal. Muchas proteínas sintetizadas en los polirri-
bosomas proceden del aparato de Golgi
1,
1a membrana
plasrnática en las vesículas de transpot'te. En los com-
partimientos del aparato de Golgi. ocLlrren diversas
reacciones de glucosilación, y las proteínas posterior-
mente se distribuyen en lared Golgi-rrars. La mayoría
de las proteínas destinadas para la membrana plas-
mática y la secreción, parece que carecen de señales
específicas, un mecanismo por omisión. Se discute la
función de las proteínas chaperonas en el plegado de
las proteínas, y se resume un modelo que describe el
surgimiento y la unión de 1as vesículas de transporte a
Ias membranas blanco.
Cierlas molécuias difundeñ libremente a través de
la membrana, pero el movimiento de otras está res-
tringido, debido a su tamaño, carga o solubilidad.
Varios mecanismos activos o pasivos se emplean para
mantener los gradientes de estas moléculas a través de
diferentes membranas. Ciertos solutos, por ejemplo,
glucosa, penetran en las células por medio de difusión
facilitada, junto con una disminución del gradiente

659. 610 . Bioquímica cle Harper
desde una alta a una baja concentración. Las moléculas
acarreadoras específicas o transportadoras están invo-
lucradas en estos procesos. Con frecuencia se emplean
los canales iónicos dependientes de voltaje o del li-
gando para mover moléculas cargadas (Na=, K', Ca2*,
etc.) a través de las n.rembranas. Las grandes molécrL-
las pueden entrar o abandonar las células a través de
mecanismos tales como endocitosis o exocitosis. Con
frecuencia, estos procesos requieren de la unión de la
molécula a un receptor, e1 cual proporciona especifi-
cidad al proceso. Finahnente, los receptores pueden
(Capítulo l:
ser componentes integrales de las mernbranas (en par-
ticular de la membrana plasmática). La interacción d.
un ligando con su receptor quizá no involucre el tras-
lado de ninguno de los dos hacia adentro de la célula.
pero la interacción resulta en la generación de una se-
ñal que influye en los procesos intracelulares. La.
rnutaiiones que afectan la estructura de las proteina.
de la membrana (receptores, transpoftadores, canale.
iónicos, enzimas y proteínas estructurales) pueder
causar enfermedades; los ejemplos incluyen fibrosr¡
quística e hipercolesterolemia familiar. r
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l
I
')
+i
'¡,
,*.

660. 44
Acción" de las hormonas
Daryl K. Granner, MD
¡NTRoDUcclón
La acción de las hormonas a nivel celular se inicia con
la interacción eritre la hormona y su receptor específi-
!-9;
Las hormonas pueden ser clasificadas ya séo por
lalocalización de su receptor o por la naturaleza déla
señal o segundo mensajero, empleado para rqg(pr
la acción de la hormona dentro de la célulá. Se ha iden-
tihcado cierto número de estos segundos mensajeros.
Hay progresos considerables en la elucidación de cómo
funcionan las hormonas de manera intracelular, en
particular, respecto a la regulación de la expresión de
genes específicos.
IMPORTANCIA BIOMÉDICA
El diagnóstico racional y la terapia de un padecimien-
to, dependen de la comprensión de la fisiopatología
involucrada y de la capacidad de cuantificarla. Las
enfermedades del sistema endocrino, las cuales por lo
$eneral se deben a una excesiva o deficiente produc-
ción de hormonas, son un excelente ejempl-o de la
aplicación de los principios básicos a la medicina clí-
nica. Conocer los aspectos generales de la acción de
las hormonas y la comprensión de los efectos fisiotó-
gicos y bioquímicos de las hormonas individuales,
permite.reconocer los síndromes de las enfermedades
endocrinas que resultan del desequilibrio hormonal, y
aplicar una terapia efectiva.
LOS RECEPTORES
DE LAS HORMONAS
SON DE SUMA IMPORTANCIA
Los receptores discriminan
de forma precisa
Las hormonas están presentes en concentraciones muy
bajas en el líquido extracelular, por lo general en el
orden de 10
15
a 10
le
mol/L. Ésta es una concentra-
ción mucho más baja que la de muchas moléculas
estructuralmente similares (esteroles, aminoácidos,
péptidos, proteínas) y la de otras moléculas que circu-
lan en concentraciones de entre l0
5
y 10
3
moL{L. por
tanto, las células blanco deben distinguir no sólo entre
las diferentes hormonas presentes en pequeñas canti-
dades, sino también entre una hormona determinada v
el exceso de otras moléculas en el orden de 106 a ltr
veces. Este alto grado de discriminación es propor-
cionado por las moléculas de reconocimiento asociádas
a la célula, conocidas como receptores. Las hormonas
inician su efecto biológico mediante,la unión a los re:
ceptoYes específicos, y ya que cualquier sistema
efectivo de conkol también proporcionará los medios
para detener una respuesta, las acciones inducidas por
las hormonas por 1o general terminan cuando el efector
se disocia del receptor.
Se define una célula blanco por su capacidad de
unirse de manera setrectiva á una hormona determina-
da vía su receplor. inreracción que con frecuencia se
cuantifica mediante ligandos radiactivos que imitan la
unión de la homona. Varias características de esta
interacción son de importancia: I ) la radiactividad no
debe alterar la actividad biotógica del ligando; 2) la
unión debe ser específica, es decir, desplazable por un
agonistá o un antagonista no marcado; 3) la unión debe
ser saturable; y 4)la unión debe ocurrir dentro de los
límites de concentración de la respuesta biológica
esperada.
Los dominios de reconoc¡m¡ento
y acoplamiento están en los receptores
Todos los receptores, ya sean para polipéptidos o este-
roides tienen, por 1o menos, dos dominios funcionales.
Un dominio de reconocimiento se une a 1a hormona,
¡r
1a segunda región genera una señal que acopla el reco-
nocimiento hormonal con alguna función intracelular.
611
ü

661. t
I
t
,
t
t
,
,
:
612 ' Bioquínica de HarPer
El acoplamiento (transducción de señal) ocr-rrre de dos
formai generales. Las hormonas polipeptídicas y pro-
teicas y las catecolaminas, se unen a los receptores
localizádos en la membrana plasmática, y debido a
ello se genera una señal que regula varias lunciones
intracelílares. con lrecuencia por medio de cambios en
la actividad de una enzima. Las hormonas esteroides
v las tiroideas interactúan con receptores intracelulares' y
áste complejo proporciona la señal (véase más ade-
lante).-
á. ha irientificado Ia secuencia de aminoácidos
de estos dos clominios en muchos receptores a honlo-
nas polipeptíclicas. Los receptore^s de las. hormonas
.rt.Ái¿J. t'ie¡en varios dominios funcionales: trn sitio
de unión de la honnona, otlo se une a regiones especí-
ficas del DNA, un tercero activa (o reprime) la transcrip-
ción del gen, y un cr-rafto puede unirse específicamente
corl alla añnidad a otras prolcílras'
Por último, la función dual de unión y de acopla-
miento define a un receptor' y es el acoplarniento entre
la unión de la hon.nona y la transclucciórl dr: la señal' lo
que se conoce con-ro acoplamiento receptor-efector"
.'i-1". p.opo.ciona el primer paso en la amplilicación
á. iu t"tp.,.tta hortonal' Este propósito dual también
distingue al receptor en 1as células blanco, de las pro-
t.iouí..ntpottacloras
plasmáticas qLle Llnen a la hor-
mona pero no generan una señal'
El receptor de la acetilcolina, el cual lue fácil de puri-
ficar, puesto que existe en cantidades relatir''amente
g.unA.t en el brgano eléctrico de la anguila Torpedo
ialifttrnica, fue uno de los primeros receptores que se
".tudiu.o,
en detalle. El receptor de la acetilcolina
consiste en cuatro subunidades en las configuraciones
".,
p, y, 6. Las dos subunida<les o se unen a la
u.átiiáof¡lu, la técnica de mutagénesis puntual dirigi-
da se ha empleado para mostrar qué regiones de esta
subunidad eitán involucradas en la fomación de1 ca-
nal iónicb transmembranal, el cual lleva a cabo la fun-
ción principal del receptor de la acetilcolina'
Otros receptores están presentes en pequenas
cantidacles: de esta manera, la purificación y la caracte-
rización mediante técnicas clásicas fire dlflcil' Las téc-
nicas de DNA recombinante proporcionan la cantidad
de material requerida para estos estttdios' y de esta
manera se han convefiido en un área de investig^lión
activa. El receptor de la insulina es nn heterotetrát.uero
fo.p.)
unido por múltiples enlaces.disulfui'o' por los
i"át.t tut snbunidades cr extramembranales se unen a
la insulina. y la subuniclad B
que atraviesa la nrembra-
ou. t.nrrdu.. la señal através de1 componente tirosina
oinusu d. la porción citoplásmica de este polipéptido'
Los receptores para e1 factor de crecimiento I [GF-
1 )'
similar a'la insuiina, el factor de crecimiento epidémrico
(C)uPítttk' --
(EGF) y la lipoproteína de baja densidad (LDL)
'
-
po. to g.n..ui, similares al receptor cle insulina (tig" -
-sl C).io. receptores de las hormonas polipeptídic "
que tiansducen las señales mediante la alteración -'
la velocidad de producción del cAMP, se caractenz
..
por lr prescncia de siete dorninios que alra iesatt '
membrana plasmática.
Una comparación de varios receptores ester¡
-
deos clii-erentes con los receptores de las hormoti:'
tiroideas. reveló una n'iarcada conservación de la st-
cuencia de an,inoácidos en las regiones' elr pafiicui''-
en 1os dominios de unión al DNA Esto condujo 'r -
idea de que los receptores de esteroideos o del tip"
tiroideo son miembros de una gran superfamilia
No se conoce el ligando endógeno de muchos de i¡'
mier"nbros de esta familia y por e11o se les llarl:'
receptores huérfanos.
Los receptores de esta clase tienen varios donl'-
nios fi.rncionáles; el receptor de los glucocorlicoide'
es un buen ejemplo (figura 48 6)' Esta molécula tier''
varios dominios funcionales: 1) una región de unión c'
la hormona en la porción del carboxilo terminal; 2) tttl-'
región adyacente de unión al DNA: 3) por lo men"'
doi regiones que activan la transcripción del gen;
zl) ;
rlenos"dos ,"gion"t responsables de la translocacit'-
del receptor disde el citoplasrna al núcleo; 5) una re-
gión quá se Llne a la proteína de choque térmico en l:'
ausencia del ligando'
Las hormonas pueden ser clasificadas de acuerdo con
la composiciórrquímica,
propiedades de solubilidad' 1o-
calizaiiónde receptores y nalutaleza de la señal em-
pl"udu para mediar la acción horrnonal dentro de la
i¿tutu. Én el cuadro 44_1 semuestra una clasificación
con base en las últimas dos propiedades, y las caracte-
rísticas generales de cada grupo se presentan en el
csadro 44- 2.
Las hormonas del grupo I son lipÓfi-las y, con e&
cepción de la T3 y To,-son derivados del colesterol'
ñá.p"¿. de la sléreción, estas hormonas se asocian
;;Lt proteínas de transporte, un proceso que evita
io* ptoUi"*us de solubilidid y prolonga la vida media
"n
át ptut*u. La hormona libre atraviesa con rapidez
la membrana plasmática de todas las células y encuen-
tra los receptores ya sea en el citosol o en el núcleo de
las células ülun"o. S" considera que el complejo ligan-
do-receptor es el mensajero intracelular. de este, grupo'
El segundo grupo principai. consiste en hormo-
nas solubles en agua que se unen a la membrana
plasmática de la célula blanco'-Las hormonas que st
.rrr"r, u la superficie de las células, se'comunl-c.An co¡

662. Cuadro 44-1. Clasificación de las hormonas
por su mecanismo de acción
l. Hormonas que se unen a receptores intracelulares
Andrógenos
Calcitrjol (1,25[OH],-D3)
Estrógenos
Glucocorticoides
Mineralocorticoides
Progestinas
Acido retinoico
Hormonas tiroideas (T3 y T4)
ll. Hormonas que se unen a los receptores en ta superticie cetular
A. El segundo mensajero es CAMP
Angiotens¡na II
Calc¡tonina
Catecolaminas cq-adrenérgicas
Catecolaminas p-adrenérgicas
GIucagón
Gonadotrop¡na cor¡ónica humana (hCG)
Hormona adrenocort¡cotrópica (ACTH)
Hormona antidiurética (ADH)
Hormona estimulante de la tiroides (TSH)
Hormona estimulante de los melanocitos (MSH)
Hormona estimulante del folículo (FSH)
Hormona liberadora de cort¡cotropina (CHH)
Hormona lutein¡zante (LH)
Hormona paratiro¡dea (PTH)
Lipotropina (LPH)
Somatostatina
B. El segundo mensa¡ero es cGMP:
Factor natriurético aur¡cular (AN F)
Óxido nítrico (NO)
C. El segundo mensajero es calcio o fosfatidilinositoles (o am-
bos):
Acetilcolina (muscarínico)
Angiotens¡na ll
Catecolam¡nas d, -adrenérgicas
Coleocistocin¡na
Factor de crecim¡ento der¡vado de las p¡aquetas (pDGF)
Gastrina
Hormona antidiurética (ADH, vasopres¡na)
Hormona l¡beradora de gonadotropina (GnRH)
Hormona l¡beradora de t¡rotrop¡na (TRH)
Oxitocina
Sustancia P
D. EI segundo mensajero es una cinasa o una cascada de fos-
fatasas:
Er¡tropoyet¡na (EPO)
Factor de crecimiento de fibroblastos (FGF)
Factor de crecimiento nerv¡oso (NGF)
Factor de crecim¡ento derivado de las plaquetas (pDGF)
Factor de crecim¡ento epidérm¡co (EGF)
Factores de crecimiento similares a insulina (lDF-1, IGF-ll)
Hormona del crecimiento (GH)
Insulina
Prolactina (PRL)
Somatomamotropina coriónica (CS)
los procesos metabólicos intracelulares a través de
moléculas intenlediarias llamadas segundos mensa-
jeros (la hormona misma es e[ primer rnensajero). los
cuales son generados como consecLlencia de la interac-
ción ligando-receptor. El concepto cle segundo mensa-
jero surgió dc la observación de Sutherland de qr-re ia
aclrenalina se une a la membrana plasmática de ios
eritrocitos de pichón, y aumenta el cAMP intraceluiar.
E-sto fue seguido por Lrna serie de experimentos en los
que se erlcontró que el cAMP media los eleclos me-
tabólicos de mtichas l.ionnon¿rs. Las homonas Liue cla-
Act'ión cle las hc¡rmonas .
6l -l
C uadro 44-2. C araclerísticas generales
de las clases de hormonas
Grupo I Grupo ll
Tipos Esteroides, yodoti- Polipéptidos. proteí-
roninas. calcitriol. nas. glucoproteínas.
retinoides catecolaminas
+
I i^^{fi^¡L¡pofílica HidrófilaSolubilidad
Proteínas de
porte
trans- Sí
Vida media plasmá- Larga (horas a dras) Corta (minutos)
t¡ca
l
Receptor lntracelular Membrana plasmá-
tica
Mediador Complejo hormona- cAI\,4p, cGMp, Car-,
receptor metabolitos de fos-
i fotnositoles comple-
] ffirascadas
de ci-
ramente emplean este mecallisrno, se mlrestran en e1
grupo ll.A en el cuadro 44-1. En la actualidad. só1o
una honrona. el factor natriurético auricular (ANF). usa
cGMP como segundo rnensajero. pero otras honlonas
quizá se añadan al grupo II.B. Algunas honronas.
muchas de las cuales se pensó previarnente que afbc-
tan el cAMP, al parecer emplean calcio o metaboiitos
de foslatidilinositoles complejos (o ambos) como se-
ñai intracelular. Éstos se muestran en el grupo ILC. El
mensajero intracelular del grr-rpo II.D es ulla cascada
de proteincinasa-fbstbtasa. Se ha identificado algunas de
ellas, y una homona determinada pr-Lede emplear más
de una cascada de las cinasas. Algunas homonas en-
tran en más de una categoría y su clasificacrón can-rbia
con nueva infor-mación.
Las características generales de la acción de este gru-
po de hormonas, se muestran en la figura 44-1. Estas
moléculas lipóf,las difunden a través de la membrana
plasmática de todas las células, pero sólo encuentran
su receptor específico de alta afiiridad en las células
blanco. El complejo hormona-receptor después expe-
rimenta una reacción de
ooactiyación,,
dependiente de
1a temperatura y la concentración salina, que resulta
en cambios en el tamaño, confomación y carga su-
perficial, que le otorgan la capacidad de unirse a la
cromatina. En algunos casos
-p.
ej., el receptor
glucocofiicoide- la activación resulta de la disocia-
ción del receptor de otra proteína. como ia proteina de

663. 614 .
Bir.tquímica de lTarper
choque térmico 90 (Hsp90). Es debatible si esta asocia-
ción y el proceso de "activación" oculten en el citoplas-
ma o en el núc1eo. pero esto no impide la comprensión
global del proceso. El complejo hormona-receptor se
une a nÍl¿i rcgiór espccÍtlc¡i dej llNA lllamaclo "ele-
nrento de respuesta a la honnona") y activlr o desactir:r
los genes específicos. Mediante una alteración selec-
tiva de la transcripcirln tiei gen
1,
1a proriucción de los
respectivos rlFlNA, l¿r cantidacl cle proteíuas ;specrfi-
cas cambia y los procesos metabólicos st'rn alectados.
El efecto de cada ttna de estas hormonas es muy espe-
cífico; por 1o general, la homona alecta meuos del
1% de las proteínas o mRNA en una célula blanco.
Esta discusión se ha centrado en la acción nuclear cle
hormonas esteroicles, tiroideas y retinoides" debido a
qr.re estárn bien deflnidas. También se ha descrito accio-
nes directas en e1 citoplasma, y sobre varios organelos
y membranas. En su mayoría. la eviclencia sugiere clue
las hormonas esteroides ejercen su efecto predomi-
nante sobre la transcripción de los genes. pero estas
hclrmonas" y muchas de otras clases mencionadas más
adelanie, pueden acluar en cualqr-rier paso de la "vía
de inlbrmación" mostrada en la figura 44 2. Aunqtte
1a bioqLrímica de la transcripción de los genes en las
Esteroide
a-a
{Capínrkt 141
céiulas de ma-míferos no está comprendida del todo.
en la,figura 44-3 se observa un modelo general de ios
reqderimientos estructurales para la regulación este-
roldea y tiroidea de la transcripción de los genes. Estos
genes deben estar en regiones de cromatina "abierta"
o "transcripcionalmente" activa (representadas como
una burbuja en la figura 44-1), como se definió por stt
susceptiLrilidad a la digestión por la enzima DNAasa I.
E,n la actuaiidad, los genes estudiados tienen por 1o
menos dos elementos reguladores por separado (sitios
de control) en la secuencia de DNA inmediata a la
posición 5'del sitio de inicio de la transcripción (fi-
gura 44-3). El primero de ellcis, el elernento prorro-
tor (PE), es genérico, ya que está presente en alguna
forma c en otríl en todos lcs genes' Este elemento es-
pecifica el sitio de unión al DNA de ia Rl'i A polimerasa
iI y, po. tanto, la exactitud del inicio de la transcrip-
ción (capítulo 41).
Un segundo elemento. el elernento tle respuesta
a la ho¡:rnona (HRE), se ha icientificado en muchos
genes regulados por las hormonas e§teroides. Este se
localiza ligeramente más alejado de la posición 5'que
el eiemento promotor, y puede consisti¡ sn veril¡s ele-
mentos discretos. Se piensa que el eletnento de res-
CITOPLASMA
ffi
It
á^.:""ffi
"Activación"
€
K
{
taducción
Proterna especifica
+
Respuesta metabólica
Figura44-l.Lahormonaesteroide,retinoideotiroideaseuneaunreceptorintracelularycausauncambioenéi
Desp-:.
eJte complejo se une a una región específica del DNA, la HRE, y esta interacción,.lunto con otros factores.de transcrrpc:-
resulta en Ia activación o r"pres'ión de un número restringido de genes. Para mayores detalles, ver figuras 444 44-5 y 1: :
MEMBHANA CELULAR
mRNA

664. Acción de las hc¡rmonas .
615
TRANScR]PCIÓN
Degradac¡ón
NUCLEO IVIODIFICAC]ON/PROCEDI I\,lIENTO
Degradac¡ón
CITOPLASMA TRADUCCIÓN
Degradac¡ón
Figura 44-2. "La vía de información". Las hormonas pueden
afectar cualquiera de estos pasos.
puesta a la hormona (HRE) modula la frecuencia de
inicio de la transcripción, y es menos dependiente de la
posición y la orientación; a este respecto, se asemejá a
los elementos aumentadores de la transcripción en-
contrados en otros genes (capítulo 4l).
por
1o general,
se encuentran algunos cientos de nucleótidos corrien-
te arriba del sitio de inicio de la transcripción, pero su
localizaciónprecisa varía de un gen a otro; en algunos
casos, se localiza dentro del gen. Los genes controla-
dos por varias hormonas tienen un número correspon-
diente de HRE. Se han descrito ejemplos recientes de
la regulación de Ia transcripción de los genes por hor-
monas glucocorticoides en la ausencia de un enlace
directo del receptor glucocortidoide a un GRE. En ta-
les casos, e1 receptor se une a través de una interacción
proteína-proteína a otra proteína de unión at DNA,
como AP-1.
Aunque las reacciones iniciales son dif-erentes. 1as
hormonas peptídicas también ejercen sus efectos so-
bre la trauscripción a través de los HRE. por
ejemplo"
muchas de las hormonas que emplean cAMp como
segundo trensajero, afectan 1a transcripción. Una pro-
teína especial. la proteína de unión del elemento de
respuesta al cAMP (CREB), es el f'actor que actíra en
rrans (análogo al receptor de Ias honlonas esteroides o
tiroideas) en estos casos. Se ha definido las secuencias
de consenso de DNA de algunos HER (cuadro 4zl 3).
La identificación del HRE requiere que éste se
una al complejo honllona-receptor más ávidamente que
el DNA que lo rodea o el DNA de otra fuente; en ios
casos citados, se ha identificado la unión específica.
El HRE también debe conferirle a la hormona la
responsividad. La secuencia reguladora putativa del
DNA puede ligarse a genes reporteros para i,alorar
este punto. Por lo cor¡úrn, estos "genes de fusión,, con-
lieuen gene,< rci-ri1¡1*rnr no infliienciaclos por-la honlo-
na y. coll frecuenci¿r" éstos no se expresan de mallera
norn'ial en el tejido que está bajo prueba. Los senes
reportel'os empleados, por 1o generai son globina. hor-
m ona tJ e erri:c imien to. c I c»"arn Íir.ri co I aceti ltran s1ér asa
Liacterian;r l lLrcilbras¡. Lrts genes r-epr)iie1.os solt tians-
tbctados dentro de una célula blanco" y. si La homona
regula la trar.rscripción del gen reportero. se ha iograclo
definir un HRE. Los efectos de ia posición. ol.ienta-
ción y sustitr-rción de la base pueden precisarse por
medio de esta técnica. La manera exacta en que la in-
teracción hormon¿r-receptor con el HRE af'ecta 1a
transcripción, es un área de investigación rnuy. actira.
EI inicio cle la transcripción es r-rn sitio probable de
control, pero también ocurren el'ectos sobre la elon-
gación y la ten-ninación. También se ha propuesto sitios
de control rnás lejarros en dirección 5 . del siriu de inie io.
o de la posición 3' comiente abajo. de1 sitio de la trans-
cripción, tar.rto dentro como más al1á del gen. por
últiilo,
los mecanismos de control de acción nzrn.r (p. ej., de
otros crorrosomas), también pueden ser- operativos.
La evidencia reciente sugiere clue aunqlle el HRE
simple transmite la respr-Lesta de la hormona, esto es
mucho más complejo en muchos genes: el HRE se debe
asociar con otros eler.nentos (y. proteinas de unión re-
lacionadas) para un liLncionarniento óptimo. Estos
Elementos de respuesta
a la hormona (HRE)
Elemento
promotor (PE) Gen
Sitio
Sit¡o de inicjo de terminación
de la transcr¡pción
Figura 44-3. Requerimientos estructurales
para la regulación hormonal de la transcrip-
ción genética.
)l / |
Reg¡ón estructural
del DNA
Región reguladora del DNA

665. GRE
PRE
IVRE
ARE
ERE
TRE
RARE
VDRE
CRE
616 . Bioquímica de Harper
Cuadro 4¿t-3. Las secuencias del DNA de varios elementos de la respuesta a hormonas (HRE).
Hormona o efector
Secuencia de DNA
(Capítt
Glucocorticoides
Progestinas
Mineralocorticoides
Andrógenos
Estrógenos
Hormona tiroidea
Ácido retinoico
Vitam¡na D
cAMP
onsambles de elementos de acción cls del DNA y 1os
factores de acción trans, sofi llamados unidades de
respuesta a la hormona (HRU). Por tanto, ul.ra HRU
consiste en Llno o más HRE y uno o m᧠elementos dcl
DNA con factores acccsorios relacionados (figura 44 4.¡.
En los promotores cornplejos
-rcgulados
por una
variedad de honnonas - ciertos componentes de los
factores ¿rccesorios dc una i{RU (glucocorticoide)
pueden ser parte de otro (ácido retinoico). Este al:re-
glo quizá tenga iugar para integrar las respuestas
metabólicas complej as.
La comunicación entte una HRU y el aparato : -: -
cle transcripción (capítulo 41), se reaiizamedianl. -- -
o más moléculas correguladoras de ciefias clase,
-
-
prir.nera que se describió fue la proteína que une CF :
tanrbién llamada CBP, la cual, a través de un dor:- :
en ul'l gfl-lpo amino teminal. se une a la serin"
-
fosforiiada clel CREB y media la transactivacic- -'
respuesta al cAMP. De esta manera es descrita : - -
un coactivador. La CBP y sus allegados cercsllo:
p300, interactuan con varias moléculas de señalaul:;
incl-ryendo la proteína activadora- 1 (AP- 1
). transdu.
- j
GGTACA NNN
<--
TGTTCT
>
AGGTCA --- TGA/TCCT
AGGTCA r3,4.5 AGGTCA
TGACGTCA
*
Las letras indican nucleótidos; N signif¡ca que cualquiera de los cuatro puede ser usado en esa posición. Las flechas que señalan direc: -
-t:
opuestas itustran tos palindromas invertidós, ligeramente imperfectos, presentes en muchas H[E:"-l:lg^li3.^lilT:jjl"li",l:T:i-.:i
sitio de unión", debido a que cada uno enlaza u-n monómero áel receptor. El GRE, PRE, MRE y ARE consisten en la misma secuencia de I '':
La especificidad puede conferirse por la concentración intracelular.lel ligando o del receptor de la hormona, por medio de las secuenc'-' :¡
DNA Iaterales, no inclu¡das en el consenso o por otros elementos acceáorios. Un segundo grupo de HRE incluye a las hormonas tirc :.=
éstrógenos, ácido retinoico y vitamina D. Estos HRE son similares, exceplo en la orienlaciÓn y espaciamiento entre los medio palindror:: :
espaóiamiento determina la especificidad de la hormona. VDRE (ru = 3), TRE (ru = 4) y RARE (ru = 5) se unen a repeticiones directas más : -¿ ;
iepeficiones invertidas. Otro miembro de la superfamilia de recepüres ástero¡des, ei receptor retinoide X (RXR), forma heterodímeros cor ':r:
TR y RARE, y éstos constituyen los factores áe acción trans. Ei cAl\,4P afecta la transcripción de los genes a través del CRE'
Figura44-4. Unidad de respuesta a la hormona. La unidad de respuesta a la hormona (HRU) es un ensamble de e e-=-
OeÍ ONn y de proteínas de enlace. Un componente esencial es el elemento de respuesla a la hormona con el recep::" -
-
-
al Iigandá. También son importantes los elementos del factor accesorio (AF) con factores de la transcripción unidos ,r -; -
'
dosdocenasdeestosfactoresaccesorios,selesharelacionadoconlosefectosdelahormonasobrelatranscripclÓ: --' -;
pueden interactuar unos con otros y con los receptores nucleares. Los componentes del HRU se comunican con los s
"- ' '
de transcripción basales a través de un complejo coactivador.
HRE
.:
l
t
t
i
i
i
I
I
t
I

666. Acción cte las hormr.¡na.s .
617
de señales y activadores de la transcripción (STATS),
receptores nucleares y CREB. Los CBP/p300 también
se unen a la lhmilia pló0 de coactiradores descritos
más adelante, y a varias otras proteínas, incluyendo el
factor de transcripción viral Ela, 1a proteincinasa p90..1
y la RNA helicasa A. Es importante hacer notar que la
CBP/p300 también tiene actividad intrínseca de
histona acetiltransf'erasa (HAI); la transcendencia
de esto se rlescribe n.rás adelante. En las figuras 44-5
y 44 6 se muestran algunas de las muchas acciones de
la CBP/300, las cuales parece que dependen de la ac-
tividad intrínseca de la enzima y su capacidad para
servir como armazón para la unión de otras proteínas.
Se han descrito otras tres familias de molécuias
coactivadoras, todas con una masa molecular de cerca
de 160 kDa. Eslos miembros de la familia p 160 de coac-
tivadores incluyen: I ) SRC-l y NCoA-l; 2) GRIP l.
TIF2 y'NCoA-2; y 3) p/CIP, ACTR, AlBl, RAC3 y
TRAM-1 (cuadro 44 -1). Los dif'erentes nombres de
los miembros dentro de una subfantilia. con liecuen-
cia representan variaciones en la especie o pequeñas
variantes relacionadas. Existe cerca de 35% de identi-
dad en los aminoácidos entre los n.riembros de las
diferentes subfal.nilias. Los coactivadores p160 com-
parlen algunas propiedades: 1) se unen a los receptores
nucleares de manera dependiente de un agonista y a
un dorlinio de transactivación AF2; 2) tienen un mo-
tivo amino ten¡iual básico hélice-giro-hélice (bHLll)
conservado (capítr-rlo 4l);3) tienen dominio débil de
transac¡ivación en el carboxilo terminal y uno luefte
de transactivación en el amino tenninal, en una región
reqr-rerida para la interacción CBP/p160; ,1) contienen
al menos tres de 1os motivos LXXLL requeridos para
la interacción proteína-proteína ccln otros coactiva-
dores,
¡, 5) con frecuencia tienen actividad HAT.
La función de muchos de estos coactivadores está
aún aclarándose; parece ser que ciertas combinaciones
son las responsables de las acciones específicas indu-
cidas por el ligando a través de varios receptores; esto
se muestra en la figura 44-6. El papel de HAI es de
particular interés: las mutaciones en el dominio HAI,
incapacitan a muchos de estos factores de transcrip-
ción. En la actualidad se piensa que estas actividades
de HAT, que también muestran especificidad en el
ensamble (figra aM), acetllan histonas y resultan en
laremodelación de la cromatina generando un ambien-
te de transcripción eficiente. En conformidad con esta
hipótesis, la desacetilación de la histona se relaciona
con la inactivación de la transcripción.
En ciertos casos, la remoción de un complejo co-
rrepresor, a través de una interacción ligando-receptor,
resulta en la activación de la transcripción. Por ejem-
plo, en ausencia de la hormona, los receptores tiroideos
o de ácido retinoico están unidos a un complejo
correceptor que contiene N-CoR o SMRT y proteínas
asociadas, algunas de las cuales tienen actividad de
histona desacetilasa. El gen blanco esta reprimido hasta
que la unión de la hormona con el receptor tiroideo
resulta en la disociación de este complejo, y entonces
ocurre la activaciótt del gen (figrtra 44-6).
LAS Hp§MC¡NAS DEL GRUP..o.U"
( P HTDLCAS) TIEN EN REGEFTORES
EN LA MEMBNEUA Y USAN
IVI"ENSE¡ EROS" INT-RASf LI}I*R E S
Una gran cg4li-dad de hormonas son so-lubfes e11_egua,
n"9*11-qX?nprggga§-üe@sfglef
v,goltanto,tienen
una vida media plasmática
-Cói{a)
e inic_iaf-r una res-
lFNy,
Figura 44-5. Varias vías de transducción de la señal convergen en el CBP/p300. Los ligandos que se asocian con los
receptores de la membrana o nucleares, finalmente convergen en el CBP/p300. Se emplean algunas vías diferentes de
transducción de la señal. (Cortesía de C Glass.)
lnsulina,
Receplores EGF, etc.
7.TMD A
il{
BA, estrOjenos,
"*".
t@
.O*r\
I
/
NF-xBI
STAT
"+
I\iIEK
I
AP-.l nucláares
STAT
Y
.REB
+ i NF-,B
\+,/ -.r
\cap */'

667. 618 . Bioquímic"a de flsr¡ler
Coactivadores
requeridos
funcionalmente
Dominio HAI-
requerido
((,t
RA cAMP
I
ó
o
p/CAF
. CBP/p300
,/l\
,P\
)
/
r\
/P
§-=r_
ll/\N/\N.
Núcleo receptor CREB
Figura 44-6, Arreglos complejos de correguladores involucrados en la regulación de la transcripción. La regulaciÓn :=
'
trairicr.ipciónpor"iácidoruiinó¡.o(RA,corñpuertacircular)
semuestraenlap^uj9izquierda El receptorRAunidoal l3'-::
tnÁnl ée un"
"on
el R,qFlE
"o*o
,n heterodímero con RXR. El p/cAF y e1 sFlc-1/NCoA-1 forman contactos directcs -:"
RRR áo*o parte de un gran complejo que también contiene p/ClP y CBP/p3OO. La act¡vidad HAT dei p/CAF es crucial ca': :
activación de la transcrtrpción por eáte'complejo. En auseni¡a del
'ligando,
un complejo que contiene.NCoF/SMRT, S -:-
una histona desacetilasá (i-iDÁC) se une al óomplejo RAR/RXR e inhibe Ia transcripción. Por el contrarig.gof]]o se mues:-1 t-
ü pr,.t" áirr*r.¡",-1" iáuftiilu.¡on de CREB atrae ál complejo basado-en_CBP/p3OO que consiste en p/CAF y p/ClP E-
=' '
caso, es importante la actividad HAT del cBP/p300, pero nc la de p/cAF. (Cortesía de c Glass.)
Factor de
transcripción
tr
puesta por medio de la ¡.inión con un receptor localiza-
dcr en la mernbrana plasmática (cuadros 44-l y 44-2).
El mecanisrno de acción de este grupo de hormonas se
puede anaiizar mejor en relación con sl.ls mensajeros
intracelutrares.
El cAMF (ANIF cíclico, ácido 3-,5'-adenílico; figura
20-5) es un nucleótido ubicuo derivado del AIP a tra-
vés de la acción de la enzima adenililciclasa; su función
es crucial para la acción de muchas hormonas. La concen-
tración intracelular del cAMP es aumentada o dismi-
nuida por varias homonas (cuadro a4*5) y su efecto
varía de un tejido a otro. La adrenalina causa gran
aumento de1 cAMP en el músculo y cambios relativa-
mente pequeños en el hígado; con el glucagón sucede
1o contrario. Los tejidos que responden a varias hor-
rnonas de este grupo, lo hacen a través de receptores
únicos que regulan la actividad de la molécula de
aclenililciciasa. El mejor ejemplo es la célula adiposa,
en la cual la adrenalina, ACTH, T'SH, glucagón, II4SH
y vasopresiila (ADH), estimulan a la adenililciclasa y
aumentan el cAMP. La combinación de concentracio-
nes mírximas ei'ectivas no son aditivas, y los trata-
mientos que destruyen un receptor no tienen efecto
sol¡re ia respuesta celular a otras hormonas.
;
{
t
¡
,
,
I
t
,
T
a
A. Sistema de la adenililciclasa
Los componentes de este sistema en las células de - -
míferos se muestran en ia figura 44-1 .I-a intera;.
de la hormona con su receptor resulta en la actir'¡.
o inactivación de la adenililciclasa o de algunas ,
--
moléculas efectoras. Por io general, se observe :-'
los receptores que se acoplan a los efectores & tr* :
de la proteína intemediaria que une GTP, descrit¡ - -'
adelante, tienen siete dominios hidrófobos que ;:--
viesan la membrana. Esto se muestra en la figura -1--
La regulación de la adenililciclasa es mediada p - -
Cuadro 44-4. Proteínas correguladoras
en mamíferos
l. Fam¡l¡a de coactivadores de 300kDa
CBP ProteÍna de uniÓn CREB
p300 Proteína de 300 kDa
ll. Familia de act¡vadores de 160 kDa
A. SRC-1 Coactivador 1 del receptor esteroide
NCoA-1 Coactivador 1 del receptor nuclear
B. TlF2 Factor ¡ntermediario transcripcional 2
GRIP 1 Proteína de interacciÓn con el receptor glucocot :-":r
NCoA-2 Coactivador del receptor nuclear 2
C. p/ClP Proteína 1 asociada al co¡ntegrador p300i CE:
ACTR Activadorde los receptores üroideos y del ácido re: r-¡:
AIB Amplificado en cáncer mamar¡o
BIAC3 Coactivador asociado al receptor 3
TRAM-1 Molécula 1 delTR act¡vador
lll. Correpresores
NcoR Correpresor del receptor nuclear
SMRT Med¡ador silencioso para RXR y TR

668. Hormonas que estimulan
a la adenifilciclasa (H")
Hormonas que inhiben
a la adenililciclasa (Hi)
Acetilcolina
o.-Adrenérgicos
Angiotensina ll
Somatostatina
ACTH
ADH
fl-Adrenérgicas
Calcitonina
CHH
FSH
Glucagón
hcG
LH
LPH
MSH
PTH
TSH
Cuadro 44-5, Subclasificación
de las hormonas del grupo ll.A
Accitin de ios hormr¡nds .
619
(s) y uno inhibidor (i), convergen sobre una simple
molécula catalítica (C). Cada una consiste en un re-
ceptor, R, o R;, y un complejo regulador, G, y G1. Tanto
el G. como el G1, son trímeros compuestos de subuni-
dades ct, 0
y y. En virtud de que la subunidad n de la
G" difiere de la de Gi. las proteínas son designadas como
u. (45 kDa) y cri (41 kDa). Las subunidades 0
y y son
proteínas de 37 kDa y 9 kDa, respectivamente; además,
están siempre asociadas (By) y parece que funcionan
como un heterodímero. La unión de una hormona con
R. o R1 resulta en una activación de G, mediada por el
receptor, 1o que vincula la unión dependiente de Mg2*
de GTPpar cr y la disociación concomitante de
By
de cr.
GTP
crPy : o,. GTP +
PY
GTPasa
La cr. tiene actividad intrínseca cle GTPasa y 1a forma
activa, o.,. GTP, es inactivada por hidrólisis del GTP
a GDP,
1, el complejo trimérico G. se fomra de nuevo.
La toxina del cólera. conocida por ser un activador
ireversible de 1a ciclasa, causa una ADP-ribosilación
cle u. y de esta rnanera inactiva a la GTPasa; por tanto.
n. es congelada en 1a lbrma activa. La cri también tie-
ne actividad de Gl'Pasa, sin embargo. el GDP no se
disocia librenrente del cr¡ .
GDP. La o, es reactivada por
rrn intercanibio de GTP por GDP. La toxina pertussis
activa de manera irreversible a la adenililciclasa me-
cliante la pronroción de la ADP-ribosilación de la sub-
Lrnidad «1. evitando que se active. La función exacta
de las difbrentes subunidades u y
[31
en la regulación de
la adenililciclasa no se ha dellnido bien. La subunidad
menos dos proteínas reguladoras dependientes de GTP,
desginadas como G. (estinruladora) y G, (inhibidora),
cada una de las cuales está compuesta de tres subuni-
dades: c¿,
F
y y. La adenililciclasa, que se localiza en
la superlicie interna de la membrana plasmática.
cataliza la lbrmación de cAMP a partir del AfP en
presencia de n.ragnesio (figuras 44 8 y 35 13).
Lo que en un principio se concibió corro una sola
proteína con dos don.rinios funcionales, en la actualidad
es un sistema de ertraordinaria cor-nple.jidac1. En varios
estudios se l.ra establecido Ia singularidad bioquírnica
dei receptor hormonal, el compiejo de proteína regu-
ladora para el CTP
,v
la adenililciclasa (frgurra ,14--7).
l)iferentes honr¡onas peptídicas pueden tanto es-
timular (s) como inhibir (i) la producción de cAMP
(cuadro 44 5). Dos sistenras paralelos: uno estimulador
Sin hormona: efector inactivo Hormona unida (H): efector activo
Figura 44-7. Componentes del sistema efector receptor de hormonas-proteína G. Los receptores que se acoplan a los efec-
tores a través de las proteínas G que por lo general tienen siete dominios transmembranales. En ausencia de la hormona
(izquierda), el complelo heterotrimérico proteína G (o,
P, i,) está en la forma guanosin difosfato (GDP) unido, la cual es
inactiva, y probablemente no está asociada con el receptor. Este complejo se ancla en la membrana plasmática a través de
grupos prenilatados sobre las subunidades p7 (líneas onduladas) y quizá por grupos miristoilados sobre las subunidades o..
En ia unión hormona-receptor, se cree que existe un cambio conformacional del receptor y la activación del complejo proteína
G, lo que resulta en el intercambio de GDP por guanosina trifosfato (GTP) en la subunidad a, después de lo cual o. se disocia
de
[3^¡. La subunidad o- se une al efector (E) y lo activa. E puede ser adenililciclasa (cr.), como se muestra en la figura, o podría
ser un canal de K. (o, u,,), fosfolipasa C[1 (on) u otra molécula. La subunidad
f3.¡ también puede tener acciones directas sobre E.
(Reproducido con autorización de Granner DK. En: Principles and Practice of Endocrinology and Metabolism. 2nd ed. Becker
KL leditorl. Lippincott, 1995.)

669. ói,20 . Biotluímica de Harper
o.. puede estimular a la adenililciclasa de nlanera di-
recta y, en ciefios casos. la subunidad
Bir aumenta esta
acción. La rnhibición de la adeniiilciclasa es más com-
pleja. Los ef-ectos inibidores directos de la subunidad
ü, sobre la ciclasa han sido dificiles de detectar. Aun-
que algunas forrnas de
By
pueden inhibir a la ciclasa"
una hipótesis más popular es que el complejo
By de la
G;" el cual es muc}ro lrás abundante que la G., se une e
inactiva a la c,.
En la actualidad, parece ser que existe una super-
l'amilia de proteír.ras G, y que son parle de la superfa-
milia de las GTPasas. La lamilia de la proteina G puede
ser clasificada. de acuerdo con la secuencia de
honrología, en cuatro subfamilias. conlo se muestra
en el cuadro 4:l 6. En los genes existen 16 subunidades
u, 6
B y l2 y. Han sido identificadas ocho molécr-rlas
únicas de adenililciclasa. Varias combinaciones de ellas
proporcionan una gran cantidad de posibles comple-
jos trpy. Las subunidades a y el complejo py tienen
acciones independientes de las de Ia adenililciclasa.
Algunas lbrmas de la crl estimulan los canales de K' e
inhiben los canales de Ca2 . y algunas molécr-rlas cr."
iienen eltctos opuestos. Los rnienrbros de la f-arnilia
C,, activan al grupo de las enzimas de la fbsfolipasa C.
Se ha vinculado a los complejos
B7 con la estin, ulación
del canal de K , y con la activación de la lbslblipasa C
Las proteínas G están implicadas en muchos proces.:
biológicos importantes, adernás de la acción hornr,:-
nal; algunos de ellos se muestran en el cuadro 4,1 b
La imporlancia de estos componentes está sub-
valolada por r arios "erperimerrtos de la nalur¡lez,,"
Por ejemplo, el pseudohipoparatiroidisrr,o es un síndron-..
que se caracteriza por hipocalcemia e hiperfosfatenr;.,
que scn las señales bioquínricas ir.t.rportantes d:
hipoparatiroidisrr,o, y por varios def'ectos congénit.:
Las personas afectadas no tienen una función paratirt' -
dea defectuosa; de hecho. secretan grandes cantidades c;
PTH biológicarnente activa. Algunas tienen resister:-
cia en los órganos blanco con base en un defec¡.
posreceptor. Estas persc»ras son parcialmente deficier..-
tes en proteína C (quizá sólo en la subunidad cr..). tl.
modo que no pueden acoplar la unión de la hormon"
con la estilulación de la adenililciclasa. En otros iu-
dividuos, parece ser que generan cAMP en respuesi,:
a la PTH, pero fallan en responder a la seiial del cA IF
No resulta sorprendente la observación de que 1os p:-
cientes con pseudohipoparatiroidisfito, con fiectLener.
mLrestran evidencia de respuestas deficientes a otr¡',:
hormonas, incluyendo TSH. glucagón y agentes
P
adr.-
nérgicos.
7
AIP cMgz
I Adenitit ?l
j ciclasa
:\
I
actrva
I ) cAMP or
4 CAMP
>
/
t t-r.*"r***sal
MEMBRANA
u o*,
CELULAR
Prote¡n-
cinasa \
inactiva
§ffi
ffiw
w--ffi__é
ffiW
/*ffi
(
\
\*
aom
Prótein-
z[6*--X---l cinasa
74!q
""'''"
Proteína Fosfoproleína
\-/ I
Y
Fostatos
,,"',ii,il?;'."
Figura 44-8. Regulación hormonal de procesos celulares a través de Ia proteincinasa dependiente de cAMP. El cAMP (.) g-
nerado por la acción de la adenililciclasa (activada como se muestra en Ia figura 44*7) se une a la subunidad reguladora tF
de la proteincinasa dependiente de cAMP Esto resulta en Ia liberación y activación de la subunidad catalítica (C). (Corlesía c;
J. Corbin.)

670. I
*
Reprodr¡cido con autorización de Granner DK. En: Princ¡ptes and Practice of Endocinology and Metabolism, 2tñ ed., Becker KL (editoO
Lippincoü,1995.
r
Las cuatro prirripales clases o famil¡as de proteiqas G de rnamñeros (G", G,, G. y G,2) se basan en la homologh de secuenc¡a de Ia pro-
teú,¡¿. Los áienttros representati\os de cada una se muestran, junlo con éstÉrulo-s corncidos, efectores yefectos biológ¡cos bien definidos.
Se ha ident¡ficado más de 20 d¡ferentes sdcunidades cr.
B. Proteincinasa
En los procariotes, el cAMP se une a una proteína es-
pecífica llamada "proteína regutradora de catabolitos"
(CRP), la cual se une directamente al DNA e influye
en la expresión génica. Es evidente la anaiogía con la
acción de las hormonas esteroides descrita previamen-
te. En los eucariotes, el cAMP se une a una proteinci-
nasa que es una molécula heterotetramérica, la cual
consiste en dos subunidades reguladoras (R), y dos
subunidades catalíticas (C). La unión del cAMP re-
sulta en la siguiente reacción:
4 cAMP + RzCz *Rz'(4 6AMP) + 2 C
El complejo R2C2 no tiene actividad enzimática, pertt
la unión del cAMP a R, disocia R de C, con lo que se
activa esta última (l'rgura 214 8). La subunidad C acti-
va, cataliza la ttansferencia del fosláto y delATP (Mgr
.)
al residuo de serina o treonina en una variedad de pro-
teínas. Los sitios consenso de la fosfbrilación son
Arg-Arg-X-Ser- y -Lys-Arg-X-X-Ser-, en donde X
puede ser cualquier aminoácido.
Las actividades de la proteincinasa originalmen-
te fueron descritas como "dependientes de cAMP" o
"independientes de cAMP". Esto es mucho más com-
plejo, pues en la actualidad se reconoce la fosfbrilación
de proteínas corrlo un mecanismo imporlante de regu-
lación. Se ha descrito n.rás de cien proteincinasas; cada
Llna es una molécula única. con una considerable va-
Acción de lcts hormonas ' ó21
riabilidad respecto a la composición de subunidades,
peso molecular, autofosfbrilación, K,,,para e1 ,ATP y
especificidad por el sustrato.
C. Fosfoproteínas
Se piensa que todos los efectos del cAMP en los
eucariotes, están mediados por la foslbrilación-
desfosfbrilación de la proteína. El control de cualqtLie-
ra de los eltctos del cAMP, incluyendo los diversos
procesos de esteroidogénesis, secreción. transporte
iónico, metabolismo de carbohidratos y grasas, induc-
ción enzimática, regulaciólr génica y crecimiento v
replicación ile las células. podría ser conferido por una
proteincinasa determinada. una fosfatasa específica. o
por sustratos específicos para fosfbrilación. En aigu-
nos casos ha sido identificada una fbstbproteína que
se sabe participa en una vía metabólica; sin embargo,
en la mayor partb de los procesos mencionados. no se
ha identificado a las fbsfbproteínas implicadas. Estos
sustratos pr-reden ayudar a definir un tejido blanco, e
indudablemente están involncrados en definir el gra-
do de la respuesta dentro de una célula detenlinada.
Muchas proteínas pueden ser tbsforiladas. incluyen-
do la caseína, histonas y protaminas; esta losfbrilación
puede ser un epif-er.rómenol aunque resuita útil para la
valoración c1e la actividad de la proteincinasa. Ilasta
hace poco, las irnicas acciones del cAMP que se ha-
bían defrnido eran las que ocurrían fuera del núcieo.
Ahora se ha descrito los ef'ectos del cAMP sobre la
Cuadro 44€. Clases y func¡ones de las proteínas G*'t
Clase o tipo Estímulo Efector Efecto
Gs
a
0olt
Glucagón, B-adrenérgicos
Aromas
'l
Adenililc¡clasa
t Adenil¡¡ciclasa
Gh:coneogénesis
Lipólisis, glrcogenólisis
Olfato
Gi
0,,
d,"
Go
G,
Acetilcolina
Br-adrenérgicos
Colinérg¡cos M,
Opioides, endorf¡nas
luz
J Adenililc¡clasa
t Canales de potasio
t Carnles de potasio
JCanales de calcio
'l
GMPC iosfódiesterasa
Dis¡'ninución de la frecuencia cardíaca
Aclividad eléctrica neuronal
V¡sión
CT
0,,
Colinérgicos M1
d1-adrerérgicos
d, -adrerxirgicos
t Fosfolipasa C-P,
t Fosfolipasa C-P.
t La contracción muscular
v
t Presión sanguínea
G,.
d.,
2 ?
2

671. 6)) . Bitn¡tritnict¡ Jc ll,u'ltr't'
transcripción de algunos genes. Estos electos parecen
estar mediados por la proteína CREB, mencionada
previamente.
D. Fosfodiesferasas
Las acciones causadas por las hormonas qlle aumen-
tan la concentración de cAMP pueden llegar a su ñn
de diversas maneras, incluyendo la hrdrólisis del cAMP
por las fbsfodiesterasas. La presencia de eslas enzinias
hidrolíticas asegura un rápido cambio de la señal (cA-MP)
y, por lo tanto, una pronta llnalización del proceso bio-
lógico, una vez que se ha suspendido el estímulo
horrlonal. Las cAMP fosfodiesterasas existen en for-
mas de alta y baja K,,. y están. por sí mismas, sr-rjetas a
regulación por pafte de homonas, así como por los
mensajeros intracelulares tales como el calcio, quizá
actuando a través de la cah¡odulina. Los inhibidores
de la fostbdiesterasa. en particular los derivados de la
xantina metilada, como la cafeína. aumentan el cAMP
intraceh-rlar y rrimetizan o prolongan las acciones de
1as hornionas.
E. Fosfoproteín fosfatasas
La regulación de la reacción de desfosfbrilación de la
proteína es otl-o medio para el control de la acción de
las hormonas. Las tbsfbproteín foslatasas están. por sí
l.r.lismas" sujetas a regulación por medio de las reac-
ciones de loslbrilación-desfbsflolilación, y por una
variedad de otros mecanismos. como interacciones
proteína-proteína. De heclio. la especilicidad del sus-
trato c'le 1as fbsfoseli na-fosfotreonilra ftlsf-atasas. puede
estar determir.rada por las distintas subunidades
leguladoras, cuya unión está regulada de fbrma hor-
monal. La fiLnción rrejor estudiada de la regulación
por la desfbslbrilación cie las proteínas es del metabo-
lismo de glucógeno en el músculo. En este tejido, se
ha descrito los dos principales tipos de fbsfoserina-
fosfotreonina fosfatasas. El tipo T. preférentemente,
desfbslorila 1a subunidad
B de la fbsfbrilasa cinasa, en
tanto que el tipo TI deslbsfbrila 1a subunidad n. La lbs-
fatasa tipo I está implicada en la regr.rlacitin de la
sintasa, lbslbrilasa y fbsf-orilasa cinasa del gh,rcógeno.
Esta fbsfatasa se regula a sí misn.ra por la fbsforilación
de algunas subuniclades, y estts reacciones son re\¡er-
tidas por la acción de una de las fbsfatasas tipo II.
Además. dos inhibidores de la proteína termoestables
regulan laactividacl de la loslatasatipo I. El inhibidor-l
es lbsfbrilado y activado por las proteincinasas depen-
dientes de cAMP, y el inhibidor-2, el cual quizá sea
una subunidad de la lbsfatasa inactit,a. también es fbs-
forilado, probablemente por la cinasa de la giucógeno
sintasa 3, ar,rnqi;e ia función de esta foslbrilación ¡¡r
yivrl permanece incierta.
F. AMPc extracelular
Una parle del cAMP abandona las células.
¡,
se puede
encontrar con facilidad err los líquidos extracelulares.
La acción del glucagón en el higado de l::
..
...
.
-
o la PTH en el riñón, se refleja en eler adr.-. . - , ,
ciones de cAMP en plasrna ¡ orina. r'(r¡(-:
esto ha llevado a pruebas diagnósticas i¡ ., .
-
sividad de los órganos blanco. El c,\l\1P i]..r.:,:
tiene muy poca o ninguna activiclad biol..,- :. -
rnarníleros. pero es de extrema irnpr)lti.r .
mensajero ir.rtercelular'en los eucariotas ini¡
procariotas.
El GMP cíclico se forma a partir de1 GTP por'la .- - l
de la enzima guanilil ciclasa, la cual se eflcL]eflIr¡ :- -
forma solubie y Lrnida a la membrana. Cada -.:, -,
estas isoenzimas tiene propiedades únicas cin¡. .,
fisicoquímicas y antigénicas. Por aigún tiernpo. el .-,r'
I
se pensó que era la contraparle funcional del c:-' l:
En la actualidad, parece que el cGMP tiene ur .----
úrnico en la acción de las hormonas. Las auricu1,,:. -
tinas, una familia de péptidos producidos en e1 t¡
-
auricular del corazón, causan natriuresis. diuresr..
sodilatación e inhibición de Ia secreción de aldoste:
Estos péptidos (p. ej., factor natriurético auricul;- ,,
unen y activan a la forma unida a la membrana :. -
guanilil ciclasa. Esto resulta en el aumento del cG',::
hasta de 50 veces en algunos casos, lo
eue
Se pr;-:-
qr-re rredia sus efectos. Otra evidencia une a1 cCl
:
con la vasodilatación. Una serie de compuestos.
--
cluyendo al nitroprusiato, nitroglicerina, óxido nr¡r. -
nitrito de sodio y azida de sodio, causan relajación :.
músculo liso y son potentes vasodilatadores. E-.
agentes aulrentan el cGMP por medio de activac.
-
de la fbmra soluble de Ia guanilil ciclasa, y los irl:-'
-
dores de la cGMP fosfodiesterasa aumentan y proi, --
gan estas respuestas (p. ej., el medicamento silden.-'
[Viagra]). El aumento del cGMP activa a la proter- -
-
nasa dependiente de cGMP con lo cual: a su vez. 1b-..
rila diversas proteínas del músculo liso, incluyend -
la cadena ligera de la miosina. Se piensa que esto clese::'-
peña una función en la r-elajación del músculo li.,
en Ia vasodilatación.
El calcio ionizadc¡ es un importante regulador cle Lr -
variedad de procesos celulares. inclr"ryendo la contr';,:,
ción muscular. acoplamiento estímulo-secreción, casc:r-,
de coagulación sanguínea. actividad enzimática r e:'-
cital¡ilidad c1e la ntembrana. También es Lrn ntensrit.
intracelular de la acción de las hormonas.

672. A. Metabolismo de calcio
La concentr:acion del calcio ertr¿icelLrlar (Car-) es cerca-
na a
-5
nrmol/L
¡,
está controlada de rnanera lnuy es-
tricta (capítulo 47 ). La concentracicin intracelular de
este ion Iibre es muy baja. 0.1- l0
¡"rmol/L,
y Ia concen-
tración relacionada con los organelos intracelulares,
como mitocondrias y retículo endoplásr.nico. está en
el orden de l-20 pmo[/L. A pesar de este gradie,nlc_de
concentración de 5 000 a I 0 000 veces y un gradiente
eléctrico transmembmnal lavorable. se impide qrre el Cal
penetre a la célula. Existen tres fon.¡ras para el cambio
de1 Car citosólico. Ciertas hormonas (clase II.C) aumen-
tan la permeabilidad de la membrana al Car . y corl
eI1o se aumenta el influjo de Car-. Esto probablernente
se realiza por un rrecanismo de interc¿rmbio Na' Car*,
qr-re tiene una alta capacidad. pero una baja alinidad
por el Car-. Tarnbién existe una bomba Car'--2f{
-
depen-
diente de laATPasa. que expulsa Car* en intercar¡bio
por Ll . Este tiene una alta aflnidad por los iones Caz
"
pero una lraja capacidad, y es el probable responsable
del control lino del Car citosóiico. Por último. el Cal
priede ser movilizado (o depositado) desde (o dentro de)
las reservas de 1a mitocondria y del retículo endoplásrnico.
Dos observaciones condujeron a la idea actual de
la manera en que el Cat* sirve como un mensajero
intracelular de la acción de ias hormonas. Prirlero fue
ia capaciclad para cuantificar los cambios rápidos de la
concentración de Car intracelular que están implíci-
tos en tra lunción del Car eorno ull rlensajertr intrace-
lular. Esta evider-rcia se obtlrvo por una variedad de
técnicas. incluyendo ei empleo de Quin 2 o Fura 2,
cluelantes f-luorescentes de Cur'. Los catrbios rapidos
de Car en el orden submicronrolar plieden ser cllanti-
flcados usando estos compuestos. La segunda obser-
vacitir, importante se rel'rere a la relación del Car con
1a accióri de las honnonas. Io que impiica la dellni-
ción de los l-.iancos intracelulares de ia acción dei Car-.
Ei clescuhrirniento cle un reguiador depencliente cle
Car-, de la actividad de la lbsibdies[erasa. proporeio-
nó ias bases para comprender cómo interact[ran el Ca]'
y e1 cAMP dentro de las células.
B. Calmodulina
La proteína reqgladora depgl{¡9-1t9'99 c4g1g_§g conoce
ahora cono calmodulina, una proteína l7-kDa ciue es
homóloga a la proteína muscular troponina Ll, en esl-ruc-
tura y función. La calmodulina tiene cuarrr: sitios clcl
unión para q*!-C"t-, y la ocupación conrpleta de estos
sitios conducé} ün marcado canibio confornracion¡i,
por lo que la nra;roría de las moléculas adoptan una
estructura alfa helicoidal. Se piensa qlre este cambio
confomacional está relacionado con la capacidad de
1a calmodulina para activar o desactivar las erzimas. L¿r
interacción del C-'a:* con la caimodulina (con el cambio
resultante en Ia actividad de esta última), es concep-
tualmente similar a la unión del cAMP con la protein-
Acción de las hormonas .
623
cinasa y la subsecuente activación de esta molécula.
Con freóuencia, la calmodulina es una de las muchas
subunidades de proteínas complejas e interviene de
manera particular en la regulación de varias cinasas y
enzimas de la generación y degradación de nucleótidos
cíclicos. Una lista parcial de las enzimas reguladas de
manera directa o indirecta por Ca2*, probablemente a
través de la calmodulina, se muestra en el cuadro 44J .
Además de sus efectos sobre las enzimas y el trans-
porte de iones, el complejo Ca2*/calmodulina regula
la actividad de muchos elementos estructurales en 1as
células. Éstos incluyen al complejo actina-miosina del
músculo liso, el cual está bajo control B-adrenérgico,
y varios procesos mediados por microfilamentos en las
células no contráctiles, incluyendo la motilidad celu-
lar, cambios de conformación, mitosis, liberación de
grán ulos y endocitosis.
Se sugiere que el calcio ionizado tiene una función en
la acción de las hormonas, por las obser¡¿aciones de
que el efecto de muchas homonas 1) se inhibe en un
medio libre de Ca2* o cuando es depletado el calcio intra-
celular; 2) puede repioducirse por agentes que aumentan
el Ca2* citosólico, tales como el ionóforo de C*. 1J3187,
y 3) que influye sobre el flujo celular de calcio. Estos
procesos se han estudiado con algún detalle en la hipó-
fisis, músculo liso, plaquetas y glándula salival, pero
quizá se conozca más acerca de cómo la vasopresina
y las catecolaminas cr-adrenérgicas regulan el meta-
bolismo de glucógeno en el hígado. Esto se muestra
de manera esquemática en las flguras 20 6 y 20 7.
La adición de agonistas c{,r o vasopresina a hepato-
citos aislados, resulta en un aumento de tres veces en
el Ca2* citosólico (de 0.2 a 0.6 pmol/L) en pocos se-
gundos. Este cambio precede e iguala al aumento en
la actividad de la fosforilasa, y las concentraciones de
Cuadro 44-7. Enzimas reguladas
por calcio o calmodulina
Adenililciclasa
Proleincinasa dependiente de Ca'?-
ATPasa Ca'?LMg'?.
Proteincinasa .jepend¡ente de fosfolípido-Ca'.
Fosfodiesterasa de nucleótido cícl,co
Glicerol 3 fosfato deshidrogenasa
Glucógeno sintasa
Guanilil ciclasa
Miosina cinasa
NAD cinasa
Fosfolipasa A,
Fosforilasa cÍnasa
Fosfoproteín fosfatasa 2B
Piruvato carboxilasa
Piruvato deshidrogenasa
Piruvato cinasa

673. 624 . Bioquíntica cle ITarper
hormona requeridas para alrbos procesos son compa-
rahles. Este et-ecto en el Ca: es inhibido por los anta-
gonistas o¡, y la remoción de la hormona resulta en un
rápido descenso del Car citosólico y 1a actir.'idad de
la fosfbrilasa. E,l origen inicial del Ca}parece ser los
resen,orios de Ios organelos intracelulares, lo que pa-
rece ser suhciente para los ef-ectos tempranos de las
hormonas. Una acción mlLs prolongada, parece que
recluiere de un aumento en el influjo o de ia inhibición
de la salida de Caz a través de la bomba de calcio: esto
último depende del aumento concomitante de cAMP.
La activación de la fosfbrilasa resuita de la con-
versión de la fbsf-orilasa b en fosforilasa a. a través de
la acción de la enzima fosfbrilasa b cinasa. Esta enzitna
contiene calmodulina como subr-rnidad 6,
¡,
su actividad
es aumentada a través de un interr''alo de cotrcentraciót.l
de Ca} de 0.l 1.0 pmol/L, mismo a través del cual
las hormonas allmentan cl Car* en el higado. La rela-
ción entre el Caz y la activación de la fbslbrilasa es
deflnitiva.
Varias enzimas rnetabólicas cruciales son regula-
das por Caz., tbsforilación, o ambos, inclLryendo la glu-
cógeno sintasa, piruvato cinasa, piruvato carboxilasa,
glicerol 3-lbsthto deshidrogenasa y piruvato deshidro-
genasa. Es incierto si la calnrodi-rlina se invoiucra
directamente o si 1as recién descubier-tas proteincinasas
dependientes de Car--fbsfblípidos o de Ca2'-calmodu-
lina son las responsables.
Algr-rnas señales deben proporcionar comunicación
entre el receptor de 1a hon.nona en ia membrana
plasmática y los resen,orios intraceli,rlares de Ca2*; esto
se realiza por los productos del metabolismo del
fosiatidilinositol. Los receptores de la superficie de la
célula, como los de la acetilcolina, hormona anticliuré-
tica y catecolaminas tipo ür son, cuando están ocupados
por sus respectivos ligandos, potentes activadores de
la fosfolipasa C. La unión al receptor y la activación
de la fbsiolipasa C están acoplados por una proteína
G (figura 44 9). La tbsfolipasa C cataliza Ia hidrólisis
del fbsfátidilir.rositol 4,5-bisfosf'ato a inositol trifbsfato
(lP,) y 1,2-diacilglicerol (figura 44 l0). El diacilgii-
cerol es capaz por sí mismo de activar a la proteincinasa
C" cuya actividad también depende del calcio iónico
libre. El IP3, por n-redio de 1a interacción con un recep-
tor intracelular específico, es un liberador ef-ectivo cle
calcio de los sitios de almacenamiento ir.rtracelulares.
como el retículo sarcoplásmico y las mitocondrias. Así,
1a hidró1isis clel fbslatidilinositr¡1 zl. 5-bisfostatc¡ con-
duce a la activación de la proteincinasa C y prolnueve
un aLrmento dei ion calci¡ citoplásmico. Como se r.nuestra
en Ia figura 44 8, el conrplejo de la proteína G activa-
t(.;:'
do también puede tener una acción directa s,.,::.
canales de Ca2'.
Los agentes esteroidogénicos, incluyendr¡ :. - -
y cAMP en ia corleza suprarrenal, [a angiotei:s.-.
Kt, serotonina, ACTH y cAMP en la zona slome -
de 1a suprarrenal, la LH en ei ovario, y la LH )
e1 ; --',
-
en las células de Leydig de los testículos. han S-r. -:'
lacionados con el aumento en la canticlad de .: -
fosf'atídico, fbsfati di linositol y polifosfbino srt r o : . .
-
los respectivos tejidos blanco. Se podrían ciiar -.
ejemplos.
Las firnciones que el Car' y los productos de1 : -
pimiento de los polilosfoinositidos podrían tener ;: -
acción de las hormonas se presentan en la figura -:-], -
En este esquema, la proteincinasa C activada p.,-.:.
fbsforilar sLrstratos específ,rcos, los cuales a su ez i -
tel:an procesos fisiológicos. Asimisnlo, el com¡ ..
Ca' -calmodulina puede activar a cinasas especit,- -
éstas, a su vez, n.rodifican los sustratos y por tantL,. , -
teran procesos fi siológicos.
Er.r ediciones previas de este libro, se enlistó cie:
núnrero de hormonas bajo la categoria de "rnedra.
res intracelulares desconocidos". El descubrimie:-.
de que el receptor EGF contiene una actividad intn -
seca de tirosina cinasa que es activada por la utri.:
de1 ligando, el EGF, resultó ser una aporfación impc':'
tante. Los receptores de insulina y EGF-I, tambi¡
contienen actividad intrínseca de tirosina cinasa ac: -
vada por el ligando. Varios receptores
-por
1o gener,
los involucrados en la unión de los ligandos implic.-
dos en el control del crecimiento, dif-erenciación
.
respuesta inflamator ia tienen actividad intrínseca d.
tirosina cinasa, o bien, están relacionados con las prc-
teínas que son tirosina cinasas. Otra característic-
distinta de esta clase de acción de las hormonas. e.
que estas cinasas fosforilan de manera prefereucial 1r¡:
residuos de tirosina, y en las células cle mamíferos l.
fbsforilación de ia tirosina es poco fiecuente (< 0.0,1
'
del total de la lbsfbriiación de aminoácidos').
Algr,rnos receptores de horrnonas, tales como lo.
de insulina, EGF e IGF-T. tienen actividad intrínseca d¡
tirosina cinasa. La activación de estas cinasas result¡
en la fosforilación de los sustratos de proteínas en lt s
residuos de tirosina. Esto resulta en Llna cascada dc
eventos que se describe con detalle en el capítulo 5 i.
en el contexto de la accicin de Ia insulina. Una reple-
sentación grálica se muestra en ia figr,rra 5l 10.
La activación de la tirosina cinasa tanibién puede
iniciar iLna cascada de fbsfbrilación y ciesfosfbrilación.
qr-re involucra la acción de otras diversas proteincinasa.
y las acciones de contrabalance de las tbstatasas. Se
observan dos ¡lecanismos parn iuiciar e.ta cascada.

674. Calmodulina Calmodulina
cinasa específica cinasa mult¡funcionai
Y
Otras
Proteínas
Algunas honlonas, tales como 1a hormona de creci-
miento, prolactina, eritropoyetina y las citocinas, ini-
cian su acción por medio de 1a activación de la tirosina
cinasa, pero esta actividad no es una parte integral clel
receptor de la hon¡ona. La interacción hormona-re-
ceptor activa a las tirosina cinasas proteicas citoplás-
micas, como la Tyk-2. JAKI o JAK2. Estas cinasas
fbslorilan una o más proteínas citoplásrricas. las cuales
despnés. se asocian con otras proteínas de acoplamien-
to a tral'és de la unión con los dor.ninios Src de homo-
logia 2. Estos segmentos de péptidos, de alredeclor cle
100 aminoácidos de longitud. se conocen corno donri-
nios SH2. Una de estas interacciones resulta en la
activación de una fbmilia de proteínas citosólicas lla-
madas de transducción de señal y activadores de ia
transcripción (STAT). La proteína ibsfbrilada STAT
se riir¡eriza y transloca al núrcleo. se une a un elemen-
to especiÍico del DNA, como e1 de la respr-iesta del
interl'c'rón o el de la respuesta sérica,
_,"
¿rctiva La trans-
Acciónde las hormonas .
625
Ca-'
Fosfoproteínas
I
I
Y
cripción; esto se muestra en la ligura .14 I l. Otros
eventos de anclaje de SH2 pueden resultar en la acti-
vación de la PI-3 cinasa, la vía de la MAP cinasa (a
través de SHC o GRB2). o la activación de la fbsfoli-
pasa C mediada por proteína G (PLCy), con la produc-
ción concomitante de diacilglicerol. y la activación de
la proteincinasa C. Es evidente que eriste un poten-
cial de entrecruzamienlo de seña1es cuando dil'erentes
hon¡onas activan estas Civersas vías de transducción.
Las acciones ceh,rlares y subcelulares de las hormonas
requieren de la unión de una honnona con su receptor
específico. Los receptores tienen las siguientes carac-
terísticas: una alta afinidad por la honlona, la unión
es rápidamente reversible, satur¿rble y altamente espe-
Calmodulina
Calmod u lina-Ca2+
,zo o\
I
I
I
I
proteínas ->Respuestas fisiológicas
Figura 4zt-9. Ciertas interacciones hormona-receptor resultan en la activación de la fosfolipasa C. Ésta parece involucrar una
proteína G específica, la cual también puede activar al canal de calcio. La fosfolipasa C resulta en la generación de inositol
trifosfato, que libera el Ca2* almacenado intracelularmente, y diacilglicerol (DAG), el cual activa a la proteincinasa C. En este
esquema, la proteincinasa C activada, fosforila Ios sustratos específicos que después alteran procesos fisiológicos. Por otra
parte, el complejo calmodulina-Ca2* puede activar a cinásas específicas. Estas acciones resultan en la fosforilación de los
sustratos, y esto conlleva a respuestas fisiológicas alteradas. (Cortesía de JH Exton.)
Retículo endoplásmico
I
I

675. 62ó " Bioquínúc'ct de Harper
Rr R2 OH
1,2-diacilglicerol
(DAG)
Fosf o¡nosito¡ 4,5-b¡sf oslato
(PtPr)
lnos¡tol 1,4,5-tr¡fosfato
Figura 4zt-10. La fosfolipasa C rompe el PlP2 en diacilglicerol e inositol trifosfato. Comúnmente, el R1 es estearato y el R,
araquidonato. lP3 puede ser desfosforilado (al inactivo l-1,4-P2) o fosforilado (al potencialmente activo l-1 ,3,4,5-P4).
cífica. Los receptores son los responsables de dos fun-
ciones básicas: unen a la hormona, y acoplan la unión
de la hotmona a la transducción de señales.
Los receptores pueden ser un componente de la
membrana plasmática, como en el caso de las hormo-
nas peptídicas, o bien, el receptor puede localizarse
dentro de la célula, como en el caso de la familia de
receptores esteroides-tiroideos-retinoideos; en este
últirno caso, el complejo hormona-receptor es la señal
intracelular. En general, el complejo hormona-recep-
tor se une a regiones específicas del DNA, llamadas
elementos de respuesta a la hormona, o HRE. Cada
efecto de una homona que involucra la regulación de
la transcripción de genes específicos, está mediado por
un HRE específico. En muchos casos, varios elemen-
tos del DNA, además del elemento de unión del
receptor, son necesarios para una respuesta de la hor-
mona. Este ensamble se denominaunidad de respuesta
a la hormona, o HRU. La interacción de hormona-<
peptídicas con sus receptores, resulta en una variedad
de efectos además de la regulación de la expresión de
genes específicos. Estos efectos incluyen la regulación
de la actividad de iones y canales, la actividad de la-c
proteínas intracelulares y la secreción de varias molé-
culas; están mediados por segundos mensajeros (la
hormona es el primer mensajero) tales como cAMP.
cGMP, Ca2*, varios fosfatidilinosítidos, y cascadas de
proteincinasa. I
x= SHC
GR82
PLCl
PI-3K
GAP
Figura 4tl-11. lnicio de la transcripción de la señal por los receptores unidos a las cinasas JAK. Los receptores que se unen
a la prolactina, horrnona de crecimiento, interferones y citocinas, carecen de tirosina cinasa endógena. Hasta la unión con el
l¡gando, estos receptores se dimerizan y una proteína asociada (JAK1 , JAK2 o TYK) es fosforilada. JAK-P, una cinasa activa,
fosforila al receptor en los residuos de tirosina. Las proteÍnas STAT se asocian con el receptor fosforilado y entonces son
fosforiladas ellas mismas por la JAK-P. STAT. P se dimeriza, transloca al núcleo, se une a elementos específicos del DNA y
regula la transcripción. Los residuos de fosfotirosina del receptor también se unen a varias proteínas que cont¡enen dominios
SH2. Esto resulta en la activación de la vía de la MAP cinasa (a través de SHC o GRB2), PLCy o de Pl-3 cinasa.
Fosfolipasa C
\

676. Acción de las hormonas .
627
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677. - kr{
-"Ü
l
i,'= i t:l
45
Hormonas hipofisarias
e hipotalámicas
DarylK. Granner, MD
INTRoDUccIór.¡
La hipófrsis anterior. baio el control de las hormonas
hffbtalámicas, secreta un número de hormonas,(hor:
monas tróficas
que re-
gulan el balance hídrico y la expulsión de leche de la
glánduia mamaria lactante.
IMPORTANCIABIOMÉDICA
La pérdida de la función de la hipófisis anterior.(pan.
hipopituitarismo) resulta en la atrofia de Ia tiroides,
ICAS
corteza suprarrenal y gónadas. Los efectos secunda-
rios. debidos a la ausencia de las hormonas secretadas
por estas glándulas blanco. afectan a muchos órganos
y tejidos del organismo,y¡ mücttbs procesos genera-
1es como el metabolismo de proteínas, carbohidratos
y líquidos, y electrolitos. !a
pérdida de la función de
la lipófisis posterior resulta en diabetes insípida, que
es la incapacidad para concentrar la orina.
tallo de la hipófisis, y llegan al lóbulo temporal a través
del sistema portal especial que conecta al hipotálamo
con el lóbulo anterior. Las estructuras de algunas hor-La liberación (y en algunos casos la producción) de
cada una de las hormonas hipofisarias enlistadas en el
cuadrgl5*loesá bajo el control tónico de por 1o menos
una hormona hipotalámica. Las hormonas hipotalá-
micas son liberadas de las terminales de las fibrasmicas son liberadas de las terminales de lr;'á;;
. nerviosas hipotalámicas localizadas alrededor de los
capilares del sistema hipotálamico-hipofisario, en el
ACTH
ADH
CG
CLIP
CRH
CS
FSH
GAP
GH
SIGLAS USADAS EN ESTE ctpírulo
Hormona adrenocorticotrópica
Hormona antidiurética
Gonadotropina cor¡ónica
Péptido del lóbulo intermed¡o, similar a la cortico-
tropina
Hormona liberadora de corticotropina
Somatomamotropina coriónica; lactógeno pla-
centario
Hormona estimulante del folículo
Péptido asociado a la GnRH
Hormona del crec¡miento
GHRH o GRH Hormona liberadora de Ia hormona de crecimiento
GHRIH Hormona inhibidora de la liberación de la hor-
mona de crecimiento: somatoslatina
Hormona liberadora de gonadotropina
Factores I y ll de crecimiento s¡milares a ¡a in-
su Iina
LH Hormona luteinizante
LPH Lipotrop¡na
MSA Actividad estimulante de la multiplicación
MSH Hormona estirnulanie de los'melanocitos
NGF Factoi de crec¡miento nervioso
POMC Familia de péptidos de la pro-opiomelanocortina
PRIH o PIH Hormona inh¡bidora de la liberación de prolact¡na
PRL Prolactina
SRIH Hormona inh¡bidora de la liberación de somato-
trop¡na
T3 Trryodotironina
T4 Tiroxina; tetrayodotironina
TRH Hormona liberadora de tirotropina
TSH Hormona estimulante de la tiroides
VIP Polipéptido intestinal vasoactivo
GnRH
IGFJ, II
629
Las normonas nlpotatamlcas se llDeran en tofTna
,pulsante
y*las pélulas blanco aisládas de la hipófisis
lt"bpración de la hormona tH y la FSH,
-está controla-
o

678. (Capítulo
630 ' Bioquítttica de HarPer
cuadro 45-1. Las hormonas hipotalámico-hipofisarias-glándula
blanco, forman circuitos
de retroalimentación integrados*
fficadaunodeloSprincipalesSiStemaSderetroalimentación,Sepuedendeduc¡rSuStituyendolacorrespon.
d¡en'.d hormona hipotarám¡ca, ñüü;ü;;; h
jiáno'a nanco
"',:|is-?:ill9il19""^"^19i19:f
o*'
. :t"##;ffill;ffi ffi;.ffi.¿il;;d;; o menor sobre ,as hórmonas entre paréntesis
Hormona hiPotalámica
Hormona l¡beradora de corticotropina
Hormona liberadora de tirotropina
Hormona liberadora de gonadotropina
Hormona liberadora de hormona de creci-
m¡ento
Hormona inhibidora de la l¡beración de hormo-
na de crecim¡ento; somatostatina; hormona
inhibidora de la liberación de somatotropina
Hormona inhibidora de la liberación de pro-
lactina; dopamina Y GAP
Hormona
Somatostatina
CRH ovina
Siglas
CRH
i rnpt
GNRH (LHRH, FSHHH)
GHRH O GRH
GHRIH o SRIH
PRIH o PIH
Hormona hiPofisar¡a
]
-]
electadar
j
=l
ACTH (LPH, MSH, endorfinas)
TSH (PRL)
LH, FSH
GH
GH (TSH, FSH, ACTH)
I
enL
Hormona afectada
en la glándula blanco
Hidrocortisona
T.vT,
A-ndróqenos. estrógenos. P
ro'
gestinas
IGF-1; otras (?)
lG-1 ; T3 y T4 otras (?)
'^
Neurohormonas (?)
da oor la concentraciótl de una hortnona de liberación'*
ia ónRH: ésta a su (1. se regula de lnallel'a primcria
p«iiTós ifiireles circulantes cle hormonas gonadales que
ilegan al hipotálamo. Para todos los sistemas hipota-
tariico-hipófisario de las glándulas blanco' exislen
ciclos de ietroalir¡entación silr-rilares (cuadro 45 l)'
La liberación de 1a hormona AC'|I{ está contro-
1a<1a, principallnente, por la CRH, pero otras hormonas'
incluyendo ADH, caiecolaminas. VIP y ar.rgioterrsina
II, pueden estar inplica<ias. La libera«:ión de la CRH
.rtá ir-,flu.,'tciada por el cortisol, tlna hormona
glucocotlicoide secrétada por la suprarrenal' La libe-
iación de ta TSH está regLilacla. en prin,er iugar, por 1a
TRH. la que a su ez 1o está por las honnonas tiroideas
T. v T,: ia liberación de la TSH también es inhibida
pái ta to*atostatina. La liberación de la honnona de
crecimiento y su proclucción estáll bajo control tÓnrco
por las hormonas hipotalámicas estimulantes e
inhibidoras. Además, en la regulación de la GH está
irnplicaclo un ciclo de retroalimentación periférico La
IGF-I (somatomedina C) que media algunos de los
ef-ectos de la GH estimula la liberación de 1a
somatostatina (GI{R[H), en tanto que se inhibe la li-
beración de la GHRH. La regulaciór'r de 1a síntesis ¡
secreción de 1a PR! está principahnente bajo inhibi-
ción tónica mediante agentes hipotalámicos' Esto es
único clebicitl a 1a relación entre la combinación neural
(estimulación del pezón) y el neurotrans-misor
n.urohorn.,o,lal. La dopamir,a (cuadro 45-1) inhibe 1a
síntesis de la PRL (mediante la inhibición de la trans-
cripción del gen de PRL) y sr"r liberación, pero no es
responsable áe la inhibición gerieral cle 1a PRL' Urr
Cuadro Estructura de las hormonas liberadoras hipotalámicas
Estructura
(piro)Glu-His-Pro-NH,
'T-S-
Ala-Gli-Cis-Lis-Asn-Fen-Fen-Trp-Lis-Tre-Fen-Tre-Ser-Cis-NH'
(piro)Glu-His-Trp-Ser-Tir-Gli-Leu-Arg-Pro-Gli-NH,
45-2.
GnRH
OH
Ho<
)-cu,curNur;
Péptido asociado con ta GnRH (GAP)
\___/
Ser-Gtn-Glu-Pro-Pro-lle-ser-Leu-Asp-Leu-Tre-Fen-His-Leu-
ieu-Arg-Glu-Val-Leu-Glu-Met-Tre-L¡s-Ala-Asp-Gln-Leu-Ala-
éln-Olñ-nta-U¡s-Ser-Asn-Arg-Lis-Leu-Leu-Asp-lle-Ala-NH'z
Tir-Ala-Asp-Ala-l lle-Fen-Tre-Asn-ser-Tir-Arg-Lis-Val-Leu-
Gt¡-Cln-Leu-Ser-Rla-Arg-L¡s-Leu-Leu-Gln-Asp-lle-Met-Ser-
Áig-Gln-Gln-Gli-Glu-Sei-Asn-Gln-Glu-Arg-Gly-Ala-Arg-Ala-
Arg-Leu-NH2
GHRH humana

679. Horntonas hipofisarias e hipotalámicas .
631
neuropéptido de 56 aminoácidos tiene tanto actividad
Jap-tSgénig,a,
así como de p¡gm.gver el crecimiento. Las
de GnRH como de PRIH
-de
ahí su nombre de pép- hormonas se producen en una forma tejido-específi-
tido asociado con GnRH (GAP). El CAP es un potente ca, donde la GH y 1a PRL se producen en la hipófisis
inhibidor de la liberación dg PRL y qoizá sea el evasi- anterior, y la-CS en los sinciciotrofoblastos de células
uo'lepiiAo PRIH. El GAP puede explicar la curiosa de la placenta; cada una parece estar bajo diferente
relación entre la GnRH y la. secreció1r de lRI
. la cual regulación (cuaclro 45-1). Estas hormonas, relacionadas
es particularr.nente obvia en algunas especies. de manera cercana, surgen por medio de duplicación
Muchas de las hormonlshipotalápicas,enparticu"-
",
d. un gen ancestral. La familia del gen GH-CS se lo-
lar f RnlCnU y sornatosiatinr. ...n.r.ntran en otras
L.
caliza .n ,n grrpo de enlace en la iegión q22-24 del
regicinl»"del
'iistema
nervioso, así como en una varie- 1
-ltrazo
largo de1 cromosoma 17. !-l gen de la PRL se
dad de tejidos peri léricos.
I
e-ñTuetttra en el cromosoma 6.
Aunque originalmente se pensó que el q.z\LP__r}e-
diaba la acción de las hormonas de liberación en la
ádánóhipófisis, estudios con GnRH y TRH sugieren
que está involucrado un mecanismo de calcio-Ibs-
fatidilinositdi, similar al previamente descríto. En toáo
caso, se ha argumentado que las hormonas de libera-
A. Sínúesis y estructura
La hormona del crecimiento se sintetiza en los
somatotronos. los cuales son una subclase de células
ácidófilas de la_bipp{l§§_; los somatotropos son las
ffila glándula. En iahipófisis,
la concentración de GH es de entre 5-15 mg,g. 1o cual
eS mucho mayor que las cantidades en microgramos
por gramo de otras honnonas de la hipófisis. En todas
las especies de mamíferos, la GH es un solo liéptido
'óón
una masa molecular de cerca de 22 kDa. En la
figura 45-l se muestra la estructura general de la hor-
mona de c-:ecimiento humana, de 191 aminoácidos.
Aunque existe un alto grado de homología de secuen-
cia entre varias hormonas del crecimiento de
mamífbros, sólo la hotmona de crecimiento humana.
o la de los primates superiores, es activa en el huma-
no. La GH hurnana se prepara por técnicas de DNA
recombinante. las cuales en la actualidad están dispo-
nihlcs para uso terapéutico.
ción también afectan la síntesis de la
hormona hipofisaria, pero la
cidad de
hórmonal
prolactina y
la somatomamotrop¡na
coriúI¡ca, const¡tuyen un grupo
nte
la velo-
un
efecto similar sobre el gqn de lapfolapli.+A.
LA HIPÓFISIS ANTERIOR PRODUCE
MUCHAS HORMONAS QUE ESTIMULAN
VARIOS PROCESOS FISIOLÓGICOS
Tradic ionaimente las lsl11glq!
"
fl_q |a
hipQf s
!.9_.9¡.19
rior han sido analizadas a nivel individual, peTd
tsludios que han considerado el mecanismo de sínte-
tna corlontca-
Ia".-.
La hormona de crecimiento (§H, del inglés Growth
hormone), prolactina (PRL) y la somatomamotropina
coriónica (CS, del inglés chorionic somatomamtllo-
tropin: lactógeno placentario) fbrman una familia de
hormonas proteicas que tiene üna considerable ho-
mología de secuencia. En diferentes especies la GH,
CS y PRL contienen entre 190 y 199 aminoácidos. Cada
una tiene un solo residuo de triptófano (en la CH, y en
la CS en la posición 85; en tanto que en la PR.L es en 1a
posición 91),
-v
cada una tiene dos enlaces disulfuro
homólogos. La homología de aminoácidos entre la
hGH y la hCS es de 85% y entre la hGH y la hPRL es
de 35%. Estas tres hormonas c-g-mpafien determinan-
tes antigénicos comlrnes 1, toclas tienen actividad
dimerización de dos receptores GH. Esto resulta en la
activación de una tirosina cinasa JAK2 asociada con
el receptor GH, ¡r la fosfbrilación del receptor y dei
JAK2 en los residuos tirosiio. Estos eventos resultan
en la activación de un nilmero de vías de señalamiento
(figura 45-2). incluyendo: l) fbsfbrilación de las pro-
teínas STAT y la transcripción genética; 2) la activación
del SHC/Grb2 de ia vía MAP cinasa; 3,) la fosforilación
del IRS con la activación de la PI3 cinasa; y,1) la acti-
vación de la PLC con la producción de diacilglicerol
¡r la activación de la proteína cinasa C. La vía de la
JAK cinasa es úrnica en esta clase de receptores, pues-
to que las otras vías son activadas por un número
dif'erente de receptores a hormonas. De esta manera.
existe la posibilidad de una conunicación cruzada a
nivel de ias respuestas biológicas.
B-.EI.receptor GH
--).-7"-
---r--- --'
EI receptor GH e1 yn miembrq. de la.superfamilia.del
rece-ptor citocinaJrematopoyetina. El receptor GH es
'
üñá proteína con una masa molecular de aproxin.rada-
mente 70 kDa. con un solo dominio transmembranal.
La visión actual es qure la unión de la GH causa 1a
sis y los mediadores intracelulares de su acción (cuadro
44 I ),
permiten la clasifi.cacón de estas hormÜñá§Eff*

680. (Capítulo 15
632 ' Bioquímica de HarPer
Hormona de crecim¡ento humana
Prolactina ovina
Figura 45-1. se comparan las estructuras de la hormona de crecimiento humano (izquierda) y prolactina ovina (derecha) La
hormona de crecimiento humano tiene enlaces disulfuro entre los residuos 53-165 y 182-189. La prolactina tiene enlaces
disulfuro entre los residuos 4-11 , 58-73 y 190-1 98 (líneas tenues)'
C. Acciones fisiológicas y bioquímicas
La GH es esencial para el crecimiento posnatai y para
el metaboiismo de carbohidratos, lípidos, r.ritrógeno y
minerales. Los efectos relacionados con ei crecimiento
están n-rediados principalmeute por la IGF-I, que es ul1
miembro cle la lamilia del gen sirnilar a la insuiina' A
nivel estructural, es similar a la proinsulina (capítulo 51
y figura 51-5). Otro péptido cercanamente relaciona-
do y que se encuentra en el plasma lrumano. la IGF-Il'
tiene una activiclad similar a Io que con fiecuencia se
refiere en la rata como actividad estimulante de la mul-
tiplicación (MSA, dei inglés mLt¡tiplication-sl i mulatÚ'tg
acfivit.v-). IGF-I e IGF-II se unen a los receptores
membianales" sin embargo. se pueden diferenciar con
base en pruebas de radioinmunoensayo. La IGF-[ tiene
70 aminoácidos. en tanto que la IGF-II tiene 67 Los
valores plasmáticos de la IGF-II son el doble de los de
los IGF-I. pero es ésta la que se relaciona de manera
rnás directa con los ef-ectos de la GH. Las personas
que carecen de suficiente IGF-T, pero tienen ICF-II
Figura 4S-2. Vías de transducción de la señal activadas por la interacción de la hormona de crecimiento (GH) con su
receptor (GHR). Como se describió en el texto, la acción de ia GH puede involucrar cuatro vías diferentes, cada una de ellas
se muestra en esta figura. La activación de la JAK2, con la activación subsecuente de la STAT 1 y 3 resulta en la unión de
estos factores de transcripciá, á roi g"n". específicos, en este caso c-fos y Spi 2.1. Diferentes hormonas pueden usar las
otras vías. (Cortesía de C. Carter-Su.)
Glucosa
-- _r-.
-__q I iRASI
.r''P --@-'"^.-a
f-
t§o,.li (nÁFr

681. Hormonas hipofisarias e hipotalámicas '
633
(enanos y pigmeos con deficiencia de GH; cuadro 45 3),
no crecen de manera nonr-lal.
1. Síntesis de proteínas: La GH aumenta el transpor-
te de aminoácidos en las cé1ulas musculares, y
también la síntesis de proteínas por medio de un
mecanismo diferente del efecto sobre el transporle.
En los animaies frai:ados con GH se muestra un ba-
lance positivo de nitrógeno, 1o que refleja un
aumento generalizado en la síntesis de prcteínas, a
la vez que un descenso en los valores plasmáticos y
urinarios de arlinoácidos y urea. Esto se acompaña
del aumento en la sintesis de RNA y de DNA en
algunos tejiclos; a este respecto, las acciones de 1a
Ct-I se asemejan a las acciones cle ia insuiilla'
2. Metal¡olismo de carbclhidratos: Por lo general' la
GH antagoniza ios electos de la insulina. La hipe '
glucertia después de la administración de la hormc-
na de crecimienlo, es el resultado combinado de ia
disminución en 1a Lltilización de tra glucosa y de un
'
elevada producción hepática vía la gluconeogéuesi,.
En el hígado, la GH aumenta el glucógeno hepátrco
probablemente debido a la activación de la gluco-
neogénesis a partir de aminoácidos. La alte'ación
de la glucólisis puede ocurrir en algunos pasos, y la
movilización de los ácidos grasos descie los alma-
cenes de triacilglicerol también puede contribuir a
la inhibición de la glucólisis en el músculo. La pro-
longada administración de GH puede resr-lltar en
cliabetes mellitus.
3. Metabolismo de lípidos: La GH prolnlleve la libe-
ración de ácidos grasos y glicerol desde el tejido
adiposo, allmenta 1os ácidos grasos librer' circltlrrn-
tes y causa una elevada oxidación de ésti s en el hí-
gado. Bajo una condición de deficiencia de insulina
1p. ej.^ diabetes mellitus), puede ocurrir ut a elevada
cetogénesis. Es probable que estos elect¡ rs y aqué-
llos sobre el metabolismo de carbohidratos no estén
mediados por la IGF-T.
4. Metabolismo de minerales: La GI-1. o r rás proba-
blememe la IGF-I, promueve un balan;e positivo
de calcio. rnagnesio y iosÍ'ato, y carisa ¡"etención de
Na . K' y C1-. E-s probable que e1 primer efbcto se
Cuadro 45-3. Relación de GH, IGF-I e IGF-ll
relacione con la acción de la GH en los huesos. en
donde se promueve el crecimiento de los huesos
largos en las placas epifisiales durante el crecimtentc'
de los niños, y un crecimiento yuxtaposicional o acral
en las personas adultas. En los niños, 1a GH aumen-
ta la fbnnación de carlilago.
5. Efectos similares a la proiactina: La CH se une a
los receptores lactogénicos y de esta manera tlene
muchas de 1as propiedades de 1a prolactina" como
es ia estimulación de las glándulas matlarias, es decir'.
Ia lactogénesis.
D. Fisiopatología
La deficiencia en la cantidad de GH en el panhipopi-
tuitarismo o una deficiencia aislada de la GH, son más
serias en la infancia, debido a que los infantes no cre-
cen de manera apropiada. Otros efectos metabólicc,:
son menos problemáticos. Varios tipos de enanismo
ayudan a ilustrar la importancia de varios pasos de 1a
aóción de GH (cuadro 45-3). Los enano§ con defi'
ciencia de GH responden de manera normal a ia GH
exógena. En ios érganos blanco se han descrito dos
tipos de resistercia. Los enanos tipo Laron ti.enen
cantidades excesivas de GH, pero carecen de recepto-
res funcionales hepáticos. Aparentemente los pigmeos
tienen un defecto en ei receptor por GH, lo cual puede
estar limitado a tra accién de GH a través de iGF-l
Ei exceso de GH, por 1o común debido a un iu-
mor acidófiio, causa gigantismo si es que ocurre anles
del cierre de la placa epifisaria, puesto que enste un
acelerado crecimiento de los huesos largos. La acro-
megalia resulta de una liberación excesiva de GH la
cual se inicia después del cerrado epifisario r el ;ese
<iel crecirniento de ios h¡:esos largos" El crecLnle:to
óseo acral ocasiona los característicos cambios f¿c i¡1es
(mandíbula prominente, nariz alargada) y e1 agr:rrda-
miento de manos, pies y cráneo. Otros hallazgos in;iuven
agrandamiento de las vísceras, engrosamieni-' ie la
piel y una variedad de problemas metabó1ic¡s rnciu-
yendo diabetes rneliitus.
Cerca de 407o de las personas con acr---megalia
tienen un padecirniento r*lacicr,ado cori 1a pr - ::ína G
Estas personas tienen una c dos mutacio:es en la
suL'unidad o. que abate la activídad GTPasa ln:ínseca
de la proteína (capítulo 44). Una mutación por 1a to-xi-
na dei cólera de la arginina en la posición 101. afecta
el sitic que es ADF ribosilado. Debido a que la ct. cor
la mutación es constitutivamente activa. exrste un¿
sobreproducción de cAMP. Esto resulta en 1a excesi"
va producción y liberación de GH, y en el crecimientc
y ráplicación sin restricción de las células somatotrófi'
cas" En este sentido, la c{,. es un oncogén.
El conocimiento de la regulación de la GH per
mite comprender las pruebas clínicas usadas par:
confirm.ar estos diagnósticos. Los pacientes con deir
ciencias en Gltr no logran aumeiltar ios valctres de GI
con el enanismo
Respuesta
a Ia esti-
mulación
de la GHGH IGF-I
Enanos con deficien-
cia en la GH
Bajo Bajo
Pigmeos NormalBajoNormal No
Alto BajoBajo

682. 634 . Bioquímica de Harpér
como respuesta a una hipoglucemia inducida, o con la
administración de arginina o levodopa. Los pacientes
con GH elevada debido a un tumor (gigantismo o acro-
megalia), no consiguen suprimir las concentraciones
de GH como respuesta a la administración de glucosa.
(Capítulo 451
glucosa, estimulación de la liberación de ácidos grasos
y de glicerol, aumento de la retención de nitrógeno y
calcio (a pesar del aumento de la excreción urinaria
de calcio) y la reducción en la excreción de fósforo y
potasio.
*
A. Sínúesis y estructura
La PRL es una hon¡ona proteica con una [lasa mo-
lecular de cerca de 23 kDa; su estructura general se
compara con la de GH en la figura 45-1. Se secreta
por n-redio de los lactotropos, las cuales son células aci-
dófilas en la hipófisis anterior. El nitttrero y el tamaño
de estas células aumenta de gran manera durante el
embarazo; la similitud entre la estructura y función de
PRL, GH y CS se menciona más adelante.
B. Receptor de prolactina
El receptor de prolactina es similar en tanlaño al recep-
tor de GH. También tiene un solo dominio transmem-
branal y sus señales son a través de vías similares a las
ilustradas en la figura 45-2.
C. Acciones fisiológicas y bioquímicas
La PRL está involucrada en el inicio y t.nantenimiento
de la iactancia en los mamíferos. Los niveles fisiológi-
cos actúan sólo en el tej ido del seno materno preparado
por las hormonas sexuales femeninas, pero los excesi-
vos pueden ocasionar el desarollo de los senos matemos
tanto en mujeres ovariectomizadas o en hornbres. En
los roedores, la PRL es capaz de mantener el cuerpo lúteo
-de
ahí el nombre de hormona luteotrópica. Las
moléculas relacionadas parecen ser las responsables de
la adaptación de los peces de agua salada a agua dul-
ce, del calentamiento de los reptiles y de la producción
de sacos de almacenamiento y molienda en las aves.
No se conoce el mediadol intracelular de la PRL.
D. Fisiopatología
En las mujeres, los tumores en las células secretoras
de prolactina causan atnenorrea (cese de la nenstrua-
ción) y galactorrea (derrame de leclie). .En los varones,
el exceso de PRL se lra relacionado con ginecomastia
(agrandamiento de los senos) e impotencia.
Elírltimo miembro de lalamiliaGII-PRL-CS no tiene una
función def]nida en los humanos. La CS tiene actividad
lactogénica y luteotrópica y los efectos metabólicos,
que son cualitativamente simiiares a los de la hormona
de crecimiento, incluyen la inhibición de la captura de
)l
Las hormonas proteicas más complejas recién descu-
biertas, son las glucoproteín¿s de la hipófisis y las piacen-
tarias: hormona estimulante de Ia tiroides (TSH, del
inglés thyroid-stimulating hormone), hormona
luteinizante (LH, del inglés luteinizing hormone).
hormona esÍlmuldnte del folículo (FSH, del inglés
follicle-stimulating
hormone) y §oiiadotropina
coriónica (CG, del rnglés chorionic gonadotropin).
Dichas homonas afectan diversos procesos biológicos
y tienen marcada similitud estructural; esta clase de hor-
monas se encuentra en todos los mamíferos. Además,
estas moléculas, como otros péptidos y hormonas pro-
teicas, interactúan con los receptores de superficie ¡'
activan iG adenilil ciclasa; es por ello que emplean
cÁMp como su mensajero intracelular.
Cada uná de estas hormonas consiste de dos
subunidades, o y
B unidas pór medio de enlaces no
covalentes. Las subunidades o s-on idénticas para to-
das estas hormonas dentro de una especie, y existe una
considerable homología interespecie. La actividad bio-
lógica específica está determinada por la subunidad B
la cual también s€ conserva grandemente entre las hor-
monas, pero en menor grado que la subunidad.aala
subunidad 0 1o
es activa por sí misma y el reconoci-
rLiento del receptor involucra la interacción de regiones
de ambas subunidades. En cambio, las moléculas híbri-
das interhormonales e interespecie son completamente
activas; por ejemplo, TSH"-LHF = actividad LH, y
hTSH,mTSHp = actividad TSH en el ratón. De esta
manera, las diferencias interespecie entre ct' y p no afec-
tan Ia asociación de las subunidades, o el dorninio de
la función biológica en
B.
Cada subunidad se sintetiza
a partir de un mRNA único de genes separados' Se
piensa que en esta clase todas las hormonas evolucionan
de un gen ancestral c-ogrún que resultó en dos molécu-
las, la c¿ y la p; esta última evolucionó posteriormente
para proporcionar las hormonas separadas.
Se conoce una gran cantidad de información acer-
ca de la estructura de tales moléculas. Por ejemplo, el
pentapéptido con carboxilo terminal de la subunidad cr,
es esencial para la unión al receptor, pero no para la aso-
ciación cdB. I-as características que distinguen a las hor-
monas en el grupo de glucoproteínas de las hormonas
de otros grupos, es su glucosiiaciórr. En-cada hormona
glucosilada, la subunidad cLcontiQne dos oligosacári-
dos complejos ligados a la asparaginay la subunidad B
tiene I o 2.Parala interacción ct/$, puede ser üecesa-

683. Hormonas hipoJisarias e hipotalámicct.s , ó3-
ria la glucosilación. La subunidad ü contiene cinco
puglrles S-S y la
B tiene seis.
Las subunidadc.s -e libres se encuentran en la
hipófisis y placenta. Estos hallazgos, y la observación
de que las subunidades o, y
B son traducidas de mRNA
separados, apoyan el concepto de que la síntesis de
las subunidades cr y p tienen uncontrol por separado,
y también que Ia
B
es la limitante de la producción de
la hormona completa. Todas ellas se sintetizan como
prehormonas y están sujetas a un proceso postraduc-
cional dentro de la célula para producir proteínas
glucosiladas"
A. Las gonadotropinas (FSH, LH y hCG)
Estas hormonas son las responsables de la gametogé-
ne-gis y de la esteroidogénesis en las gónadas. Cada una
de ellas es una glucoproteína óon una masa molecular de
cerca de 25 kDa.
1. Hormona estimulante del folículo (FSH): La FSH
.-qc.lme a receptores específicos en la membrana
f,las-
mática de sus células blanco,]4s c_élulas foliculares
en el ovario y las células de Sertoli en los testículos.
Esto resulta en 1á activación de la adenilil ciclasa y
en la elevada producción de cAMP. Las acciones
de la FSH se describen en mayor detalle en el capí-
tulo 50.
2. Hormona luteinizante (LH): La LH se une a recep-
tores en la membrana plasmática y,estimula 1a pro-
ducción de progesterona en las células del cueruo
Iúteo. asi como de lestosterona err las célulg¡de
Eutc
El c{MP .ffiñut intraceluffi.la
accióli de la LH. Este nucleótido mimetizaias accio-
nes de la LH, 1o cual incluye una elevada conversión
de acetato a escualeno (el precursor de 1a síntesis de
colesterol), y una aumentada conversión de coles-
terol a pregnenolona, que es un paso necesario en
la fbrmación de progesterona y testosterona. Las
acciones de la LH se describen en mayor detalle en
e1 capitulo 50. Existe un estrecho acoplamiento en-
tre ia unión de la LH al receptor y la proclucción de
cAMP, pero la esteroidogénesis tiene lugar cuando
han ocurrido pequeños aumentos en el cAMP. Una
prolongada exposición a LH resulta en desensibili-
zación. quizá propiarnente por dismilltrción de los
receptores de LH; este fenómeno puede ser explo-
tado como un medio efectivo para el control natal.
3. Conadotropina coriónica humana (hCG, del in-
glés l{tunon chc¡ríonic gonadofropin): La hCC es
una glucoproteína sintetizada en las células
sincisiotrofotrlásticas de la placenta. Ésta tiene la
esí'uc.arra dimérica uf} característica de dicha'clase
y es la ciue más se asemeja a la LH. Se aumc'nta en
ia sangre y en la orira poco despr-rés de la iniplanta-
ción; por tanto, sll detección es la
'b¿lse
de muchas
[ir:rrbhas de .,nrh¡razo.
B. Hormona estimulante de la tiroides ffSH)
La TSH es una glucoproteína con estructura dinte: .,
crp y tiene una masa molecular cercana a 30 kDa. CLrnt¡
otras hormonas de esta clase, la TSH se une a los ree ;r.
tores de la mernbrana plasmática y activa a la adenilr
ciclasa. En la biosíntesis de las hormonas tiroideas. ¡
consecuente aumento de cAMP es e[ responsable c.
la acción de la TSH. La relación con los efbctos trótlcr.,
de la TSH sobre la tiroides es aún inciefia.
La TSH tiene varios efectos agudos sobre la tir::.
ción tiroidea. Estas acciones ocurren en un lapstr d.
algunos minutos e involucran el aumento de todas ia,
fáses de la biosíntesis de T, y T,,, incluyendo la cor.
centración de yodo, la organificación, acoplamientt .
hidrólisis de la tiroglobulina. También la TSH rienc
algunos eltctos crónicos sobre la tiroides. Estas a..
ciones requieren de algunos días e incluyen aumcnt.
en la síntesis de proteínas, fbslblípidos y ácidos nucler-
cos, así como en el tamaño y número de células tiroide¡s
Los efectos metabólicos a largo plazo de la TSH se d:-
ben a la producción y acción de las homonas tiroide:.
l
La familia POMC consiste de péptidos que actúan cc,::
hormonas (ACTH, LPH, MSH) y otras que puc.-
servir como neurotransmisores o neuromoduladc,:.,
(endorfinas). La POMC se sintetiza coÍlo una molec,. .
precursora de 285 aminoácidos y se procesa de nta:.-
ra diferente en dif-erentes regiones de la hipófisis,
A. Distribución, procesamiento y funciones
de /os productos del gen POMC
El gen POMC se expresa en los lóbulos anterior e irrrc:-
medio de la hipófisis. Las secuencias mejor consú:-
vadas entre las especies están dentro del Iragment
amino terminal. la región ACTH" y en la región p en-
dorfina. Las POMC. o los productos relacionados. se
encuentran en algnnos otros tejidos de los verteb¡ados.
incluyendo cerebro. placenta. tracto gastt'ointestir.ral.
tracto reproductor. pulmón y lintbcitos. Presumible-
mente, esto se debe a la expresiórr del gen e¡ tales
tejidos (rnás que a la absorciólr desde el plasnra). Tantl¡ien
se han encontrado péptidos relaciona<ios e'n nruchas
especies de invertebrados.
La proteína POMC se procesa de manera diti-
rente en el lóbr"llo anterior clue en el lóbr-ilo intermedir.
En los humanos adultos el lóbulo inten¡edio e-s rllJr-
nrentario, pero es acti','o en el f-eto humano \.er1 la n-LLr,tc-
embarazada. durante la parte llnal de la gestacl,.r-.
tarnbién es actir,o en muchas especies de anirrales E
procesamientcl de la proteína POMC en los tejidtr=
1..;¡
-
ltricos (intestino, placenta" tracto reltroCuctor tll,ls.,.-
iino) se asemeja al de1 ióbulo intennedio. Erisren rre.

684. 636 ' Bioquímica de HarPer
tipos de péptidos básicos: 1) ACTH, puede dar origen
u't.
"-Ñ¿SH
y al péptido del lóbulo similar a la
corticotropina-(Cf-fp)l 2) B-lipotropina
(p-LPH), da
origen a 1á 1-LPH, P-MSH
y p-endorfina (y de ésta la
u-l ,r-endorfinas);
y 3) un péptido grande, con un
amino terminal, genera la y-MSH' La diversidad de
estos productot té d.b. a que tienen una multitud de
g*pot amino dibásicos, los cuales son sitios poten-
.iuüt ¿. separación para las enzimas similares a la
tripsina. Cada uno de los péptidos mencionados es
prácedido por residuos Lis-Arg, Arg-Lis, Arg-Arg o
Lir-Lit. El segmento prehormona se desprende y ocu-
rre una modificaciOn por medio de glucosilación'
acetilación y fbsfbrilación después de la.traducción'
F}r los ióbuios anterior e intermedio, la siguiente se-
paración es entre la ACTH y 1a B-LPII,
lo que resuha
!n un péptido amino terminai con un segmento AUTH
y un segmento p-LPH (figura 45 3)' La ACTLi'-¡q es
i.puru,t"u posteriotmente del péptido amino terminal y
ndocurren cofies posteriores en el lóbulo anterior' En
el 1óbuio intermedio, la ACTHr-:q se cofta en cr-MSH
(resicluos 1-i3) y CLIP (18-39); []-LP-H
(42-13:l) se
ionviefie a y-LP-H (42-101) y
B-endorhna
(104-l 3'1)'
La [}-MSH
(84-101) se deriva de la y-LPH'
Existen modiflcaciones adicionales extensas de
estos péptidos' Mucho de1 péptido amino.tenninal y
¿e ta ÁúH ,-,, en la hipóhsis anterior' es glucosilado'
La u-MSH se encuentra de manera predominante en
.rru fo.ma ly'-acetilada y amidada en el carboxilo ter-
minal; 1a u-MSH desacetilada es mucho menos aciiva'
ia B-á,'taomra
es rápidamente acetilada en e1 lóbulo
intenledio; en contraste con la u-MSH, la B-endorfina
acetilada es I 000 veces menos activa que la fotma no
modiflcada. Por tatrto, la p-endorFrna puede estar inac-
iiuu., 1a hipóhsis. En e1 hipotálamo, estas molécuias
,1o están acltlladas y se presupone que son actir as'
iambién 1a p-endorfina se corta en el carboxilo lelmi-
nul puru formar la cr- y y-endorfilras llrgLrra
-1.5-3) Éstas
foÁan ias tres priniipaies endorfinas cn ei lóbulo in-
(CoPítula ::
termedio de los roedores. Es probable que el largo fra:-
mento amino terminal también se corte de maner'
extensa, pero aunque se ha encontrado a la y-MSH e:'
la hipófisis de rata y bovino, se conoce menos acerc¿
de este fragmento' Esta información estructural h"
surgido priicipalmente de estudios en la hipófisis de
,o"áo."t, p"tó t" piensa que el esquema.general se
aplica a otias espeóies. Las funciones precisas de mu-
ciros de los péptidos POMC no se han establecido'
B. Acción Y regutaciÓn de PéPtidos
específicos
l. Estructura y mecanismo de acción de la hormo-
na adrenocórticotrópica (ACTH): L'a ACTH es
un polipéptido de cadéna sencilla que consta de 39
u*inoá"idos (lirgura 45-4), regula el crecir.l"riento ¡'
la función de la cofieza supramenal' Se requiererr
1os 2,1 aminoácidos del extremo amino tenlinal para
la completa actividad biológica, y no varían entre
las espbcies, en tanto que 1os l5 amin-oácidos del
carboxilo terminal son muy variables' Un análogo
sintético, la ACTH, 2a es l1lu¡l empleado en pruebas
de diagnóstico.
I-a ÁCfg aumenta la síntesis y liberación de
esteroides suprarrenales lnediante el aumento de la
conversión dél colesterol en pregnenolona' Este paso
ocasiona la conversión de un esteroide d€ C2' a uno
á" C,, ,r.diurrte la remoción de seis carbonos de la
cadena. Dado que la preguerlolona es el precllrsol-
de todos los estároides adrenales lfigura
'1E-3 )' la es-
timulación prolongada con ACTII resulta en la pro-
ducción cle glucocorti coi des, mineralocofi icoi des
-v
dehidroepiandrosterona
(que es un precursor
andrógenó¡. Sin embargo, en las últin-rasdos clases
de estéroides. la contribución de ia ACTH es n.ríni-
ma bajo condiciones 1'rsioiógicas' La AqTH aumenta
.l ...cin.i.nto ct¡rtical supratrenal (eiecto tróilco)
mediante e1 incremento de la síntesis de proteínas y
de RNA.
ACTH (1-3e)
p-LPH (42-134)
_
.,
:
r---
o-MSH cLlP 1-LPH
p-endorfina
,L r¡.--
(1-13) (18-3e) t'ii-rol)
(104-134)
IIII
P-MSH 1-endorlina
(s4-101) (104-118)
-
a-endorfina
(104-117)
Figura 4$-3. Productos de la separación.de la.pro-opiornelanocortina
(POMC) (MSH' hormona estimulante de lo-s melanocitos;
büp, péótiá" del lóbulo intetm.iJo i¡'ilar a lá coriicotropina; LPH' lipotropina )

685. Í{ormonas hipofisarias e hipofalánúcas .
637
Figura 45-4. Estructura de la ACTH humana.
La ACTH, al igual que otras honnonas peptídicas
se une a receptores membranales. En un lapso de
algunos segundos de esta interacción, los valores
de cAMP aumentan de manera muy notable. Los aná-
logos del cAMP mimetizanla acción de la AC'IH.
pero también está involucrado el calcio.
2. Fisiopatología de la ACTH: La producción exce-
siva de ACTH en la hipófisis. o por producción
ectópica debida a un tumor, resuita en el síndrome
de Cushing. La débil actividad de la ACTFI similar
a la MSH y la liberación asociada de p- o c¿-lVISH,
resulta en una hiperpigmentación. Las manifestacio-
nes n.retabólicas se deben a la excesiva producción
de los esteroides suprarrenales e incluyen: I ) eqLrili-
brio negativo de nitrógeno, potasio
)¡ fósforo; 2) re-
tención de sodio, que resulta en hiperlerrsión, edema
o ambas; 3) intolerancia a la glucosa o una diabetes
mellitus evidente; 4) aumento de los ácidos grasos
plasrráticos, y 5) disminución de los eosinófilos y
linl'ocitos circulantes, con elet,ación de los leucocitos
polimorfonucleares. Los pacientes con el síndrome
de Cushing pueden tener atrofia muscular y una
peculiar redistribución de grasas, por ejemplo, obe-
sidad troncal. La pérdida de ACTII debido a un
tumor. infección o infárto de la hipóiisis, resulta en
una gran cantidad de hailazgos opr"restos.
C. B-Lipotropina (ftLPH)
Este péptido consiste de los 9l residuos de aminoácido
carboxilo terminales de POMC (figura ,15 3). La p-
LPH contiene las secuencias cie la fl-MSH, y-LpH,
metencefalina y de la
f3-endorfina. De éstas, la p-LpH"
7-l-PH y la
B-endorfina se iran encontrado en la
iripófisis humana, pero no se ha detectaclo la B-MSI{.
t.a B-LPH sólo se encuentra en la hipófisis, debido a
que es conveftida rápidamente a y-LPH y a
l3-endorfina
en otros tejidos. La B-LPH contiene una secuencia de
siete aminoácidos (B-LPFtrrr_,,) que es idéntica a la
ACTtlr
,,,. La
B-LFH causa lipólisis y rlol,ilización de
los ácidos grasos. pero su función lisiológica es ntíni-
ma. Es probable que sólo sirva como el precursor para
Ia
B-endorfina.
D. Endortinas
La
B-endorfina consiste de los 3 1 aminoácidos carboxilo
terminales de la B-LPH (figura 45-3). Las ct- y y-en-
dorfinas son modificaciones de la p-endorfina, de la
cual 15 y 14 aminoácidos, respectivamente, son re-
movidos del extremo carboxilo terminal. Estos pépti-
dos se encuentran en la hipófisis, pero son acetilaáos
en el sitio y probablemente son inactivos (véase des-
pués). En otros sitios (p. ej., en neuronas del sistema
nervioso central), éstos son modificados y por ello es
probable que sirvan como neurotransmisores o neuro-
moduladores. Las endorfinas se unen a los mismos
receptores que los opioides en el sistema nervioso cen-
tral, y pueden tener una función en el control endógeno
de la percepción al dolor. Estos péptidos tienen una
potencia analgésica mucho más alta (18 a 30 veces en
base molar) que la morfina. La secuencia para las
encefalinas está presente en las POMC, pero no es pre-
cedida por aminoácidos dibásicos y presumiblemente
no se separan o se expresan.
E. Hormona estimalante
de los melanocitos (MSH)
En algunas especies, La MSH (del inglés Melanocyte-
Stimulating hormone) estimula la melanogériesis
mediante la dispersión de los gránulos de melanina
intracelular, lo que resulta en un oscurecimiento de ia
piel. Las diferentes moléculas de MSH. o, p y y están
contenidas en la molécula POMC, y dos de ellas, la cx
y la
B
son secretadas en especies no humanas. En los
humanos, la actividad de la MSH circulante está con-
tenida dentro de las moléculas grandes y- o p-LPH. La
a-MSH contiene una secuencia de aminoácidos idén-
tica a laACTHI-13, pero tiene un amino terminal acetila-
do. La cr-MSH (y el CLIP) por 1o general se encue+tra
en animales que tienen un lóbulo intermedio bien de-
sarrollado. Estos péptidos no se encuentran en los
humanos después del nacimienl.o.
Los pacientes con unaproducción insuficiente de
glucocorticoides (enfermedad de Addison) presen-
tan hiperpigmentación relacionada con una elevada
actividad de la MSH plasmática. Esto puede deberse
a la ACTH, pero es más probable que resulte de la
secreción concomitante de 0-
y y-LPH con,actividad
MSH.
LA HIPÓFISIS POSTERIOR GONTIENE
DOS HORMONAS ACTIVAS,
VASOPRES¡NA Y OXITOCINA
La_yqfopresi"p, en un principio nombrada de esta
manera debido a su capacidad para aumentar La,o+e-
sión sanguínea cuando se administraba en cantidádes
ffi-a¡o16gi¿aqés más apropiado llamarla hormona
qf-i{-!¡¡rética (ADH), ¿eLi¿ó a que su u".iñfr"ioid
-i-*¡'<:<::=--\
Región variable; no se requiere para la actividad bio¡ógica
Región conservada; requerida para una completa
--

686. i
{
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I
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?
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d
I
638 . Bioquímica de l-larper
gica más imporlante es la de promover Ia reabsorción
de agua desde 1os túbulos renales distales. Asimismo,
la oxitocina recibe su nombre debido a un cuestiona-
ble significado fisiológico, la aceleración del parto por
medio de la estimulación de la contracción de la mus-
culatura lisa uterina. Sin embargo, sr'r probable función
fisiológica es la de promover la eyección de leche en
Ia glándula mamaria.
Cada l.rormona se produce en un tipo específico
cle células del hipotálamo, y es transporlada por me-
dio de flujo axoplásmico hacia las terminaciones
nerviosas en la hipófisis posteriorl ahí, gracias a r-rna
estimulación apropiada, la hotmona es liberada hacia
la circulación. La probable razón para este arreglo es
evitar la barrera hematoencefálica. La ADH se sintetiza
principalmente en el núcleo supraóptico' y la oxitoci-
na en el núcleo paraventricular. Cada una es transpor-
tada a través de los axones asociada con proteínas
transporladoras específicas llamadas neurofisinas. Las
neurofisinas I y II se sintetizan con la oxitocina y la
ADH respectivamente, cada una como parte de una
sola proteína (algunas veces conocido como
propresofisina) et.r un solo gen. Las neurot-isinas I y Il
son proteínas itnicas con masas moleculares de 19 k Da
y 21 kDa, respectivatnente. La ADH y la oxitocina se
secretan por separado hacia el torrente sanguíneojun-
to cotr sus neurofisinas apropiaclas. Ésus circulan sin
estar unidas a proteínas y tienen una vida media
plasmática muy corta, del orden de 2-4 rninutos. La
estructura de la ADH y de la oxitocina se muestra a
continuación.
Cis-Tir-Fen-Gln-Asn.Cis-Pro-Arg-Gli-NH,
Arginina vasopresina
ll
Cis-Tir-Fen-Gln-Asn-Gis'Pro-Lis'Gl¡'NH,
Lisina vasoPresina
Cis-Tir-lle-Gln-Asn'Cis-Pro-Arg'Gli-NHz
Oxitocina
Cada una de ellas es un nonapéptido conteniendo
moléculas de cisteína en las posiciones 1 y 6, unidas
por un puente S-S. Muchos animales tienen arginina
vasopresina; sin embargo, la hormona de cerdo y de
especies relacionadas, tiene una lisina sustituida en 1a
posición 8. Debido a la cercana similitud estructural,
no resulta sorprendente que ADH y oxitocina tengan
algunos efectos cruzados entre ellas. Estos péptidos
son metabolizacios principalmente en hígado, aunque
la excreción renal de ADH justifica una parte signifi-
cativa de la que se pierde de la sangre.
l(-a;''
A. Regulación de la secrecion
Los impulsos neriosos que resultan de la estimula¡. -
de los pezones son el estít.nulo primario para la lLhe:'-
ción de la oxitocina. La distensión vaginal )
Llt-r.i.-:
§on los estímulos secundarios. La PRL se libera p -
muchos estímulo3 que liberan la oxitocina, y se ha pr: -
plresto que un fragmento de la oxitocina actúe colll'-
factor de liberación de la prolactina. Los estrógeni'.
estimulan la producción de la oxitocina y de la neurtrl- -
sina I, en tanto que la progesterona inhibe la produccrt':
de estos compuestos.
B. Mecanismo de acción
Se desconoce el mecanismo de acción de la oxitocinr.
Ésta ocasiona la contracción de la mr'rsculatura lisa
uterina; por ello, se emplea en cantidades farmacoló-
gicas para inducir el trabajo de parto en los humanos.
Resulta interesante que los animales preñados en los
que el tracto hipotálarno-hipófisis se ha destruido. no
necesariamente presentan problemas para parir a sus
crías. La función fisiológica más probable de la
oxitocina es estimular la contracción de las células
mioepiteliales que rodean los alveolos mamarios. Esto
promueve el movimiento de leche dentro del sistema
áe conductos alveolares y adernás permite la eyección
de la leche. Los receptores membranales para la
oxitocina se encuentran en el tejido uterino y manrario.
éstos aumentan en número debido a los estrógenos, y
disminuyen por acción de la progesterona. El aumento
concomitante en ios estrógenos y la disminución en
progesterona ocurre inmediatamente antes del parto.
io que probablemente explica el inicio de 1a lactancia erl
este periodo. Por 1o general, se emplean derivados de
la progesterona para inhibir la lactancia posparto en los
humanos. La oxitocina y la neurofisina I parece que se '
producen en el ovario, en ei cual la oxitocina puede
inhibrr la esteroidogéncsis.
Los grupos químicos importantes para la acción
de la oxitocina incluyen al grupo amino tern.rinal pri-
mario de la cisteína; el grupo fenólico de la tirosina: los
tres grupos carboxiamida de la asparagir,a, glutanrina
y glicinamida; y las uniones disulfuro (S-S) Mediante
la supresión o sustitución de estos grupos se l.ran pro-
ducido numerosos compuestos análogos de la oxitoci-
na. Por ejemplo, la supresión del grupo amino prirnario
libre de la mitad terminal del residuo de cisteína (po-
sición I ), resulta en la desar¡ino oxilocina, la cual tiene
de 4 a 5 veces la actividad antidiurética de la oxitocina.
A. Regulación de la secreción
Los impulsos neuronales que provocall la liberación
de la ADH son activados por un número de estímulos

687. Hormonas hipo/isarias e hipotalámiccts .
639
diferentes. La elevada osmolalidad plasmática es el
estímulo fisiológico primario. Este es n.rediado por los
osmorreceptores localizados en el hipotálarro y por
los barorreceptores, los cuales se ubican en el corazón
y en otras regiones del sisten,a vasci,rlar. La her¡odi-
lución (disminución de la osmolalidad) tiene un efecto
opuesto. Otros estímulos incluyen ei estrés físico y
emocional, así como ios agentes farmacoiógicos in-
cluyendo a la acetilcolina. nicotina y morfina. La
mayoría de estos efbctos involucran una elevada sín-
tesis de ADH y de neurofisina lI, en virtud de que el
vaciado de la reserva de horrnonas no está asociado
con dicha acción. La adrenalina y los agentes que au-
mentan el volumen plasmático, como etanol, inhiben
la secreción de ADH.
B. Mecanismo de acción
Las células blanco más importantes de la ADH en los
mamíféros, son 1as de los túbulos contorneados distales
y las de las estructuras colectoras renales. Estos con-
ductos pasan a través de la médula renal en la cual el
conjunto de soluto extracelular tiene ur.r gradiente de
osmolalidad de hasta cuatro veces el del plasma. Ta-
les células son relativamente inrpermeables al agua,
por 1o qr-re en ausencia de ADH Ia orina no está con-
centrada y puede excretarse en cantidades que exceden
1os 2 L/día y ocasionalmente hasta 15 L/día. La ADH
allmenta la penneabilidad de las células al agua y per-
mite el equilibrio osmótico entr:e el túbulo colector
urinario y el intersticio hiperlónico, lo qr-re resulta en
volúmenes de orina en el rango de 0.5 a 1 Lldia.
Los dos tipos de receptores de ADH o de vasopre-
sina son: Vl y V2. Los receptores V2 se encuentran
sólo en la superficie de las células epiteliales renales.
Este receptor está relacionado con la adenilil ciclasa y
se piensa que e1 cAMP media los efectos de la ADH
en el tilbulo renal. Esta acción fisiológica es la base
del nombre de "hormona antidiurética". El cAMP y los
inhibidores de Ia actividad fosfbdiesterasa (p. ej., la
cafeína) imitan las acciones de la ADH. In vivo. un
elevado nivel de calcio en e1 medio qr-re baña 1a super-
flcie mucosa de las células tubulares, inhibe Ia acción
de la ADH sobre el movimiento de agua, aparente-
mente por medio de la inhibición de la acción de la
adenilil ciclasa, puesto que no disminuye la acción del
propio cAMP. Esto puede justificar, en pafie, los vo-
lúmenes excesivos de orina caracteristicos en los
pacientes con hipercalcemia.
Todos los receptores ADH extrarrenales son del
tipo Vl . La unión de la ADH con el receptor Vl. cau-
sa la activación de la fbstblipasa C. lo que resulta en
ia generación cle lP. y de diacilglicerol. Esto resulta
en un aumento del Cart intracelular y ia activación de
1a proteína cinasa C. Un efecto imporlante de los re-
ceptores Vl es la vasoconstricción y la elevación de
la resistencia vascular perilérica de donde deriva el
nombre de vasopresina para referirse a esta hormona.
E. Fisiopatología
Las anormalidades de la secreción o la acción de la ADH
conduce a la diabetes insípida, la cual se caracteriza
por la excreción de grandes volúmenes de orina diluida.
La diabetes insípida primaria, una cantidad insuficiente
de la hormona, por lo general se debe a la destrucción
del tracto hipotálamo-hipófisis debido a una fractura
en la base del cráneo, un tumor o una infección, pero
también puede ser hereditaria. En la diabetes insípi-
da nefrogéna hereditaria, la ADH se secreta de manera
normal, pero las células blanco son incapaces de res-
ponder, presumiblemente, debido a un defecto en el
receptor. Esta lesión hereditaria se distingue de la dia-
betes insípida nefrogéna adquirida, la cual con mucha
frecuencia se debe a la administración farmacológica
de litio en la enfermedad maniaco-depresiva. La se-
creción inapropiada de ADH se presenta en asociación
con la producción ectópica de una variedad de tumo-
res (por 1o general pulmonares), pero también puede
ocuffir en conjunto con padecimientos cerebrales, in-
fecciones pulmonares o hipotiroidismo. También se
conoce como secreción inadecuada, debido a que la
ADH se produce en índices normales o elevados en
presencia de hipoosmolalidad; de esta forma causa una
hiponatremia dilucional persistente y progresiva col
excreción de orina hipertónica.
Las interacciones específicas entre e1 hipotálamo, hipó-
fisis y glándulas cr.rdocrinas blanco, fbman una serie
de unidades de regulación de circuito cenado clue son
e1 centro del sistema endocrino. El propósito de este'
arreglo es proporcionar dil-erentes niveles de homo.
nas a las glándulas blanco. en respuesta a varios retos
metabólicos y ambientales y para asegurar un ciclt¡
reproductivo norrnal. Las hormona.s hipotaiámicas
involucradas en este tipo de regulación son péptidos
pequeños y lábiles que se envían a 1a hipófisis anterior
a través del sisterna vascular portal específico. Estas
hormonas estimulan la síntesis y liberación de las hor-
monas de la hipólisis anterior. las cuales son enviadas
hacia las glándr-rlas blanco por medio de la circulación
sistémica. Los ejernplos de los sisten"ras acoplados incir.r-
yen CRH-ACTH-cortisol. TRH-TSH-T;/Ta y GnRFI-LH/
FSH-testosterona/estradiol/progesterona. Las hormo-
nas implicadas en estos sistemas reguladores incluyen
a péptidos y proteínas monoméricos, pequeños y gran-
des, glucoproteínas heterodiméricas, esteroides
1
homonas derivadas de aminoácidos.'Ibdos los meca-
nismos bioquín-ricos básicos de la acción de las hon.t.ttr-
nas están representados en las acciones de éstas: ptrr'
ejempio, aqr-rellas en las que se involucra cA\lP.
Car', diacilglicerol. IP,, cascadas de cinasas e inter¡c-
ciones directas ligando-receptor. Además, se sintet.z,r

688. 640 ' Bioquímica de HarPer -
(Capítulo 1:
la ACTH como pafie de una moiécula precursora muy
grande que se procesa en un número de hormonas.
Se forman unidades tuncionales muy diferentes
en regiones específicas del hipotálamo y de la hipótrisis
posterior. Las células en las regiones de los núcleos
iupraóptico y paraventricular, sintetizan moléculas
grándei que contienen ADH y oxitocina, respectiva-
*errt". Estas moléculas precursoras grandes también
contienen neurofisinas I y II, respectivamente, las cua-
les están involucradas en el transporte de la ADH ¡.
de
la oxitocina, a través de los axones de las neuronas
que los producen, hacia sitios de almacenamiento en
lá tripOfrsls posterior. A partir de estos depósitos, 1as
hormonas se liberan por medio de cambios de 1a
osmolalidad sérica (ADH) y por la estimulación de
los pezones (oxitocina). I
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{#

689. 46
Hormonas tiroideas
Daryl K. Granner, MD
¡NTRoDUccló¡l
a los empleados por las hormonas esteroides. Muchos de
los efectos biológicos son ejercidos por la Tj.
IMPORTANCIA BIOMÉDICA
Las enfermedades de latiroides están entre las afeccio_
nes más comunes que involucran al sistema endocrino.
El diagnóstico y laterapéutica se basan en los principios
de la fisiología y bioquímica de las hormorm tiroid'"ur.
La disponibilidad de los radioisótopos del yodo ha ayu_
dado, en gran medida, en la elucidación de estos
pryciplgs.
_El
yodo radiactivo, debido a que se localiza
en la glándula, es ampliamente utilizadlo en el diag_
nóstico y tratamiento de los trastomos de 1a tiroidei.
!l.V...do
radiactivo, también tiene un aspecto peligroso
debido auna excesiva exposición,
"o-ó
,u""d"
"r,
*u
falla nuclear, es un impbrtante factor de riesgo para
cáncer en la tiroides. Eslo resulta especialmenti cierto
en los infantes y en adolescentes cuyás células tiroideas
están aún en división activa.
LA BTOSÍNTESIS DE LA HORMONA
TIROIDEA INVOLUCRA
AL METABOLIÍIT*O DE LA
TIROGLOBUL siuA y
EL YODURO
Las hormonas tiroideas so&únicas debido a que se
rqqulglen pequeñas cantidades de yoduro pu.u ,u u"_
SIGLAS UTILIZADAS EN ESTE CAPíTULo
DIT Diyodot¡rosina
MIT Monoyodotirosina
T3 Triyodotironina
T¿ Tiroxina: tetrayodotironina
TBG Globulina fijadora de tiroxina
TBPA Prealbúmina fijadora de tiroxina
TRH HoTmona liberadora de tirotropina
TSH Hormona estimulante de la tiroides
TSI lgc estimulante de la tiroides
del yodo existe en los precurso.les inactivos. Ia
rnonoyodotirosina en la
lwidadb¡91QS_ica.
En muchas pafies del mundo. el yodo
es un componente escaso en el.suelo, por lo que existe
en pequeñas cantidades en los alimentos. Un meca_
nismo complejo ha evolucionado para adquirir y
retener este elemento crucial, así como para conver_
tirlo en una forma adecr-rada para su incórporación a
compuestos orgánicos. A1 mismo tiempo, la tiroides
debe sintetizartironina, y esta síntesis se lleva a cabo
eu-.la tiroglobulina. Este proceso se mencionará por
separado, aunque ocurre de manera simultánea.
A. Biosíntesis
La tiroglobulina es el precursor de las hormonas T: y Tr.
Este precursor es una proteína grande. yodaáa
¡.,
glucosilada, con una masa molecular de 66b kDa. Se
considera que los carbohidratos contribuyen entre el
8 a 10oA del peso de la tiroglobulina, y el yodo contri_
buye entre 0.2 a 1%o, dependiendo del contenido de
yodo en la dieta. La tiroglobr.rlina se compone de dos
subunidades; esta proteína contiene 115 residuos de
tirosina, gada uqo de los cuales es un sitio potencial
para la yodación. En la tiroglobulina, cerca del 70%
Las hormonas tiroideas regulan la expresión
¡
diferenciación de los tefiáos y el désanollo
las cuales son
(DIT), mientras que se encuentra en los residuos
E-
' 641

690. 612 ' Bioquímica de HarPer
(CaPífulo l'
microvellosidades
sobre la membrana apical' Este prc -
;;;;q;;;"tende
de los microtúbulos atraPa- a- 1'
tiroelobulina'y, de manera subsecuente por plnocltosis '
".-ir"r"á"-á.i
nuevo hacia la célula folicular'-Estc''
iunoro^u, se fusionan con los lisosomas para form;:
il;i;;;li;"."mas,
en los que varias.proteasas ácida'
, o"rñdu."t hidrolizan a la tiroglobulina en amlnoacL-
á;;'il;iry."do
las yodotironinas' Las hormonas T' r
i, son libéradas de la porción basal de la célula' quiz'
;;;;;;..;to facilitado, hacia el torrente sang,ínec
ñ'r;i;:i¿;;"nguínea
Ta:T¡es más baia que en la tirr'
"ütrii"",
por lá que debe ocurrir una desyodación de
i; T;;;i;,ilides. Cada día se secretan cerca de 50 pg
á"t vodo de la hormona tiroidea' Con la captura pro-
,áilá ¿.iv"Jo (25 a 3o1o del voduro
ingeridot' l"'
rür"¡*"ías
de yoduro diarios son entre 150 a 200 pg
Como se menctonó previamente' mucho del yodc
en la tiroglobulina no está en la yodotironina; cerc;
del'lOzose encuenffa en los compuestos inactivos MIT
u óti.
pr,ot aminoácidos se libpran cuaudo la ti:ogio-
üJ*^ .t f-riArolizada y el yodo es eliminadopgr
1'
áA;;¡¡"*e. otras formas de esta enzima dependiente
de NADPH se encuentran prp§Qn'Les 6la [1p-§-fi¡s
tf-ná- V-* el.bÍSSdp
El yoduro removido de la MIT
'
'de
ta ótt, constituye uná reserva importantedentro
de
iu titoi¿"t, diferenie del I- que proviene de la sangre
En un estado estable, la cantidad de yoduro que entra i
f^i"ái¿"t es igual a la cantidad que la abandona' Si u:
i"t.i" á"f y"aJen ta tiroglobulina-sal.e
(como,Ta y T'
'
," ¿"¿u." que dos terciás del yodo dispon-ible para 1'
[lÑ"*t'p.oviene
de la desyodación de 1a MIT I'
de
la DIT dentro de la tiroides'
I
,/-\
Ho< )-cucu -cooH
\/l
NH,
3-monoyodot¡rosina
(MlT)
CH,CH
-
COOH
I
NH,
3,5-diYodotirosina
(DlT)
l ,L-
/\
,o1 ! o-{ ! *r cH -
cooH
\/\,/l
lfNH,
3,5,3',5'-tetrayodotironina
(tiroxina [T4])
rl-=/\
,o1 \-o{ )-*r *r-cooH
\/\/l
I ]- NH
2,5,3'-triYodotironina
(T3)
,r¡^r-cH cH -
cooH
\-/ Ju*,
3,3',5'-tiyodotironina
(T3 reversa [rT3])
Figura 46-1. Estructura de las hormonas tiroideas y com-
puestos relacionados
vodotironilo T+ Y Tr.Cuan«lo los sttministros de yodo
ion tr¡.iéoi.s, iá relación Ta:T-, es cercana a 7: 1' Fn una
á"n.i.r.i, de yodo, disminuye estarelación' así corno
f" ..1".i¿" DIi:MIT. Esta molécula grande de 5 000
;;;.1;"t, proporciona la contbrmación aprop iada
que se requieri pu.u acoplar al tirosilo' así como para
i;;tg.;iÉ;..ion ¿et voáo q" son necesarios para la
iá.-,"Lion de las hormonas tiroideas diamino.ácidas'
La tiroglobulina es una prohonnona que se slntetlza
;; i;;il1¿; basal de ia célula, se mue\e hacia el
i;;r: clonde se almacena en e1 coloide extracelular'
,-.r,r"tna a Denetrar a ia célula, y se mueve en direc-
'.i" ,r
ápi."l o hasal durante su hidrólisis' para dar origen
u 1as ño.rronas T¡ y T,,. Todos estos paso:-:e poten-
"iuo
po. la TSH. y esta honnona (o ei cAMP) también
;";;.i"
la transóripción del gen de la tiroglobulina'
B. Hidrólisis .rnro
de
La tiroglobulina es una forma de almacenamle
," {;i, .; el coloicle: en la glándula tiroides'":tl"]'
A. Concentración de Yodo
(l-)
!a tiroides, junto con algtttros otros tejtdos epltell¿lL':
ñü;;J" ; la glándui=a mamaria' corion' gl ándLi''
salivál y estómago, son capaces de colrcentrar el yodur--
en contra de utl fuerte gradiente electroquitnrco
r ste i>
,;; ,;;.;"
que depende tle energíay esárel4qfo¡¿do-q';
iá ri","rr. ¿e xa--rc dependiente de la ArPasa' La ¡'-
;il; d.itransportador
de yoduro tiroideo puc:=
"i.i".*
á" l"t pasos subsecuentes en la biosíntesis h¡:-
;;;ñdr;;ie la inhibición de la organificación.del
L-
"o"
ia,-u.ot de la clase de la tiourea (figua -16--1
il .árá"i¿, de1 yodo en la liroides cor:'-eLyQdo 5erL'
r re taciOn f : S I es un refl ejo de ia actividad Ot.t't tr"-'
""rtu¿o..
Esta actiri<iad está controlada de lrall::-
irimordial
por [a TSH' y va desde-500',elr antr""'
estimulados de manera crónica con TSH' hastr -' o l:-
'-
,ro."an uni*utes hipofisectomizados'
En el ser httt:-'-':
.", ,,i" J*t, ,o,mal, 1a relación T:S es de cerca cie l:
.*üÉ
"nu
reserva de estas hormonas para algunas se-
;ñ.-il un lapso de algunos nrinutos desPuc's de la
.r,i*lf*i¿" de la tiroidis por rnedio de Ia TSH (o
p".'.i .Áir,tp), existe r-rtr nlarc'rdo aumer.rto de las

691. Hormonas tiroideas .
643
Oxidación
FERoxDAúli
üo, J
ESPACIO FOLICULAR
Yodación*
MIT MIT
',@¡t
Acoplamiento*
Dlr
T4
DIT
Fagac¡tos¡s
v
pinoc¡tos¡s
".--)
oo
Lisosomas
Concentración*
fnnrp"." rrturx.l
l&.,
i1 rso r)
"'\--1-/
\_.-l---
L¡berac¡ón
I-
Ts, T¿
Figura 46-2. Modelo del metabolismo de yoduro en el folÍculo tiroideo. Se muestra una célula folicular de frente al lumen
folicular y el espacio extracelular (parte inferior). El yoduro entra principalmente a la tiroides por medio de un trasportador. La
síntesis de las hormonas tiroideas ocurre en el espacio folicular a través de una serie de reacciones, muchas de las cuales
están mediadas por la peroxidasa. Las hormonas tiroideas se liberan de la tiroglobulina por medio de hidrolisis. (Tgb, tiroglobulina;
MlT, monoyodotirosina; DlT, diyodotirosina; T3, triyodotironina; To, tetrayódotironina.) Los asteriscos ind'icán loJpasos o
procesos que son deficiencias enzimáticas hereditarias, las cuales ocasionan bocio congénito y con frecuencia resultan en
hipotiroidismo.
\
I
;or-l
t
Ts, T¿
ESPACIO EXTRACELULAR
En la tiroides, r.rna pequeña cantidad de tr- tanrbién
:enetra por difr"rsión. Cuaiquier cantidad del I- intra-
:elular que no es incorporado en la MIT o en la DIT
por lo general es < cle 10%), es libre de abandonar la
-lándula por este rnismo mecanislno.
El lmnSp-g¡ladq¡ {e*ygdo
es inhibido.gor clos clases
ie moléculas. El primer gru¡ó-¡óñsiácle perclor:ato
!lO,
r. perrenalo tReO, ) y penecnetato
1TcO, .¡.
'Jos ellos aniones con un volurnen específico parcial
..rnilar al yoduro. Estos aniones compiten con el yoduro
ror su acarreador v son concentrados por la tiroides.
Por 1o general, se emplea un radioisótopo del TcOo
para estudiar el transporte de yodo en los seres huma-
nos. El anión lineal tiocianato (SCN-), es un ejemplo
de la segunda clase de moléculas, es un inhibidor com-
petitivo del transpofie de yoduro, pero no es concenka-
do por la tiroides.
B. Oxidación del yoduro
La trro_lfles*e§gllinico tejido que puede oxidar al
w
y9]gUfo a un estado alto de valencla. que conshtuye un
paso obligatorio en la organificación del yoduro y de
*
r+ + 1
rsb/-
,T
DIT T4
\

692. 644 ' Bioquímica de Harper
(Capín
NH,
I
1
l
a-Q
l
I
NH,
Tiourea
!o
1//
N-C
/\
e:a aH
,Y' '
\/
¡_CH
I
H
fo
i,-(
/\
S:C CH
",
//
'¡-C'-
C,H7
I
H
Prop¡ltiouracilo
H
I
N_ Cl-]
/t
/l
I
\l
N-CH
H
MetimazolTiourac¡lo
la biosíntesis de las hormonas tiroideas. Este paso
involucra una peroxidasa qtte contiene grupo hem y
ocurre en la superficie luminal de la célula folicular.
La tiroperoxidasa, es una proteína tetramér'ica
con una masa molecular de 60 kDa y requiere de
peróxido de hidrógeno como agente oxidante. El H2O2
es producido por una enzima dependiente de NADPH
que se asemeja a la citocromo c reductasa. Un número
de compuestos inhibe la oxidación del yoduro y. por
tanto, su subsecuente incorporación a Ia MIT y a la
DIT. Lo más impoftante de ellos, desde el pr.rnto de
vista clínico, es que son los fármácos de tiourea, algu-
nos de los cuales se muestran en la figura 46 3. Se 1es
conoce corno medicamentos antitiroideos, debido a
su capacidad para inhibir. En este paso, la biosíntesis
de la honnona tiroidea.
C. Yodación de la tirosina
En la tirogiobulina, el yoduro oxidado reacciona con
1os residuos tirosilo en una reacción qr-re probablemente
también involucra a la tiroperoxidasa. En el anillo aro-
mático, la tirosina es primero yodada en la posición 3.
y después en la posición 5 para formar la MIT y la
DIT, respectivamente. Esta reacción, algunas veces
llamada organificación, ocuffe en un lapso de algu-
nos segundos en la tiroglobulina luminal. Una vez que
ocurre la yodación, el yodo no abandona rápidarnente
la tiroides. La tirosina libre puede yodarse, pero no es
incorporada a las proteínas, puesto que el tRNA no
reconoce a la tirosina yodada.
D. Acoplamiento de los yodotirosilos
El acoplamiento de dos moléculas de DIT para for-
mar la Ta, o de una MIT y una DIT para formar la T3,
ocurre dentro de la molécula de la tiroglobulina, aun-
que la adición de una MIT, o de una DIT libres a una
DIT unida, no se ha excluido de manera completa. No
se ha encontrado una enzima de acoplamiento separa-
da, y debido a que es un proceso oxidativcl, se asume
que 1a misma tioperoxidasa cataliza esta reacción me-
diante la estimulación de la formación de radicales
libres de yodotirosina. Esta hipótesis se apoya por la
observación de que los mismos compuestos que
inhiben la oxidación dei yoduro, también inhiben el
acoplamiento. I-as hormonas tiroideas formadas se
Figura 46-3. Clase tiourea de fármacos antitiroideos
Hormona
total
fug/dL)
mantienen como parte integral de la tiroglobulila hx-l
ta que esta última es degradada,tal como se menci.uÉl
previamente. La hidrólisis de la tiroglobulina es +l
mulada por la TSH, pero es inhibida por el yoduro: ü{
manera ocasional, este último efecto se explota ml
diante el empleo de yoduro de potasio para ttatat
I
hipeftiroidismo.
I
LAS HoRMoNAS flROtDEAS sON I
TRANSPORTADAS POR LA GLOBULII{II
F¡JADORA DE TIRO¡DEOS I
En el organismo, de Ia mitad hasta dos tercios Ot O{
y de la T3 es extratiroidea, y gran cantidad de
{
óircula en forma unida; es decir, unida a dos proteí{
de unión específicas, la globulina fijadora de tiro{
(TBG) y la prealbúmina fijadora de tiroril
(TBPA). La TBG es una glucoproteína con una m{
molecular de 50 kDa, y es cuantitativamente la r{
importante; se une a la Ta y a la T, con urla afinidadl
100 veces la de la TBPA, y tiene la capacidad F{
unir 20 pg/dl de plasma. En circunstancias norm{
la TBG se une, de manera no covalente., a casi tofl
T¿ y T: en el plasma (cuadro 46-l).La pequeña il
ción no unida (libre), es la responsable de la actir{
biológica. A pesar de la gran diferencia en la cann{
total,ja fracción libre de-T, se aproxima a la de h{
pero la vida media plasmática de la T¿ es entre 4
{
'*?l"rt#,ko,u,
está sujera a regulactón. b{
es una consideración importante en la prueba de <I{
nóstico de la función tiroidea, debido a que en m'r{
Cuadro 46-1. Estructura de las hormonas
tiro¡deas y compuestos relac¡onados
-0.4 -0.6 , '--

693. flormonas tiroideas ' 645
ensayos para la T, y T¡ se mide la cantidad total
plasmática, más que de la hormona libre. La TBG se
produce en el hÍgado, y su síntesis se incretnenta por
los estrógenos (en el embarazo y con píldoras para el
control natai). Una disminLrción de la producción de
1a TBG, ocr-rrre después de una terapia con andrógenos
o con glucocorticoides, así como en ciertos padecirnien-
tos l.repáticos. También se presenta como un aumento
o una disminución hereditaria de la TBC. Todas estas
condiciones resnltan en cambios en la Ta yT.3 totales,
sin un cambio del nivel de ia que se encuentra libre.
La fenitoína y los salicilatos con.rpiten con la Ti y Ta
por unirse a la TBG. Cuando se ittterpreten las prue-
bas de dingnóstico, se debe considerar este descenso
del nivel total de la hormona sin que se tenga un cam-
bio en la fracción libre.
En la desyodación extratiroidea se convierle la T, en
T¡. Debido a que la T., se ute al receptor tiroideo en las
células blanco con una añnidad I 0 veces mayor que la
de la T.,, se piensa que es una fbrma activa metabólica-
mente preponderante de la molécula. Erl la perilbria,
cerca de1 80% de la T+ circulatrte es convertida a T,, o
a T3reversa (rT,), y esta conversión representa la ma-
yor producción de la T,. La T: reversa es un agonista
muy débil que se elabora en cantidades relativamente
grandes en los padecin-rientos crónicos, en la carencia
de carbohidratos y en el feto. EI propiltiouracilo y el
propranolol disminuyen la conversión de T+ a T:.
Otras lonnas de metabolismo de las hormonas
tiroideas incluyen la desyodación total e inactivación
por reacciones de desaminación o descarboxilación.
Una glucuronidación hepática y una sulf-atación resul-
tan la génesis de una molécula más hidrófila, que se
excreta por la bilis, se reabsorbe en el intestino, se
desyoda en el riñón y se excreta como glucurónido
conjugado a lrar és de la orina.
En el núcleo de células bianco. las hormonas tiroideas
se unen a receptores específicos de alta afinidad. La
T3 se une con una afinidad aproximada de diez veces
la de la To, y tiene una actividad biológica proporcio-
nalmente mayor. En el citoplasma, las hormona,s
tiroideas se unen a sitios de baja afinidad, pero apa-
rentemente no es la misma proteína que la del receptor
nuclear. La unión citoplásmica puede servir para "man-
tener en la vecindad" a las hormonas tiroideas.
El efecto principal de la T3 y de la Ta es el de
aumentar la síntesis general de proteínas y generar un
balance nitrogenado positivo. Las hormonas tiroideas,
como los esteroides, inducen o reprimen proteíl.ras
mediante el aumento o disminución de 1a transcrip-
ción génica (figura 44-l). En el caso de la T3 y de la
Ta, el factor trans de acción es el complejo hormona-
receptor, el cual parece que siempre reside en el núcleo.
El elemento cls de acción de respuesta a la hormona
del DNA que se une a este complejo, consiste de una
secuencia central que se muestra en el cuadro 44-3
(AGGTCAI.NNNAGGTCA).
Existe una interesante asociación entre las dos
clases de hormonas relacionadas con el crecimiento:
las hormonas tiroideas y la hormona de crecimiento
misma. La T3 y los glucocorticoides aumentan la trans-
cripción del gen GH, por lo que se produce más GH.
Esto explica una observación clásica de que en la
hipófisis de animales con deficiencia de T3, se encon-
tró una carencia de GH, 1o que puede explicar algunos
efectos anabólicos generales de la Tr. Una concentra-
ción muy elevada de T3 inhibe la síntesis de proteínas
y ocasiona un balance nitrogenado negativo.
Se sabe que l4s hormonas tiroideas son modula-
doras importantes de los procesos de desarrollo, lo que
es más patente en la metamorfosis de los anfibios. Para
la conversión de un renacuajo en rana, se requiere de las
hormonas tiroideas, éste es un proceso que involucra'
la reabsorción de la cola, la proliferación en los brotes
de las extremidades, la conversión de la hemoglobina
fetal a la adulta, la estimulación de las enzimas del
ciclo de la urea (carbamoilo fosfato sintasa) para que
se excrete la urea en vez del amoniaco, y de cambios
epiteliales. Es probable que estos efectos resulten de
la regulación de la expresión de genes específicos. Para
el desarrollo normal en los seres humanos, se requiere
de las hormonas tiroideas. El hipotiroidismo intraute-
rino o neonatal resulta en el cretinismo, que es una
condición que se caracteñza por múltiples defectos
congénitos, retardo mental irreversible y severo.
LA FISIOPATOLOGí"Á. DE MUCHüS
PADECIMIENTCIS TIROIMEO§
sE RELACICINA e*ru LA T§i-!, T',3 Y T4
E! bocío es un crecim¡ento de !a tiroides
Cualquier crecimiento de la tiroides se conoce como
bocio. El bocio sin.rple representa un intento para compen-
sar la disminución en la producción de las hotmonas
tiroideas; de esta manera, en todas estas situaciones,
la elevación de la TSH es el denominador común. Las
causas incluyen una deficiencia de yoduro; exceso de
yoduro, falla en el mecanismo autor-regulador, y una va-
riedad de delectos metabólicos hereditarios que ilustran
la imporlancia de varios pasos en la biosíntesis de las
hormonas tiroideas. Estos defectos incluyen: 1) defecto
en ei transporte de I ; 2) defecto en la yodación; 3) de-

694. 616 .
Bioqnímicct de Harper r L -.r
fecto en el acoplamiento; 4) deficienciaen ladesyodina-
sa: y 5 ¡ producción de proteínas yodadas anormales. Una
dqflClensiapatgi4l de estas funciones puede ocasionar
bocio simple en los adultos. e uando son severai, cual-
quiera de estas causas del bocio simple. causan hipotiroi-
dismo El bocio simple se trata con honnonas tiroideas
exógenas. El suplemento o 1a restricción de la ingesta
de yodo es apropiado para tipos específicos de bocio.
La insuficienc¡a de T, y de T4 libres
resulta en hipotiroidismo
Por 1o general esto se debe a una falla tiroidea, pero
puede deberse a una alteración en'tá hipófrsis o, en el
hrlpotálamo. En el§pgllptdismo, el indice metabólico
basal se encuentra disminuldo, así como okos procesos
que dependen de las hormonas tiroideas. Las caracte-
rísti c as primordiales incluyen : . frgc-uenq-ia'caráiá c á
lenta, hipertensión diastólica, compo(amients abéliqq,
§qmqolencia, constipación, sensibilidad al frig, piel y
pelo secos, y una complexión cetrina. Otras caracterís-
ticas dependen de la edad de inicio. El hipotiroidismo
erlaníieztwdía, resulta en baja estafura pero sin retar-
do mental. Las diversas clases de hipotiroidismo se tratan
con el reemplazo exógeno de las hormonas tiroideas.
El hipertiroidismo o tirotoxicosis,
se debe a una exces¡va producc¡ón
de hormonas t¡ro¡deas
Existen muchas causas, pero muchos de los casos en
EUA se deben a la enfermedad de Graves, la cual
resulta de la produciión de la IgG estimulante de la
tiroides (TSI) que activa a1 receptor TSH. Esto oca-
siona un crecimiento difuso de ia tiroides y una pro-
ducción excesiva y sin control de la T3 y Ta, debido a
que la producción de estas hormonas no está bajo un
control de retroalimentación. Los hallazgos son multi-
sistémicos e incluyen una frecuenc ia cardiaca rápidq,
dilatada presión del pulso, nerviosismo, incapacidad
para dormir, pérdida de peso a pesar de Lu: c . .
apetito. debilidad, sudoración excesiva, sens: ,-'-
al calor y piel húmeda y acaloramiento. Ei h,¡¡:
dismo de la enfermedad de Graves se trata nr:J , :
el bloqueo de la prodr.rcción de las hormonas c.,r. - :-
dicamentos antitiroideos, por ablación de 1a siit ;- -
con yodo radiactivo (tal como Irrr), o por Ll1ta c.,:r :
nación de estos dos métodos. De manera ocasior.r., ,.
extirpa Ia glándula por raedios quirúrgicos.
P"HS!"jFi§§f!§
Las hormonas tiroideas triyodotironina (T¡) i te:-'-
yodotironina (T1) requieren del poco común elenre:
yodo (en fornra de yoduro) para la actividad biolr.:
ca..Una extensa serie de reacciones fisiolósicas
bioquímicas han evolucionado para u..gu.u."qr. ,.
disponga de las cantidades suficientes de yodr-rro p:i
-,
la biosíntesis de T3 y Ta. Este proceso involucra ¡ .-
tiroglobulina, una de las proteÍnas más grandes coi- -
cidas, incluye: 1) transporle activo de yoduro hac ,
las células de la tiroides; 2) oxidación clel ycdr-rro a ,.
estado de alta valencia por n-redio de una enzir: .
peroxidasa; 3) yodación de la tirosina, quizás por m;'-
dio de la misma enzima; y 4) acoplamiento de dc,.
residuos tirosilo para formar las yodotironinas. Lc.
úitimos pasos ocuffen en la tiroglobulina, la cual deb¡
ser proteolizada a sus componentes de aminoácidc,.
dentro de la célula para poder liberar la T3 y 1a T-
Todos estos pasos son estimulados por la TSH.
Las hormonas tiroideas causan sus múltiples efec-
tos debido a la unión a receptores intranucleares
específicos de 1a superlamilia de receptores esteroideos
y tiroideos. Este complejo horllona-receptor se une ;
los elementos de respuesta a las hormonas tiroideas
en ios genes blanco, para regular ia velociclad de sínte-
sis de los mRNA. Esto resulta en un cambio en la cantr-
dad y en la actividad de la proteína análoga, que a stl
vez altera la veiocidad de los procesos n-retabólicos. I
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c* 17
Hormonas que regulan
el metabolismo del calcio
DarylK. Granner, MD
; ! i...r
:
!NTRoDUccrót¡ "ii
T-os iür-e.s.de salcio regulan_ n¡r,merosos pro. cesp_fh:gló-
giqos y bioquímices importantes. p1¡l1p-9l1gs se incluye
la excitabilidad neuromuscular, coagulación sanguínea,
procesos de secreción, integridad de la membrana y
úansporte a favés de la membrana plasmática, reacciones
enzimáticas. liberación de hormonas y neurotransmiso-
gg¡s, y la acción intracelular de un cierto número de hor-
monas. Además, se requiere de concentraciones de Ca2*
y de POa3- apropiadas en el líquido extracelular pafa
bmineralización dplo§"*hg-e-sos. Para asegurar que es-
tos procesos se lleven a cabo de manera normal, la
concentración de Ca2* plasmático se mantiene entre
límites muy estrechos. El propósito de este capitulo es
explicar cómo se lleva a cabo todo ello.
IMPORTANCIA B¡OMÉDICA
Variaciones de los valores normales del calcio ionizado
ocasiolLan muchos tras-tgrugs_y pueden llegar a ame-
nazar la vida. Hasta 30lo de los pacientes hospitalizados
pqeden tener trastornos de la homeostasis del calcio.
EL CALCIO SE ENGUENTRA EN
LOS HUESOS Y EN EL LÍQUIDO
EXTRAGELULAR
-En
el organismo humano elislle aproximadamente] kg
e esta cantidad
se,igsalkgqlpfbussss,donde, j-untq-c-s4".elfo,sft
1o,
fo rma-crist"al-e§*{L[lg"I-o$fl pafl3queproporcionan
el componente estructural e inorgánico del esqueleto.
El hueso es un tejido dinámico y está sometido de
manera constante a ren.rodelación como son los cambios
por sobrecarga; en un estado estable, existe un equili-
brio entre la lorrnación del nuevo hueso y la t:esorción
ósea. \4ucho del caicio en los huesos no s-e intercanlbia
de manera libre con el calcio del lÍquido extracelular.
De esta manera, adernás cle su función mecánica, el hue-
so sirve conlo un gran reservorio de calcio. Cerca de
1% del Car- er.r el esqueleto se encuentra en Llna reserva
de intercambio libre y junto con el otro l?, del total
qlle se encuentra en el espacio periosteal, constituye
la reserva miscible de Ca2 . L_as hormonas menciona-
das en este capítulo, regulan la cantidad de calcio en
el líquido extracelular m,gdfante la influencia sobre el
a través que se-
para el espacio de líquido ertracelular del espacio de
líquido periosteal. Este transporte se estimula, princi-
pah.nente, por la hormona paratiroidea (PTH, del inglés
parafh):rctict hormone'), aunque también se encuentra
invoiucrado el 1,25(OH)1-D3.
El caleio pLasmático tiene tres fbrmas: l) en for-
ma de complejo con ácidos orgánicos; 2) unido a
proteínas;1,3) ionizado. Cerca de 6% del calcio total
está en ion¡a de complejo con los aniones citrato,
losfato y otros. El restante se encuentra dividido en
cantidades casi iguales entre la lorma unida a ias pro-
teínas (unido principah.nente a la albúmina) y en forrna
ionizada (no unida). EI calcio ionizado en forma bioló-
gicamente activa se inantiene en concerltraciones entre
VL}
srcLAS USADAS EN ESTE cnpÍrulo
CBP Proteína que une calcio
CT Calcitonina
ECF Líquido extracelular
25OH-D. Vitamina D:
'1,25(OH),-D3 Calcitriol
PTH Hormona paratiroidea
647

696. 1.1 y 1.3 mmol-/L en muchos mamíferos, aves y peces
de agua dulce. El organismo tiene muy poca toleran-
cia para una variación significativa de estos límites
normales; si el nivel de calcio ionizado disminuye, el
animal comienza a volverse hiperexcitable y puede de-
sarrollar convulsiones tetánicas; una marcada elevac!ón
del calcio plasmático puede resultar en coma o en la
muerte debido a parálisis muscular.
En el plasma, el ion calcio y su contraión, el
fosfato, existe en o cerca de su producto de solubilidad;
por tanto, la unión a las proteínas puede protegerlo en
contra de la precipitación y de la calcificación ectópi-
ca. IJna alteración en la concentración de las proteínas
plasmáticas (principalmente de la albúmini, aunque
el calcio también se une a las globulinas), resulta en el
cambio paralelo del calcio plasmático total. Por ejemplo,
la hipoalbuminemia resulta en una disrninución del cal-
cio plasmático total en aproximadamente 0.8 mgldL
por cada gramo por decilitro de la disminución de la
albúmina. Lo contrario se observa cuando la albúmina
plasmática se encuentra elevada. La asociación de calcio
con las proteínas plasmáticas depende del pH; la
acidosis f¿vorece la forma ionizada, en tanto que la alca-
losis aumenta la unión, ocasionando con ello una dis-
minución concomitante del Ca2*. Esto último es proba-
ble que explique el entumecimiento y el hormigueo
relacionado con el síndrome de hiperventilación, el
cual ocasiona una alcalosis respiratoria aguda.
DCIS FEERMOhJAS IMPORTAh¡THS
E§TÁN ¡NVOLI.JCRADAS EN LA
¡{OM EO§TASIS DEL CALCIO
La horn'ror-¡a paratiro¡dea
{PTl-l}
es un péptldo de 84 arninoácidos
Esta hormona (con una masa molecular de 9.5 kDa)
no contiene moléculas de carbohidratos u otras molé-
culas unidas de manera covalente (figura 47-l).La
actividad biológica completa radica en el tercio amino
terminal de la molécula; la PTH,.3a tiene la actividad
biológica completa. La región 25-34 es, fundamental-
mente, la responsable de la unión con el receptor.
La PTH se sintetiza como una molécula precur-
sora de 115 aminoácidos (figura 41-l).El precursor
inmediato de la PTH es la proPTH, la cual difiere de Ia
hormona nativa por tener un hexapéptido altamente
básico amino terminal, cuya función aún no se co-
noce. El principal producto del gen y el precursor para
la proPTH es la preproPTH; éste difiere de la proPTH
por tener una extensión de 25 aminoácidos amino termi-
nal que, en común con otras secuencias señal o líderes
que son característicos de las proteínas secretadas, es hi-
drófoba. La estructura completa de la preproPTH y
las.secuencias de la proPTH y de la PTTI se mucq
en la figura 47-l.La secuencia de eventos inr-oLi
dos en la conversión de la prehormona PTH a PTIL{
muestra en lorma esquemática en la figura 4;-2- fi
preproPTH es transleridá al espacio cisternal ddl
ticuló'cñddplásmico, mientras que la molécuh Gd
siendo traducida a partir del mRNA de la PTH er lq
ribosomas. Durante esta transfereqcia, el pépfido {
25 aminoáciilós géprido señal o líder) es rt;@f
para originar la proPTH. Esta proPTH es etrf-oncestil
portada hacia el aparato de Golgi, en donde rmaod
ma remueve la extensión prohormona para dar r!{
a la molécula de PTH madura. La PTH liberade d
aparato de Golgi dentro de las vesículas secrerñl
tiene tres destinos posibles: 1) se transporta a reserr{
rios de almacenamiento;2 se degrada; o 3) se 5ec¡{
inmediatamente. :
-a srntesrs, secrecton y metabol¡s
le la PTH están regulados
A. Regulación de la síntesis
La biosíntesis de la PTH y la subsecuente ser::- r
están reguladas por el Ca2* plasmático a trar'és :: -:
proceso complejo. Un descenso agudo del Ca-- - -
na un aumento marcado del mRNA para la P-:,
que es seguido de un aumento en la velocidad :. ,
--
tesis de PTH. Se han propuesto efectos del Ca:-
" -
:
de la transcripción génica, estabilidad de1 mRl' -
traducción del mRNA. Entre 80 a907o de la p: -
-'
sintetizada no se congidera como una PTH in::- .- .:
las células o en el medio de incubación de los srs.=-
-
experimentales. Estos hallazgos llevan a la con;. -,
'
de que mucho de la proPTH sintetizada, se deg:,-_ ;
manera rnuy rápida. Posteriormente, se descub:.. - ;
disminuye la velocidad de degradaciónconbaJ¡ -
-
centraciones de Caz*, y aumentan con altas con;i , -
ciones del Caz*.La 1,25(OH)r-D3 también tier.: -:*
función importante en Ia regulación de la act. ,
---
del gen de laPTH. El complejo 1,25(OH)r-D3.re.:.'
*
se une a uno o más elementos de respuesta a la r :: -
na D (VDRE), en la región promotora de1 ge:. :. -
PTH, e inhibe la transcripción de este último l.
-
manera, la 1,25(OH)r-D, resulta en una proC,:: :
disminuida del mRNA para PTH y de la proteín. : " :
efecto se cancela en la hipocalcemia cuando se 13- - ;-:
de un aumento en la producción de la PTH ! - *
homeostasis del Ca2*.
Finalmente, se puede potenciar la síntesis :: -- . -
por medio de un aumento en el tamaño y núr=
-*
las células principales, de la gláudula tiroides. c -- -
- -
ducen PTH. Esto ocurre como resultado :. ----
hipocalcemia prolongada o de una deficiencia :: -
-
'
(oH)r-D3.
618 . Bioquímica de Harper

697. rr@
-q9
(2)
G9
r^A¡¡,:,
Hormonas que regulan el metabolismo del calcio
(pre) Secuencia lÍder
Secuencia del fragmento C
a
(4)
Figura 47-1. Estructura de la hormona paratiroidea bovina. Las flechas indican los sitios de corte por el procesamiento enzi-
,ático en la glánduta paratiroides (1-5) y en el hígado después de la secreción de la hormona (4-5). La región biológicamente
activa de la molócula está flanqueada por secuencias que no se requieren para la actividad sobre los receptores blanco.
(Modificada ligeramente y reproducida con autorización de Habener JF: Recent advances in parathyroid hormone research.
Clin Biochem 1981 ,14.223.)
.
649
B. Regulación del metabolismo
La degradación de la PTH se inicia cerca de 20 rninu-
tos después de que se sintetiza la proPTH; no se afecta
por la concentración de Caz* inicialmente. sino hasta que
la hormona se encuentra en las vesículas de secreción. La
PTH reciúr ibrmada también puede secretarse de mauera
iiiÁediata o estar dentro de las vesículas de lllrtacena-
r.niento para su secreción subsecuente. La degradaciórl
ocurre tan pronto como las vesiculas secretoras pene-
tran en el comparlimiento de almacenamiento.
Durante la digestión proteolitica de la PTH se ge-
neran fragmentos muy específicos (figuras 47 | y 47 2),
y en la circulación se encuentl-an grandes cantidades
de segmentos carboxilo terminales de ia PTH. Estas
moléculas. con masas moleculares de cerca cle 7 kDa.
consisten de PTH31-sa,
¡u cantidades nrellores de PTH,r-r*.
Mucha de la PTH recién sintetizada es degradada. Cerca
de 2 moles de segmentos carbcxilo terminales se secre-
tan por cada rnol de PTH intacta; por tanto, el grueso de
la PTH circulante consiste de las rnoléculas carboxilo
temrinales. No se ha identillcado alguna flnción bio-
lógica de los segmentos carboxilo terminales de la
PTH. pero podrían prolorrgar la vida nredia de la lior-
lnona circulante. En el tejido paratiroideo se ha identi-
ficado un número de errzin¡as proteolíticas. incluyendo
a Ia catepsina B y D. La catepsina B separa a la PTH
en dos segmentos: la PTFJ'-,u y la PTH;,-0,. E1 segundo
de ellos no se degrada posteriotmente; sir.r embargo. la
PTHr-:6 es degradada de manera rápida y progresira
en di 1,tripéptidos.
La proPTH nunca se ha encontrado
en la circulación, y poca (o casi nada) PTI{¡-¡* escapa
de la glfudula. La preproPTH se identitlcó al desci-
liar la secuencia de codificación del gen de Ia PTH.
Mucha de la proteólisis de la PTH se lleva a cabo
dentro de la glándula; sin embargo. llumerosos estudios
conñnran que la PTH, una vez secretada se degrada
por proteólisis en otros tej ic1os. No se ha definido la con-
tribución exacta de la proteólisis extraglandular, y tanl-
,f,
ú;
ü,
NHz /r
\4
Secuencia para la acüv¡dad biológica completa

698. 650 . Bioquímica de Harper (Capít
84
I
I
Retículo
endoplásmrco
Íugoso
en la paratiroides
Aparato de Golgi
en la paratiroides
Gránulos en
la paratiroides
(células de Kupffer
en el hígado)
Síntesls
constitut¡vas
I
I
I E'.*, +
| |
ca'* alro
i
tL-
Empacado !-
I oegn¿aciáút
I nvi,," t
l
Secreción
fI
I
i^r .
84
184
I
l
1363784
*Formas
circulares
FiEura 47-2. Los precursores y los productos de corte de la PTH y lalocalización de esos pasos en la glándula paral r: ,:
y el hígado. Los números en los paréntesis rndican el número de aminoácidos en los fragmentos pre (31)y pro (6).
poco está claro si las enzimas proteolíticas son simila-
res en los dos sitios, o si los patrones y los productos
del corte son idénticos.
En el metabolismo periférico de la PTH secretada
están involucrados el hígado y los riñones. Después de
una irepatectomía no se detectan los fragmentos 34-84.
o 1os 37-84, 1o que indica que el hígado es el principal
órgano involucrado en Ia génesis de estos fiagmentos.
La probable función de los riñones es remover y excl'e-
tar estos f}agmentos. El principal sitio de la proteólisis
extraglandular parece ser las células de Kupller. las
cuales recubren los pasajes intrasinusoidales del híga-
do. La endopeptidasa es la enzima responsable del corle
inicial en segmentos an.rino y carboxilo terminales, y
se localiza sobre Ia superficie de estas células, siruila-
res a los nracrófagos, ias cr-raies estár en contacto íntilno
con el plasma. Esta enzima, y también la catepsina B.
separa la PTH entre ios residuos 36 y 37 , como en la
paratiroides. generando ur segntento carboxilo terminal
que continua en la circulación, en tanto que el segmen-
to arrino terminal es rápidamente degradado.
C. Regulacién de la secreción
La secleción de la PTH se relaciona de manera inver-
sa con la concentración circundante de calcio ionizado.
La PTH sérica declina en forma rectilínea en relación
con ios niveies de calcio sérico entre 7.5 y 10.5 mg/dL.
La detección está a cargo de un receptor de Ca2* aso-
ciado a una proteína G especial, localizado en las
células paratiroideas. La activación de la proteína G
estimula a ia fosfolipasa CB, lo que ocasiona la gene-
ración de IP:. El IP3 resulta en un aumento del Ca: ir
t@üA;tonlnque i-é ásegura.la secrqción de la PIIL
Una indicación de hiperparatiroidismo, cuando el nird
de calcio sérico es de 10.5 mg/dlo mayor, es lapresen-
cia de la PTH biológicamente activa.
Existe una relación lineal entre la liberación de h
PTH y el nivel paratiroideo del cAMP intracelular- E
Ca2* intracelular puede estar involucrado en este proe
so, debido a que existe una relación inversa entre h
concentraciones intracelulares de calcio y las de cA\lP-
El calcio puede ejercer su efecto a través de su conocil
acción sobre la fosfodiesterasa (vía la proteína cin¡¡¡
dependiente de calmodulinaC**), o através deunn*
canismo similar, mediante la inhibición de la adenili
ciclasa. El fosfato no tiene efecto sobre la secreciü
de la PTH.
Las glándulas paratiroides tienen rglativamec
pocoi
fiánuió¡ dé dlmacenamie4to y contienen la *
flciente homiona para mantener una secreción márir
duráñte sólo 1.5 horas. Esto contrasta con los islm
pancreáticos, los cuales contienen suficiente insuli¡¡
almacenada para secretar durante algunos días: tar
bién contrasta con la tiroides, que contiene hormoor
almacenadas para algunas semanas. Por tanto, la PTH
debe sintetizarse y secretarse de manera continun
La PTH actúa a través de un receptor
membranal
La PTH se une a una sola pr-ote.í¡a coo una rrip
riioleculái-áé áproiimadááe,rte ZO kDa, el ree1r

699. membranal. Este receptor parece ser idéntico en el
hueso y en los riñones, y no se encuentra en las células
no blanco. La interacción hormona receptor inicia la
cascada típica: activación de la adenilil ciclasa + au-
mento del cAMP intracelular + aumenlo del calcio
intracelular -+ fosfbrilación por medio de cinasas de
las pr:oteínas específicas intracelulares -> activación
de genes específicos v enzimas intracelulares que li-
nalmente median las acciones biológicas de la hor-
mona. El sistema de respuesta de la PTH. sir¡ilar al de
muchos otros péptidos y hormonas proteicas, está su-
jetti a una regulación hacia abajo del número de re-
ceptores y a la "desensibilización", lo cual puede in-
volucrar un nrecanismo pos cAMP.
La firnción central de la PTH en el l¡etabolismo del
calcio, se subraya por la observación cle que la apari-
ción evolutiva de esta hornrona fle de manera inicial
en los animales intentando adaptarse a r"rna existencia
terrestre. En una hipocalcemia aguda, la PTll resta-
blece la concentración de calcio en el líquido extrace-
lular mediante una acción directa sobre los riñones y
los huesos, así como con una acción indirecta sobre 1a
mucosa intestinal (a través de la estimulación de la sín-
tesis de 1. 25(OH).-D;). La PTf{: 1 ) reduce la elimiua-
ción o la excreción renal de calcio, y por medio de esta
acción aumenta su concentración en el líquido extra-
celular; 2) aurnenta el Índice de disolución de los
huesos, incluyendo tanto la fase orgánica corro la
inorgánica, con 1o cual el Ca2 se nlueve al líquido
extracelular; ¡, 3) aun.renta la eficiencia de la absor-
ciór¡ de calcio en el ir"rtestir.ro, por medio de la promoción
de la síntesis de l. 25(OH):-D. (r,éase después). Los
c¿rnibios más rápidos ocurren através de la acción sobre
los riñones, pero el efecto mayor es el de los huesos.
En una prolongada dieta deficiente de Car'junto con
una inadecuada absorción del ion. la PTH evita la
hipocalcemia a costa de la substancia de los huc'sos.
El ion contrario del Caz- es el ion fbslálo; en el hueso,
el cristal de hidroxiapatita corrsiste de fbsfato de cal-
cio. Desde los huesos, el fbsfato es liberado junto colr
calcio tan pronto corxo ia PTH aumenta la disolución de
la matriz mineral. La PTH aumenta la eliminaciórr renai
de fosf¿rtos; de esta manera, el el'ecto neto de la PTH
sobre los huesos y sobre los riñclnes es el de aumentaf
la concentración de calcio en el fluido extracelular. y
disminuir Ia concentración de fosfhtos en el líquido
extraceluiar'. Esto lesulla nruy irnportlnte ¡a
que er ita
Hrtrntr¡nas que regulcrn el metabolismo del calcio .
651
el desarrollo de una concentración sobresaturada cle
calcio y de fosfatos en el plasma.
i i 5 i i,t I ! i:,ii.i:r,,:.-: i r::
Cantidades insuficientes de PTH resultan en hipopa-
ratiroidismo. Los aspectos bioquímicos imporlantes
de esta condición son la disminución del calcio ioni-
zado y la elevación de los niveles de foslato sérico. Los
síntomas incluyen irritabilidad muscular, que, cuando
es ligera, ocasiona calambres musculares y tetania. La
hipocalcemia aguda severa, resulta en parálisis tetánica
de los músculos respiratorios, laringoespasmo, coln.ul-
siones severas y muerte. Asimismo. una hipocalcernia
de larga duración, resulta en cambios cutáneos. cata-
ratas y calcificación de los ganglios basales cerebrales.
La causa usual de hipoparatiroidismo es la ren,oción
accidental. o el daño de las glárdulas, durante la cirugía
cle cue1lo (hipoparatiroidismo secundario), pero. en ai-
gunas ocasiones, este padecimiento resr-rlta de la
destrucción autoinmune de 1as glándulas (hipopara-
tiroiclismo primario).
En e1 pseudohipoparatiroidismo, un padeci-
miento hereditario, se produce PTH biológicamente
activa, pero existe una resistencia del órgano terminal
a sus efectost sin embargo, las consecuencias bioquí-
micas son las mismas. Por 1o general. se encuentran
anomalidades relacionadas con el desarrollo" inclu-
yendo baja estatura, coltos lruesos metacarpos y meta-
tarsos y retardo mental. Existen nllmerosos tipos de
pser"rdohipoparatiroidismo y se han atribuido a: l) de-
ficiencia parcial de la proteína reguladora de la adenilil
ciclasa G.; y 2) un paso defectuoso después de la for-
mación de cAMP.
El hiperparatiroidismo, el cual es unaproducción
excesiva de PTH, por lo general se puede deber a la
presencia de un adenoma o hiperplasia de la parati-
roides, o a la producción cctópica de la hormona, o
del péptido relacionado con la PTH (PTHRP). Este
PTHRP es una proteína de 1¿11 aminoácidos, similar
en estructura y lunción a ia PT'H, en especial en su
región amino terminal. Este PTHRP se ha encontrado
en varios carcinomas. Se le ha asociado con la maiig-
nrdad de la hipercalcenria. Los aspectos bioquímicos
importantes del hiperparatiroidismo son la eleración
de1 calcio sérico ionizado y de la PTH, y una depre-
sión de los niveles séricos de fosfato. En el hiperpa-
ratiroidismo de larga duración, los hallazgos incluyen
la excesiva resorción de los huesos y una variedad de
efectos renales entre los clue se incluyen cálculos re-
nales, nefrocalcinosis, frecuentes infecciones en la r,ía
urinaria y, en casos severos, disminución de la función
renal. El hiperparatiroidismo secundario se carac-
teriza por hiperplasia de las glándulas e hipersecreción
de PTH, que se puede obsen,ar en pacientes con insuf,r-
ciencia renal progresiva. En estos pacientes, el hiperpa-

700. 652 . Bioquímico cle lTarper
t (',t:
ratiroidismo presurniblemente se debe a la disminuida
conversión de 25(OH)-D3 a 1,25(OH)2-D3 en el parén-
quima renal afectado, 1o que resulta en una ineficiente
absorción de1 calcio en el intestino, y a la liberación
secundaria de PTH como un intento compensatorio de
mantener los valores de calcio del líquido extracelular
dentro de 1o normal.
EL 1,25(OH)r-D3 AFECTA VARIOS
ASPECTOS DE LA HOMEOSTASIS
DEL GALCIO
Perspectiva histórica
El raqulltismo es una enfermedad de la niñez que se
caracteiza por una deficiente mineralización del es-
queleto y por severas anotmalidades óseas.discapa-
c-itantes; al inicio de1 siglo xx en EUA y en Europa
Occidental, tenía un carácler epidémico. En algunos
estudios, los resultados sugirieron que el raquitismo
se debía a uná iiéfiCieicia en la dieta. Después del
descubrimiento de que el raquitismo se podía preve-
nir mediante la ingestión de aceite de liígado
de bacalao
y que un ingrediente activo en este agente no era la
vitamina A, el factor preventivo se ttamOvitqTiT4 D.
soluble en grasas. Al mismo tiempo, se encontró que
la luz ultravioleta, tanlo artificial como la proveniente
del sol, también podía prevenir este pa-deQi.mlento.
Posteriotmente se determinó que existía un equiva-
lente de raquitismo en los adultos. La osteomalacia,
en la cual &irt" ,rru deficiencia para ffiffiazii#f1os
l,ruesos, también responde a la vitaminá D. Las pistas
para posteriores desartollos resultaron de la observa-
ción de que los pacientes con aiteraciones hepáticas o
renales no respondían de manera normal a la vitamina D.
Algunos estudios resultaron en la dilucidación de la vía
biosintética requerida para la formación de 1,25(OH)-
Dr, que es el metabolito activo de la vitamina D.
El 1,25(OH),-D3 estimula la absorción
intestinal del calcio y de los fosfatos'
El 1,25(OH)r-D: es la única hotmona que puede promo-
ver la translocación del calcio en contra de un gradiente
de concentración que existe a través de la membrana
celular intestinal. Debido a que la producción de 1,25
(OH¡-¡, está estrictamente regulada (fi.guta 47-3),
existe un mecanismo fino para controlar el Ca2* en el
líquido extracelulaq a pesar de marcadas fluctuacio-
nes del contenido de calcio en los alimentos. Esto
asegura una concentración de calcio y de fosfatos apro-
piada para deposición como cristales de hidroxiapatita
sobre ias fibrillas de colágeno óseas.
Eq
la de[c1g19ia
de vitamina D (deftciencia de 1,25(OH),-D3), lq
4qe-
va forrnación de hueso se enlentece y tambrer .. ---
cuentra alterado el remodelamiento óseo. Estos :: ':.-
sos estárr regulados principalmente por la ace l)- --
PTH sobre las céiulas óseas, pero también se reqü.. :-
pequeñas concentraciones de [,25(OH)r-D,. Tan'.. .'
el 1,25(OH):-D3 puede aumentar las acciones de la P -
sobre la reabsorción de calcio en los riñones.
!-a sántesis y nruetabo!¡sr¡xo del
1,?5{G¡"{h^D. inva[uera ar¡as te.!idos
y §sr'! pre*e§CIs altanrente r€gulados
A. Biosíntesis
Como se describió previamente, por lo general. .
1,25(OH)r-D3 se forma en personas expuestas a sL.--
ciente luz solar. Por tanto ésta no es una vitamina. D.
hecho, es una hormona en muchos aspectos. Se pr. -
duce por una serie de reacciones enzimáticas comple' ..
que involucran el transporle plasmático de las nl,.-
léculas preclrrsoras hacia un número de dif-erent¡.
tejidos (ftgura|7 3). La molécula activa, el 1,25(OH
D3, es transportada hacia otros órganos donde actrr -
procesos biológicos de manera similar a los emple;-
dos por las hormonas esteroideas.
1. Piel: En los alimentos se encuentran pequeñas car-
tidades de vitan-rina D (aceite de hígado de pescadt'.
yema del huevo), pero ia mayor par1e de ia vitamin.
disponible para la síntesis de 1,25(OH),-D3 se produ-
ce en la capa malpigiana de la epidermis a padir d.
7-dehidrocolesterol en una reacción de fotólisis n¡
-éñiimática
mediada por el componente tlltraviolet"
de la luz. El grado de conversión está relacionado cie
manera directa con la intensidad de la exposiciór.r. e
inversamente con el grado de pigmentación de l.
piel. En la piel existe una pérdida del 7-dehidrocoles-
terol en función de la edad, que puede relacionarse
con un balance negativo de calcio asociado con 1.
ancianidad.
2. Hígado: Una proteína específica de transporle 11a-
mada proteína de unión de la vitamina D, se une
con la vitamina D3 así como con sus metabolitos I
traslada la vitamina D3 desde la piel o el.intestln.'
hacia el hígado, donde sufre una 2S-hidroxilación.
que es la primera reacción obligatoria en la produc-
ción de la 1,25(OH)r-D3. La hidroxilación en la
posición 25 ocurre en el retículo endoplásmico, en
una reacción que requiere de tragnesio, NADPH.
oxígeno molecular y un factor citoplásmico no ca-
racterizado. Están involucradas dos enzimas. una
citocron,o P450 reductasa dependiente de NADPH
y un citocromo P450. Esta reacción no se hal1a re-
gulada y también ocurre en el hígado y en el intestrn¡
con baja eficiencia. La 25(OH)-D3 entra a 1a cir-
culación, cloncle se sabe que es laprincipal forma de 1¡
vitamina D plasmática, y se transporta hacia eL ¡i-

701. Luz solar
ñón por medio de la proteína de unión de la vita-
mina D.
3. Riñón: Para una con.rpleta actividad biológica, la
25(OH)-Dr, que es r,rn agonista débil, debe modi-
flcarse por medio de hidroxilación en la posición
C,. Esto se lleva a cabo en las mitocondrias de los
túbulos contorneados proximales del riñón mediante
una reacción de tres componentes de la monooxi-
genasa que requiere de: Mgr*, NADPH
),
oxigeno
molecular, y por lo menos de tres enzimas: 1) una
flavoproteína, la ferredoxina recluctasa; 2) una fe-
rrosullbproteína, la feredoxina renal, y 3) citocromo
P450. Este sistema prodr,rce la 1,25(OH):-I),, que
es el metabolito más potente de la vitamina D que se
encuentra de manera natural.
4. Otros tejidos: La placenta tiene una 1cr-hidrorilasa
que parece ser una importante fr-rente para I,25
(OH)r-Dr. La actividad enzimática se encuentra en
una variedad de otros tejidos, incluyendo los huesos;
sin embargo, la significancia fisiológica parece ser'
mínima, debido a que muy poca 1.25(OH)2-D. se
Hormonas que regulan el metabolismo del calcio . 653
Vitamina D3
I zs-r,ia.o*¡t".,
+
+ 2s-hidroxicolecalciferol (25[OH]-D3)
ffi-/\w
./\
24.25(oH)2-D3
#Bé{
1,25(o1',)2-D3
\/
1,24,25(OH)3-D3
Hypocalcemia (t)
PrH 0)
Hipofosfatem¡a (1)
Calc¡triol (J)
Esti'ógenos
Andrógenos
Progesterona
lnsulina
Hormona del crecimiento
Prolactina
Hormona tiroidea
I
I
7-dehidrocolesterol ------#Previtamina D3-
HIGADO
Otros
metabolitos
7-dehidrocolesterol Vitamina D3 1,25(OH)2-D3
Figura 47-3. Formación e hidroxilación de la vitamina D3. La 25-hidroxilación se lleva a cabo en el hígado, y otras hidroxilaciones
ocurren en los riñones. Es probable que también se formen la 25,26(0H)r-D3y \a1,25,26(OH)3-D3. Tambión se muestran las
fórmulas de 7-dehidrocolesterol, vitamina D3 y 1,25(OH)r-D,. (Modificada y reproducida con autorización de Ganong WF:
Review of Medical Physiology, 19th ed. Appleton & Lange, 1999.)
encuentra en animales no preñados y netiecto-
mizados.
B. Regulación del metabolismo y síntesis
Como otras hormonas esteroides, la 1,25(OH)2-D.1 está
sujeta a regulación mediante una estricta reffoalirnenta-
ción(figura47 3 y cuadro4T l). Enanimalesintactos.
las dietas bajas en calcio, así como la hipocalceilia, resr-t1-
tan en un marcado aumento de la actividad lu-hidroriiasa.
Este ef'ecto requiere de la PTH, Ia cual también se li-
Cuadro 47-1, Regulación de la 1o,-hidroxilasa renal
Reguladores primarios Reguladores secundarios
7-deh¡drocolesterol 1,25(OH)2-D3
f-f
aY^l
_"cer-

702. (L'u¡,¡t
bera como respuesta a ia hipocalcemia. Tal acción de
la PTH permanece aún sin erplicación; sin embargo.
esto estilrllla la actividad de la I s-hidroxilasa en ani-
nrales tanto deflcientes de vitamina D. como con 1os
tratados con la enzima. Las dietas bajas en fósloro y
la hipofosfátemia también inducen la actividad de la
I u-hidroxilasa, pero parece que es un estímulo más débil
que el proporcionado por la hipocalcelnia.
La 1,25(OH).-D, es un regulador importante cle
su propia producción. Altos niveles de ésta, inhiben a
la 1u-liidroxilasa y estimulan la fomración de la 24-hidrc>
xilasa qr-re promueve la lormación de Ia 24,25(OH):-
D,, el cual es un producto intenr,edio aparenterrente
inactivo. Los estrógenos. progestinas y andrógenos
provocan un aumento marcado de la lcr-hidroxilasa
en los pájaros que ovulan. La función de estas hormo-
nas y de la prolactina en los mamíf-eros, es aún incierta.
La molécula básica de esterol puede modiflcarse
mediante vías metabólicas altemativas; por ejemplo,
por lridroxilación en las posiciones 1,23, 21.25 y 26
y por la fbmación de un núrmero de lactonas. Se han
encontrado n.rás de 20 metabolitos, y no se ha demos-
trado que alguno de ellos tenga actividad biológica.
Estudios donde se emplea la 1,25(OH)¡-D, radiactir a,
revelaron 1a localización en el núcleo. de las vellosi-
dades intestinales y en las células er, cripta, osteoblastos
y células de los túbulos renales distales. También exisle
acumulación nuclear de esta hormona en células ncr
consideradas como blanco, incluyendo las células de la
capa rnalpigiana de la piel, céh-Llas de los islotes pan-
creáticos" algunas células cerebrales, algunas células
en la pituitaria, ovario, testículos, placenta. útero, glán-
dula mamaria y tirno; y precursores mieloides. En ias
células paratiroideas se ha obsen ado la unión de la
1,25(OH):-Dr lo que abre la posibilidad de qr-re podría
estar involucrada e1 metabolismo de la PTH.
A. Receptor de la 1,25(OH)r-D3
El receptor cle la 1,25(OH)r-Dr es un miembro de la
familia de los receptores esteroicles (figura ¿18 7). El
dominio de unión de1 ligando de este receptor, se une
con una alta afinidad a la 1.25(OH)¡-D1. con una baja ca-
pacidad. Esta unión es saturable. específica y reversitlle.
El receptortiene un dominio de unión al DNA que parece
contener Lln motivo de dedo de cinc característico
de otros receptores esteroides. El complejo 1.25(OH)r-
D3-receptor. se une a un elemento de respuesta a la
vitanrina D en la secuencia AGGTCANNiIAGGTCA
(cuadro 44 3). Conro se mencionó previar.ner.rte. el li-
gando unido al receptor 1,25(OH)r-Dr se une cou su
eler.nento de respuesta en el promotor de la PTt{ y re-
gula hacia abajo 1a transcripción.
B. Productos del gen dependiente
de 1,25(OH)r-D'
Desde hace algunos años se ha conocido
Que
pa:,: :
transpofie de la 1.25(OH)¡-D3 se requiere de R , ,.
la síntesis de proteínas. La observación de la ¡-rn. -
del receptor I,25(OH)r-Dr a la cromatina en el nucr.
sugiere qlle ésta estimula la transcripción genética ,,
-
fomación de mRNA específico. Por ejemplo. se h¡ :.'
portado Ia inducción del rnRNA que codifica par:r -
proteína de unión del calcio (CBP, del inglés crzlr zr.
binding profein).
El Ca: se une a algunas proteínas citosólicas c¡ -
alta ahnidad. Un grupo compuesto de algunas prote -
nas con dil'erente masa molecular, antigenicidad
'
localización en los tejidos (intestir-ro, piel y hr-resos
depende de 1,25(OH):-D,. De ellas. la CBP intestin:
se ha estudiado de manera extensa. La CBP no se h.
encontrado en el intestino de ratas con dellciencia cl¡
vitamina D, y la concentración de la CBP tiene uri.'.
alta relación con el grado de localización nuclear de
la 1,25(OH):-D..
C. Efectos de la 1,25(OH)1D'
sobre la mucosa intestinal
La transferencia de Ca2t o de POa3- a través de la mu-
cosa intestinal requiere de: 1) captura a través del borde
velloso y de la membrana de los microvellos; 2) e1
transporte a través de la membrana celular de la mu-
cosa; y 3) eflujo a través de la membrana basolateral
al líquido extracelular. Es claro que ia 1,25(OH)2-D,
aumenta uno o más de estos pasos, pero no se ha esta-
blecido el mecanismo preciso. Se pensó que la CBP
estaba ampliamente involucrada, hasta que se observó
que la translocación de Ca2* ocurre en un periodo de 1
a 2 horas después de la administración de la 1,25(OH)¡
D3, antes de que la CBP aumente su respuesta a la
1,25-(OH)r-D¡. La CBP puede unirse al Ca2* y asípro-
teger a las células mucosas contra un gran flujo de
Ca2* coincidente con el proceso de transporte. Algunos
investigadores han buscado otras proteínas que pue:
dan estar involucradas con el transporte de Ca2*,,en
tanto que otros sugieren que este proceso, en partic\-
lar el aumento inicial del flujo de calcio, puede estar
mediado por un cambio en la membrana. Se ha impli-
cado a los metabolitos de los polifosfoinositoles.
D. Fisiopatología
EL raquitismo es Lur padecin.riento cle la niñez caracte-
rizado por bajos r.riveles de calcio y fósforo plasmáti-
c-os.
),
tar¡bién por huesos pobremente mineralizados colt
clefonr-ridades esqr.reléticas asociadas. Por 1o general,
el raquitismo se debe a 1a deficiencia de vitamina D.
Existen dos tipos de raquitismo dependiente de vita-
mina D. El tipo l, que es un padecimiento autostimico
recesivo hereditario y se caracteriza por un def'ectcl en
la conversión de 25(OH)-D. a 1,25(OH).-D.. El Tipo II
654 .
Bioquímic'ct de Horper

703. Hormonas c¡tre regulan el metabolisnto del calc'ir¡ .
655
es un trastorno recesivo autosómico en el que existe el
cambio de un solo aminoácido en uno de ios dedól dé
cinc clél dominio de unión al DNA. Esto resulta en un
receptor no funcional.
En los adultos, la deficiencia de vitamina D resulta
en osteomalacia. La affiro
se eneüé?fffii§ñrinuida, así como tambiéí los niveles
deestos rbn-es en el líquido extracelular. En consecuen-
ciá, Ée éncuentra alterada la mineralización del osteoide
para formar el hueso y de esta manera el hueso submi-
reralizado es estructuralmente débil.
Cuando existe una pérdida sustancial del parenqui-
ma renal, o bien está enfermo, se reduce la formación
d'e T2-5(OH),-D3 y también disminuye la absorción de
calcio. Cüándo sobreviene una hipocalcemia, existe ufl
aümento compensatorio de la PTH, la cual actua sobre
el hueso en un intento por aumentar el Ca2o del líquido
extracelular. Ei extenso recambio óseo asociado, cam-
bios estructurales y síntomas §e conocen como osteo-
distrofia renal. El tratamiento inicial con vitamina D
mitigáfá este proceso.
EN LOS SERES HUMANOS
LA FUNCIÓN DE LA CALCITON¡NA
EN LA HOMEOSTASIS DEL CALCIO
NO ESTÁ CLARO
L*-1_g1fgftgnina (CT) es unpéptido de 32 aminoácidos
que es secretado por las células C parafoliculares de
latiroides humana (es menos común, en laparatiroides
o el timo) o por células similares localizadas en la gLáLn-
dula ultimobranquial de otras especies. Estas células
se originan_en 11crestangural yse relacionan bioquími-
Cám-ehte con las células de una variedad de otras
glándulas endocrinas.
Parala actividad biológica de Ia molécula com-
pleta de la C! incluyendo el lazo amino terminal de
siete miembros, se requiere de unpuente Cis-Cis. Exis-
te una enorme variación interespecie de la secuencia
de aminoácidos de la CT (la CT humana y la porcina,
sólo comparten 14 de 32 aminoácidos), pero, a pesar
de estas diferencias existe una bioactividad crLLzada
entre las especies. La CT más potente con presencia
natural es la aislada del salmón.
La historia de la CT no se compara con cualquier
otra hornrona. En un periodo de siete aiios (1962 a
i 968), se descubrió la CT, se aisló, secuenció
¡r sinte-
tizó. aunque su función en la Frsiología hurlana aún
continúa incierta.
'a:,_*
íaj :: i:; *:' ! i
Numerosos procesos fisiológicos y bioquímicos re-
quieren de calcio. En los mamíferos, el caicio reside
principalmente en los huesos, pero un pequeño por-
centaje del total se encuentra en el lÍquido extracelular.
El calcio del líquido extracelular está dividido casi de
igual manera entre el que está unido a proteínas y el
que está en forma libre o ionizado (Ca2*). Este último
es el biológicamente activo. Existe una pequeña tole-
rancia para la desviación del margen normal de Ca2t,
el cual es de i.1 a 1.3 mmol/I- en muchas especies. El
rígido control es mantenido por un sistema multiórga-
nos (hígado, piel, riñones, hueso, intestino y paratiroi-
des), multihormonas (hormona paratiroides [PTH],
1,25(OH)r-D3 y calcitonina).
La PTH se sintetiza como una prehormona de 115
aminoácidos. Es sucesivamente cortada en dos sitios
para formar ia hormona rnadura de 84 aminoácidos.
La PTH se inactiva por un corte entre los residuos 36
y 37. Este proceso, ei cuai ocuffe en los tejidos para-
tiroideo y perifJrico, está regulado por Ca2*, así ccmo
la secreción r:le la hormona de ia paratiroides. En la su-
perficie de 1a célula, un receptor de calcio, descubierto
recientemente. inicia estos eventos. La PTH, una hor-
mona peptidica, se une a los receptores de la superficie
de 1a celula en el hueso y en las células renales. Esta
interacción resulta en la generación de cAIvIP, el cual
es el rnensajero intracelular de ia acción de la PTH.
La 1,25(OH)r-D3 se sintetiza a través de una serie
de reacciones que ocurren en ia piei, hígado y riñones.
La más crítica, la 1cr-hidroxilación, tiene iugar en tros
riiiones y está reguiada por iones calcio, fosf'ato y la
1,25(OH)r-D3 misma. La L.25(.OH)z-D3 es una hormo-
na de ia clase esteroide-tiroidea. De esta manera, actúa
por unión al receptor intracelular, y el compiejo ligan-
do-receptor se une a un elemento específico de ia
respuesta a la vitamina D que afecta la transcripción
genética. Los blancos primarios de esta acción son los
genes involucradcs en el transporte bidireccional de
caicio en las céiulas pilosas intestinales. I
REFRENCIAS
Brown EM et al.: Calcium-ion-sensing cell-surface recep-
tors. N Engl J Med 1995;333:234.
Deluca HF: The vitamin D story: A collaborative effort of
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704. ó56 . Bioquímica de Harper
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-
droxy-vitamin D. in the regulation of pre-pr:'.- -'
thyroid hormone and vitamin D receptor mR -
avian parathyroids. Endocrinology 1993;132:it':
l

705. 48
Hormonas de la corteza Suprarrenal
DarylK. Granner, MD
I
i ,rfl.lrnooucclÓtl
r-u cortezasuDrarrenal sintetiza docenas de moléculas
résteroides
diférentes, pero sólo algunas de ellas tienen
actividad biológica. Estas se dividen en tres clases de
hormonas : gtu9o.ggftioqldes, mineralocortiqg-ides y andú-
genos. Diihái irormonas inician su acción medidñte
lu combinación con los receptores intracelulares espe-
cíficos, y este complejo se une a regiones específicas
del DNÁ para regular la expresión génica' Lo anterior
resulta en índices alterados de la síntesis de una pe-
queña cantidad de proteínas, las cuales a su vez afectan
a varios procesos metabólicos; por ejemplo, la gluco-
neogénesis y el balance de Na* Y K".
IMPORTANCIA BIOMÉDIGA
Las hormonas de la corteza suprarrenal, en particular los
glucorticoides, sonun componente esencial en la adap-
iación frente al estrés grave. Los mineralocorticoides
se requieren para el balance normal de Na* y K*' Los
compuestos ánálogos sintéticos de ambas clases se
"-pi"un
con fines ierapéuticos; en particular, muchos
de los análogos de los glucocorticoides son agentes
antiinflamatorios potentes. Un exceso o una deficiencia
en los valores plasmáticos de cualquiera de estas tres
clases de hormonas, ya sea debido a un padecimiento
o por uso terapéutico, resulta en complicaciones se-
riás y que alguñas veces, ponen en peligro la vida' Una
se¡é di deficiencias enzimáticas hereditarias ayudan
a def,nir los pasos involucrados en la esteroidogénesis
e ilustran la capacidad dela corteza stlprarrenal para
alterar los índices relativos de la producción de estas
diferentes hormonas.
'¿á
CORTEZA SUPRARRENAL ELABORA
TRES CLASES DE HORMONAS
La cofteza adulta tiene tres capas o zonas distintas' El
área subcapsular se conoce como zona glomerulosa
SIGLAS UTILIZADAS EN ESTE CAP¡TULO
ACE Enzima convertidora de Ia angiotensina
ACTH Hormona adrenocorticotrópica
ADH Hormona antidiurética
CBG Globulina fijadora de corticoesteroides
CRH Hormona Iiberadora de corticotropina
DHEA DehidroePiandrosterona
DOC Desoxicorticosterona
Gh Hormona del crecimiento
GRE Elemento de la respuesta a glucocorticoides
HRU Unidad de respuesta a la hormona
3p-OHSD 3[]-hidroxiesteroide deshidrogenasa
PEPCK Fosfoenolpiruvatocarboxicinasa
POMC Pro-opiomelanocortina
PTH Hormona Paratiroidea
STAR proteínareguladoraesteroidogénicaaguda
TBG Globulina de union a tiroides
y se encuentra relacionada con la producción de los
mineralocorticoides. La siguiente es la zona fascicular
que, junto con la¿ona reticular, produce glucocor-
ticoides y andrógenos.
Del tejido suprarrenal se han aislado y cristalizado
cerca de 50 esteroides. La mayor parte de ellos son in-
tennediarios y sólo una pequeña cantidad es secretada
en cantidades imporlantes, y algurros tienen actividad
honnonal significativa. La cofteza suprarenal elabora
tres clases diferentes de hotmonas esteroides, las cuales
se agrupan de acuerdo con su acción dominante Existe
,rruiobt.potición de la actividad biotógica, debido a
que todos ios glucocorticoides naturales tienen activl-
ciad mineralocorticoide y viceversa. En la actualidad
esto se comprende con base en el uso de eleuentos de
respuesta a hortnonas comunes que median los efec-
tos de tales hormonas (y de las progestinas) a nivel
genético (cuadro 4'1 3).
Los glucocorticoides son esteroides de 2l átor¡os
cle carbono con tluchas acciones, la más importante de
ellas es 1a promoción de la gh'rconeogénesis' En el
humano, el cortisol es el glucocorticoide de mayor
predotlinancia y es elaborado en la zona i-ascicr-rlar"
657

706. .t7
658 .
BioqLtímicu de Horper
,L
A,I
j
L.u .@stersna, elaborada erla zona fascicular y
glomerulosa, es menos abundante en los humanos, pero
es el giucocorticoide predominante en los roedores. Los
mineral@désrG2láto_
mos de carbóno; su acción principal es promover la
relpncio.n-deNa* y la ei!§¡edé&de"Kl y HTtrffi"cuñr-
mente en el riñón. Líeldgstgrom es iáhñrmona más
potente de esta clase y se elabora casi de manera ex_
clusiva en la ¿q-q¿glggrcruJosa. Las zonas fascicular
y reticular dela carteza suprarenal también producen
cantidades significativas del precursor dehidroepian_
drosterona y del andrógeno débil androstenediona.
Estos esteroides son convertidos en andrógenos más
potentes en tejidos extrasuprarrenales y llegan a ser
fuentes patológicas de andrógenos cuando
"*ist"
o.ru
deficiencia de las enzimas esteroidogénicas específicas.
Los estrógenos no se elaboran en la suprar:renál normal
en cantidades significativas, Dero se pueden producir en
ciertos tipos de cáncer de Ia suprarrenal; asimismo, en las
mujeres posmenopáusicas los andrógenos de origen
supranenal son importantes precursores de los estróge_
no s (convertidos por ar o -mafización periférica).
-
uNA NOMENCLATURA ESPECTAL-
DESCRIBE LA QUÍMICA DE LOS
ESTEROIDES
Todas
lg-s_lrpglonass§[glgides tienen en común 1a es-
tructura ciglole!,tag.g. p g{-hid rofe n an tre4 o de 1 7
átomos de carbono con los éiratro ánittós mircados
con las lgtras A-D (figura 48-1). En 1a posición 10 y
13 se suman átomos de carbono adicional, o como una
cadena lateral unida al C¡r. Las hormonas esteroides,
así como sus precursores y metabolitos, difieren en la
cantidad y tipo de grupos sustituidos, número y locali_
zación de los enlaces dobles, y en la conliguración
estereoquímica. Se ha desarrollado una nomenclatura
precisa para la designación de estas formulaciones
químicas. Los átomos de carbono asimétricos (la mo_
lécula C, sombreada en la hgura 48-1) permiten el
estereoisomerismo. Los grupos metilo ángular tC .1
C13) en las posiciones tO y t: ," p.oy""á hacia e{
frente del sistema de anillos y sirven como el punto,lr
referencia. Las sustituciones nucleares eo el minr
plano de estos grupos se designan como czs o..F'. ]--
representan con líneas continuas. Las sustituciones qrr
se proyectan hacia atrás del plano del sistema de ani_
llos se designan como trans o,,cL,',y se represeourn
con líneas punteadas. Los dobles enlaces son mencio-
nados por el número del átomo de carbono precedente
(p. ej., At, Aa). Las hormonas esteroides sé nombran
de acuerdo con el hecho de si tienen un
Srupo metiltr
angular (estrano, 18 átomos de carbono), dos grupo
metilo angulares (androstano, 19 átomos de carbonor
o dos grupos metilo angulares más una cadena lateral
de dos átomos de carbono en C17 (pregnano,21 átv
mos de barbono). Esta información (ñgura 48-2), junto
con el glosario proporcionado en el cuadro 4g-1, per-
mite comprender los nombres químicos de las hormo-
nas naturales y sintéticas listadas en el cuadro 4g-2.
VARIAS ENZIMAS ESTÁN
,INVOLUCRADAS EN LA BIOSíNTES¡S
DE LAS HORMONAS ESTEROIDES
SUPRARRENALES
Las hormonas esteroides suprarrenales se sintetizan a
paftir del colesterol, que en su mayor parte es deriva-
do del plasma, pero unapequeña cantidad es sintetizada
in situ a partir de acetilCoA, vía el mevalonato y el
esqualeno. Una gran cantidad del colesterol en la
suprar:renal es esterificaday almacenada en pequeñas
gotas de lípidos citoplásmicos. Debido a la eitimu-
lación de la suprarrenal por la ACTH (o cAMp), se
activa una esterasa y el colesterol libre formado es
transportado hacia el interior de la mitocondria, don-
de la enzima citocromo P450 de corte de la cadena
lateral (P450scc) convierte el colesterol en pregne-
nolona. La separación de 1a cadena lateral involucra
hidroxilaciones secuenciales, primero en C, y después
GÉ
./\/\/)-
(:-(,
Núcleo ciclopentanoperhidrofenantreno
(oH)
Numeración de lcs átomos de carbono.
Los carbonos asimétricos se encuenlran sombreados
Figura 48-1. Características estructurales de moléculas estero¡des.
cr.
I
Czo

707. Hormonas de la corteza suprarrenal ' 659
Corte de la cadena lateral del colesterol
c-".c-"-c-".c
c
ACTH
(cAMP)
+
I
p+soscc
I
H6
l/
+ C-C-C-C
ll \^
OU
Colesterol
17fl-estradiol
Grupo estrano (C18)
Testosterona
Grupo androstano (C19)
Estructura de las hormonas esteroides bás¡cas
CH2OH
I
oH c:o
Pregnenolona + isocaProaldehído
Cortisol
Progesterona
GruPo Pregnano
(C21)
las estructuras de las hormonas esteroides básicas
Figura 48-2. SeparaciÓn de la caoena lateral del colesterol y
Un grupo frans al metilo-19
en C.0, seguido del corte de la cadena laterai (remoción
del fragménto de seis átomos de carbono isocaproalde-
hído) para originar el esteroide de 2l átorros de car-
bono lfigura 48-2). IJna proteína dependiente de
ACTH eiteroidogénica de regulación aguda (STAR'
clel inglés, sferoiclogenic aaÍe regtrlatoryr) es esencial
paru ei transporte del colesterol al P450scc en la mem-
trana interná de las mitocondrias. La aminoglutetimida
es un inhibidor muy eficiente de la P450scc y de la
biosíntesis de los esteroides.
Todas tras hotmonas esteroides de los mamíferos
se forman a partir del colesterol vía Ia pregnenolona.
a través de una serie de reacciones que oculren tanto en
las mitocondrias como en el retículo endoplásmico de la
célula suprarrenal. Las hidroxilasas que requieren de
oxígeno molecular yNADPH son esencialesl asimisrno.
las deshidrogenasas, una isomera§a y una reacción
de liasa también son necesarias para ciertos pasos'
Existe alguna especificidad celular en la esteroidogé-
nesis. Por ejemplo, la 1S-hidroxilasa y la I U-hidroxies-
teroide deshidrogenasa, las cuales se requieren en la
síntesis cle 1a aldosterona, sólo se encuentran en las
célu1as glomerulosas, por lo que la biosir,tesis de este
rnineralocorticoide está conflnada a dicha región' Un
esquema de 1as vías involucradas en la síntesis de las
trei principales clases de esteroides suprarrenales se
muestra en la figura 48 3. Las enzimas se muestran
Cuadro 48-1. Nomenclatura de los esteroides
Cetonas (p. ei-, -diona
=
2 grupos ceto)
I Arreglo de dos grupos en el mismo
plano de C,"
Un grupo cis al metilo-19
Carencia de un gruPo hidroxilo
lsomerÍa en un enlace C-C, C-OH' o
C-H; p.ej., androsterona (5ü) versus
isoandrosterona (58)
Remoción de 2 átomos de hidrógeno
para formar un enlace doble
Configuración frans de los anillos A y B
Prefi¡o Sufilo Estructura química
Hidroxi- -ol Alcoholes
Dihidroxi- -diol
Oxo- -ona
Cis
Trans- Arreglo de dos gruPos en un Plano
opuesto a Cre
ct'
p-
Desox-
lso- o ep¡-
Deshidro-
Dihidro- Adición de 2 átomos de hidrógeno a un
enlace doble
Alo-

708. 660 . Bioquímica de Harper tL
Cuadro 48-2. Nombres comunes y químicos de algunos esteroides
Nombre común
Aldosterona
1 1
8,21
-dihidroxi-3-20-dioxo{-pregnen-1 8-al
Androstenediona
Colesterol
Corticosterona (compuesto B)
Cortisol (compuesto F)
Cor¡isona (compuesto E)
Deshidroepiandrosterona (DHEA)
i 1 7ü,21 -hidroxi-4-pregnero-3,1 1,2o-triona
3p-hidroxi-5-androsteno-1 7-ona
1 1 desoxicorticosterona (DOC)
1 l-desoicortisol (compuesto S)
2 1 -hidroxi-4-pregneno-3,20-d¡ona
'I
7,21 -dihidroxi-4-pregneno-3,20-diona
1,3,5(1 o)-estratr¡eno-3,1 7P-diol
1,3,5(1 0)-estratrieno-3, 1 6d,1 7p-trlol
De)(ametasona
Estradiol
Estriol
Estrona 3-hidroxi-1,3,5(1 0)-estratrieno-3-ol-1 7-ona
Etiocolano¡ona
l
] 3a-hidroxi-sp-androstan-1 7-ona
1 1
P,21
-dihidroxi-4-pregeneno-3,20-diona
1 1
B,1 7o,21 -trihidroxi-4-pregneno-3,20-diona
I 9o-fluoro-1 6a-metil-1 1 p,1 7a,21 -trÍhidroxipregna-1
,4-dieno-3,20-diona
ga-fhjorocortisol
i
gü-fluoro-1
1
P,1
7o,21 -trihidroxipregna-4-eno,3,20-diona
Prednisolona
Prednisona
1 7cr,21 -dihidroxipregna-1,4-d¡eno-3,
1 1,20-tiona
5p-pregenena-30,20o-diol
59-pregenena-30, 1 70,20o-triol
3p-hidroxi -5-pregrlena-20-ona
4-pregnena-3,20-diona
1 7p-hídroxi-4-androster}3-ona
i
I
go-fluoro-11 p,16d,17.x,21-tetrahidroxipregna-1,4-dieno-3,20-diona
Pregnandiol
Pregnantriol
Pregnerolona
Progesterona
Testosterona
Tr¡amcinolona
en los rectángulos y las modiflcaciones en cada paso
se encuentran sombreadas.
: LOS
ÍICOIDES SE LLEVA
ZONA GLOMERULOSÁ
La síntesis de la aldosterona sigue la vía mineralocor-
ticoide y se lleva a cabo eÍla zorra glomerulosa. La
pregnenolona es convertida a progesterona mediante
la acción de dos enzimas en el retículo endoplásmico
liso, la 3B-hidroxiesteroide deshidrogenasa (3p-OHSD)
y la As,a isomerasa. La progesterona es hidrolizada en
la posición C21 para formar la 1l-desoxicofiicosterona
(DOC), que es un mineralocorticoide activo (que retie-
ne Na+). La siguiente hidroxilación, en Clr, produoe cor-
ticosterona, la cual tiene actividad glucocorticoide y
es un mineralocorticoide débil (tiene menos de 5oA de
la potencia de la aldosterona). En algunas especies
(p. ej., roedores), es el glucocorticoide de mayor po-
tencia. Lahidroxilación en C21 es necesariatantopara
la actividad mineralocorticoide como para la glucocor-
ticoide, pero la mayoría de los esteroides con grupo
hidroxilo en C17 tiene más acción mineralocorticoide
y menos glucocorticoide. En la zota glomerulosa, la
cual no tiene la enzima del retículo endoplásmico liso,
la l7o-hidroxilasa, está presente una enzima mitocon-
drial I S-hidroxilasa. La l8-hidroxilasa (aldosterona sin-
tasa) actua sobre la corticosterona para formar la I 8-hidro-
xicorticosterona, la cual es cambiada a aldosteronapor
medio de la conversión del I 8-alcohol en un aldehído.

709. a
J
o
N.
r
o
3|]-HIDROXISTEBOIDE DESHIDROGENASA:
^5'4
ISOMERASA
Honnonas de kt cortezo suprarrenal ' 661
Colesterol
SCC CHa
* J=o
Progesterona
1 1 -Desoxicorticosterona
";fÉ "r[F"'Cortisol
Figura 48-3. Vías implicadas en la síntesis de las tres principales clases de esteroides suprarrenales. Las enzimas se
müestran en rectánguios y las modificaciones en cada paso se encuentran sombreadas. Nótese que las actividades de la
17cr-hidroxilasa y labll-iO liasa son parte de una enzima, designada como P450"17. (Modificada ligeramente y reproducida
con autorizacióñ, de Harding BW: en: Endocrinology, vol 2. DeGroot LJ [editor], Grune & Stratton, 1979; publicado por
Editorial El Manual Moderno, México.)
Esta distribución única de las enzimas y la regulación
especial de la zona glomerulosa (véase más adelante),
ha llevado a algunos investigadores a sugerir que, no sólo
es que la suprarrenal tenga dos glandulas, sino que, de he-
cho, la corteza suprarrenal son dos órganos separados.
A. Sínúesis de los glucocorticoídes
La síntesis de cortisol requiere de tres hidroxilasas que
actúan de manera secuencial en las posiciones C17, C21
y C11. Las primeras dos reacciones son rápidas, en tanto
que la hidroxilación en C,r es relativamente lenta. Si
1 7-Hidroxiprogesterona
1 1 -Desoxicortisol
Cort¡costerona
Aldosterona
1 7-Hidroxipregneno¡ona
cH2oH
I
C=O
a4 Androsteno-3,1 7-d¡ona

710. 662 . Bioquímica de Harper
primero se hidrox-ila la posición C2,. la acción de la
l7o-hidroxilasa es impédida y se ,igr" iu uá *in._
ralocofticoide (formando cortiásteroíu o uiao*.roru,
dependiendo del tipo de célula). tu rn ¡^u lio_hidro_
xilasa es una enzima del retículá endoplásmico iiro, qu.
actúa tanto sobre la progesterona como, de manera más
comun. sobre Ia pregnenolona. La l7o_hidroxiproges_
terona es hidrolizada en C,, para formar 1l_desoxi_
cortisol, el cual posteriormente
es hidroxilado en C,,
Rara fo.rmy corlisol, que es la hormona glucocorticoicle
natural más potente en el humano. la It_liArox¡tasa
es.una.enzima que se encuentra en el retículo endoplás_
nrico liso.. en tanto que [a llB_hidroxilu*-",
unu
enzlma rnltocondrial. De esta manera, Ia esteroido_
génesis involucra el envío repetido ¿",urt.uiÁlnu.iu
el interior y el exterior de las mitocondriu,
"n
fu, .¿lu_
las reticulares y fasciculares (figura 1fJ¡.
'--
8. Sínúesrb de /os andrógenos
El principal andrógeno o precursor de los andrógenos
producido por la corfeza suprarrenal ás ta
deshidroepiandrosterona (DHEA). Casi toda ia l7_
hidroxipregnenolona
sigue la vía glucoco,ti.ái¿.,
r..o
una pequeña fracción está sujeta a fisión oxidativa y a
remoción de la cadena lateral cle dos átomos de carbo_
no a través de la acción dela 17,20liasa. La actividad
Iiasa es, de hecho, parre de la miima .rri*u
ip+!0. ,l
que cataliza la l7c¿-hidroxilaciór:r. por
tanto. esta es
.-
rL u¡-.. _
una proteína de funcionamiento dual. La ac._,
_._
liasa es impoftante tanto para la supaurr"nrl .on, - - - .
las gónadas, y actúa de manera exclusiva sobre :r-
-.-
culas que contienen el l7c¿_hidroxi. Luproár...'- ,.
androgenos suprarrenales aumenta notablemen:: . .
biosíntesis de glucocorlicoides
es imoediJa n. -
rencia de una de las hidroxilasas. La mavor
":,;.
. l
DHEA se modir,ica ,aptau*.ni. p* i.lai.il. j.--
.
Iato, cerca de la mitad de esto ocul:re en la suprar.:,
y el restante en el hígado. El sulfato de nllgÁ es ,=,-
trvo pero la remoción del sLrlfato resulta en -r:
reactivación. La DHEA es en realidad una prohon.n :
.
debido a que las acciones de la 3p_OH'Só-r-tu _
isomerasa, convierten al débil u,ld.ég..ro nUÉ- _.. ,
más potente androstenediona. Las"pequeñas ca..
_
dades de androstenediona también * io.-u, ." .
suprarrenal por medio de la acción de la liasa sob:¡ .
l7o-hidroxiprogesterona.
La reducción ¿" lu án0.'.
tenediona en la posición C,, resulta en la formacr.
de testosterona, que es el andrógero ,rp.urr.rul ,...
potente. trn la supramenal se proáucen pequeñas c.__
tidades de testosterona po.
-édio de esie Á..uri.n,
pero la mayor parte de su conversión ocurre en or:.- l
tejidos.
Pequeñas cantidades de otros esteroides pued__
ser_aisladas de la sangre venosa suprarrenal. i¡clur cr._
la I I -desox ih idrox iprogestcrona. progesterona. pr, __
nenolona. I7o-hidroxiprogesterona
¡l un0 peeucj:
cantidad de estradiol (de la áromat t ació¡a. LiÉr,..
terona). Sin embargo, ninguna de estas cantidade: .,
significativa en relación óon la produ."iá.-á.-o,...
glandutasJ
Colesterol
Vacuolas de
almacenamientoAcetato
+
Colesterol
MITOCONDRIA
RETÍCULO
ENDOPLÁSMICO
Pregnenolona
Eriste poco, si no es que ningún almacenamiento ¡.
homonas esteroides d.nt o í" tu .elutl'rupru,r.,,.
(o gónada), debido a que cuando se elabor'an. es:,.
hormonas son liberadajen el plasma-r"lit
"*.i",r
."
cortisol se lleva a cabo con una periodicidad que es:,
1eq{_ada
por el ritmo diurno ae tiUerácl¿n O_ .,
4CTY
Por consiguiente, los niveles ¿" .ortiiot ,,..,
elevados se observan en la mañana. hay un aconant . -.
to posterior al despertar, y se presentán los n_rás bat - .
at lrnal de la rarde y principio de Ia noche.
* A. Glucocorticoides
El cortisol circula en el plasrna, ya sea uniclo a las ::
_
teínas o libre. La principál proteína plasniática ¿e ..:-
Figura 48-4. Compartimentalización
subcelular de Ia biosín-
tesis de g lucocorticoides. La esteroidátá""ri. ."rplurr""uf
involucra el envío de precursores
entre lás mitocondrás y el
retículo endoplásmico. Las enzimas inrolu"rrár. *n-'i,¡ c ._,
Iiasa, 2) 3B-hidroxiesteroide deshidroge;;;r;^; ñ;;¿rrr.",
3). 17u-hidroxitasa. 4) 21_hidror¡la.á,
V ál
'tlp_rrü"á*iluru.
S?of::9,1q:":::lte
y reprgducida .oi pé,.iáo. áá úaroins
rrvv. En: Lndocnnoloov. vol 2. DeGroot LJ [editor]. Grune &
Stratton, 1979.)
Corlisol
'-. I
-
Colesterol
,,,Y.1",,-^ lO
hdq¡¡spoRre
TI/IETABOLISMO DE LAs HoRMoNAs
ESTEROIDES SUPRARRENALES
AFECTAN LA BIODISPONIBIUDÁD

711. Hormonas tle la corteza sttprawenal ' 663
es una o-globulina conocida como transcortina o
globulina de unión de corticoesteroides (CBG)' La
ÓgG .. elabora en el hígado y su síntesis, como la de
la globulina de unión de latiroides (TBG), es aumentada
poi lot estrógenos. La CBG une a muchas las hormonas
iuando los valores de coftisol plasmático se encuen-
tran en los márgenes normales;mucho de las pequeñas
cantidades de cortisol están unidas a la albúmina' La
avidez de unión ayuda a determinar la vida media bio-
lógica de varios de los glucocorticoides' Fl cortisol se
uni fu".t"-"nte a la CBG y tiene una vida media de
t.5 a2 horas, mientras que la corticosterona, que se
une con menos fuerza, tiene un [¡2 de menos de una hora'
La unión a la CBG no está restringida a los glucocor-
ticoides. La desoxicorlicosterona y la progesterona
interactúan con la CBG con la suficiente añnidad para
competir por la unión del cortisol. La fracción no uni-
¿a, á tlUré, constituye cerca de 8% del cortisol total
plasmático y representa la fracción biológicamente
activa del cortisol.
r B. Mineralocorticoides: Aldosterona
Es el mineralocorticoide natural más potente, no tiene
una proteína plasmática específica para su transporte,
p".o fot-u.rna asociación muy débil con la albúmina'
La corticosterona y la 1 l-hidroxicorticosterona, son otros
esteroides con efectos mineralocolticoides, que se unen
a la CBG. Estas observaciones son imporlantes en la
comprensión del mecanismo de acción de la aldos-
terona (véase más adelante)'
, La tasa de metabolismo Y excrec¡ón
'"depende de la Presencia
o ausencia de proteínas acarreadoras
A. Glucocorticoides
En el plasma, el cortisol y sus metabolitos constituyen
....u d" 80% de los 17-hidroxicorticoides; el restante
20%o consiste de cofiisona y 1 l -desoxicortisol' Cerca
de la mitad del cortisol (así como también de la cor-
tisona y el 1 t-desoxicortisol) circulan en la fbnna de
metabolitos dihidro- y tetrahidro- reducidos. que se
producen a partir de la reducción del doble enlace del
anillo A pór las deshidrogenasas que,requieren de
NADPH. y también de la reducción del grupo 3-cetona,
por rnedió de una reacción reversible con la deshidro-
genasa. Asimismo, se modifican cantidades importan-
tes de todos estos compuestos por una con3ugaclon en
la posición C¡ con glucurónido o, en ÍIenor extensión,
con sulf'ato. E,stas llodificaciones ocllrren principal-
mente en el hígado, y hacen a la molécula de esteroide
lipófilo, hidroioluble y excretable. En el humano' la
mayor pañe de ios esteroides conjugados qLle penetran
al intesiino por medio de la excreción biliar, son reab-
sorbidos poi la circulación enterohepática' Cerca de
70% de los esteroides conjugados se excretan en la
orirn,2)Yopor medio de las heces y el resto lo hace a
través de la piel.
B. Mineralocorticoides
La aldosterona es rápidamente eliminada del plasma
por medio del hígado, sin duda debido a que carece de
una proteína plasmática transporladora' El hígado for-
ma titrahidroaldosterona 3-glucurónido, el cual es ex-
cretado en la orina.
, C. Andrógenos
Los andróginos son excretados como compuestos 17-
ceto, incluyendo DHEA (sulfato), así como también
androstenediona y sus metabolitos. La testosterona,
secretada en pequeñas cantidades por la suprarrenal,
no es un compuesto 17-ceto, pero el hígado convierte
cerca de 50% áe ia testosterona a androsterona y etioco-
lanolona" que soÍl compuestos 17-ceto'
.{ís¡rurEsls DE LAS HoRMoNAs
ESTEROIDES SUPRARRENALES
ESTÁ REGULADA POR DIFERENTES
MECANISMOS
Hormonas glucocorticoides
La secreción de cortisol depende de ACTH, la que a
su vez, está regulada por la hormona liberadora de
corticotropina ltnq'
Estas hormonas están relacio-
nadas poi un clásico circuito de retroalimentación
negativa (cuadro 45-1).
Hormonas mineralocorticoides
La producción de aldosterona por las células glo-
merulosas está regulada de manera completamente
diferente. Los principales reguladores son el sistema
renina-angiotensina y el potasio. El sodio, ACTH y
mecanismos neuronales también están involucrados'
A. Sistema renina'angiotensina
Este sistema está implicado en la re-gulación de la presión
sanguínea y en el metabolismo de los éleetrólitos' La prin-
cipál hormona en este proceso es la angiotensina II,
un octapéptido eiaborado a partir de angiotensinógeno
(figura 48-5). El angiotensinógeno, una globulina u2
ela=borada en el hígado, es el sustrato para la renina,
una enzima producida en las céIulas yuxtaglomeru-
lares de 1a arleriola renal aferente. La posición de estas
células, las hace particularmente sensibles a los cambios
en la presión sanguínea, y muchos de los reguladores
f,rsiolégicos cle la liberación de renina actúan a través
de barórreceptores (Cuadro 48-3)' Las células yuxta-
glomerulares también son sensibles a los cambios de

712. 664 . Bioquímica de Harper
concentración de Na* y Cl- en el líquido tubular re-
nal; por tanto, cualquier combinación de factores que
disrninuyan el volumen de 1íquido (deshidratación, clis-
minución de ia presión sanguínea, pérclida de líquidos
o de sangre), o qr"re disminuyan la concentración de
NaCl, esrimulan la liberación de renina. Los nervios
simpáticos renales que terminan en ias células yuxta-
glomerulares. median los efectos del sistema nervioso
centrai y los postiirales sobre la liberación cle ia renina"
de manera irrdependiente del barorreceptor y los efec-
tos salinos, un mecanismo que involucra al receptor
p-adrenérgico.
[-a renina actúa sobre el sustrato angiotensinógeno
para producir ei decapéptido angiotensina L La sín-
Cuadro 48-3. Factores que influyen
en la liberación de renina
Estimu¡antes lnhibidores
Angiotensinógeno Asp-Arg-Val-Tir-lle-His-Pro-Fen-His-Leu,Leu (- más de 400 am¡noácidos)
It
t_
I
JRENtNAI
I
Y
Angiotensina I Asp-Arg-Val-Tir_lle_His_pro_Fen_His_Leu
li
t---
| |
ENZTMA coNvEnloona
I
l..-
l
Angiotensina Il Asp-Arg-Val-Tir-lle_His_pro-Fen
l+
l-
I I
AMINOPEPTIDASA
]
l-
I
Angiotensina,ll Arg-Val-T¡r-lle-His-pro_Fen
I
| ¡*,a**^*¡l
l-
Productos de degradación
Figura 48-5. Formación y metabolismo de las angiotensinas. Las flechas pequeñas indican los sÍtios de separación
(Cqtítr,
tesis de angiotensina en e1 hígado es aumentada por
los glucocorticoides y por estrógenos. La hiperlerrsiór_
asociada con estas horinonas puede ser ocasionada.
en pafte, por elevados valores plasitáticos de angioter-
sinógeno. Debido a que esta proteína circula en valo¡es
cercanos a laK,,, para su interacciótr con la renina, cam-
bios pequeños podrían afectar de manera notable 1a
generación de la angiotensina iI.
La enzima convertidora de la angiotensina es
una glucoproteína que se encüentra en los pulmones.
células endoteliales y plasma, remueve dos amiiioáci-
dos ciel carboxilo terminal del decapéptido angioten-
sina I, para formar angiotensina II en un paso que no
se piensa sea el limitante Ce la vetrocidad a la que esto
ocurre. Varios análogos nonapéptidos de ia angioten-
sina I y otros compuestos que actúan como inhibidores
cornpetitit,os de la enzima convertidora, se emplean
para tratar la hipertensión dependiente de renina. A
éstos se les conoce conlo inhibidores de la enzime
convertidora de la angiotensina (ACE). La enziru¡i
convertidora también degrada a la bradicinina, un llo-
tente vasodilatador; así, esta enzima aumenta la presión
sanguínea en dos formas distintas.
I-a angiotensina 1l aumenta la presión arterial
mediaute una vasoconstricción en Ia arteriola y es una
sustancia vasoactiva mi-rv potente. Inhibe la liberación
de renina de las células yuxtaglomerulares y es un
potente esiil¡ulador de Ia producción de aldosterona.
Aunclr-re Ia angiotensina II estimula de manera ciirecta
Disminución de la presión san-
guúnea
Cambio de postura supina a er-
guida
Depleción de sal
Agentes
B-adrenérgicos
Prostaglandinas
Ar¡mento de la presión san-
guínea
Cambio oe postura a erguida a
supina
Carga de sal
Antagonistas
B-adrenérgicos
lnh¡bidores de Ias prostaglan-
dinas
Potas¡o
Vasopresina
Angiotensina ll
I
l-

713. Hormonas de la corteza suprarrenal '
665
,
a la suprarrenal, no tiene electo sobre la producción
de corlisol.
En algunas especies, la angiotensina II es conver-
tida en el heptapéptido des-Asp1 angiotensina III
(figura a8-5), un eitimulador igualmente potente de
ia [roducciól
de aldosterona. En los humanos, el ni-'
veÍ plasmático de la angiotensina II es cuatro veces
-uybt
qr" el de la angiotensina III; por ello, m¡chos
de ios efectos se ejeróen por medio del octapéptido'
Las angiotensinas'Il y III son inactivadas de manera
rápida por las angiotensinasas.
'
La angiotensina II se une de manera específica a ' §
los recepiores de las células glomerulosaf' Lu'
interaccién hormona-teceptor no acltva a la adenilil
ciclasa y parece que el cÁMP tampoco media la ac-
ción de ésta hormóna. Las acciones de la angiotensina
II, las cuales son estimular la conversión del colesterol
"á
p."grr"nolona y de la corticosterona en 18'
hidóxióorticosterona y aldosterona, pueden involucra'
cambios en la concenttáffiff dÜ-talcio intracelular y
de metabolitos de fosfolípidos por medio de mecanis'
mos similares a 1os descritos en el capíttio 44'
€poas¡o
La secreción de la aldosterona es sensible a cambios
en el nivel plasmático del potasio. Un aumento tan
pequeño como de 0.1 mEq/L,-estimula la producción'
en ianto que un descenso similar reduce ia producción
de aldostérona y la secreción. El K" afecta los mismos
pasos enzimátitos que la angiotensina II, aunque el
mecanismo involucrado se desconoce' De manera si-
milar a la angiotensina II, el K* no afecta la biosíntesis
de cortisol.
C. Otros efectos
En humanos y bajo circunstancias especiales, lt ACTH
y el sodio prréa"n estar involucrados en la prr'ducción
de aldosterona.
. LAS HORMONAS ESTEROIDES
"SUPRARRENALES TIENEN
NUMEROSOS Y DIVERSOS EFECTOS
METABÓLIGOS
La pérdida de la función de la corteza suprarrenal re-
sulti en la muerte, a menos que se implemente una
terapia de reemplazo. Por 1o general, en los humanos
el tiatamiento de la insuficiencia suprarrenal con
mineralocorlicoides no es suficiente; al parecer los
glucocorticoides son mejores en este aspecto'.En con-
Iraste, en la rata surte mejor efecto el reemplazo con
mineralocorticoides. Un excesivo o deficiente valorplas-
mático de cualquiera de estas clases de hormonas, ya
sea por un padecimiento o empleo terapgutigo, causan
varias compiicaciones serias relacionadas de manera
directa con sus acciones metabólicas.
Las hormonas glucocorticoides afectan
el metabolismo basal; los mecanismos
de defensa del huésPed, la Presión
sanguínea Y la respuesta al estrés
Una información detallada de los diversos efectos
rnetabólicos de las hormonas glucocorticoides se en-
cuentra en los textos básicos de fisiología. Una breve
descripción de los efectos se presenta en el cuadro 48-4'
Cuadro 48-4. Diversos efectos
de los glucocorticoides
Las hormonas mineralocorticoides acfúan en los rtño-
nes para activar el transpofte activo de Na' por los
túbuios distales contorreados y los túbuios colecto-
rest el resultado neto es la retención de Na-' Estas
hormonas tan,bién promueven la secreción de K-, H-
y NH4 por los riñones y af-ectan el transporte de iones
án otroi te;idos epiteliales, incluyendo las glándulas
sudoríparas. illucosa intestinal y glánduias salivales'
La aldosterona es de 30 a 50 veces r.nás potente que la
l1-desoricorticosterona (DOC) y I 000 veces t.nás
potente que el corlisol o 1a cofiicosterona' Puesto que
es el mineralcortict-ride natural más potente, se consi-
Efectos sobre el metabolismo intermedio
l. numento en !a producción de glucosa 1) por aumento de¡ sumi-
nisiro Oe aminoácidos (el sustrato gluconeogénico) desde tejido
oeriféricos; 2) por aumento de la tasa de giuconeogénesis por
aLmento de la cántidad (y activídad) de varias enlmas importan-
tes; y 3) por "permiti/' otras reacciones metaból¡cas operar a su
lasa máxima
e. Áumento de la deposición de glucógeno hepático, mediante Ia
oromoción de la activación de la glucógeno sirüetasa
3. Promoción de la lipólisis (en las extremidades), pero puede cau-
sar lipogénesis en;tros sitios (cara ytronco), en espec;al en nive-
les más altos que los fisiológicos
4. Promoción dei metabolismo de proteínas y de RNA Este es un
efecto anabólico en niveles fisiológicos. oero puede ser catabó-
Iico en c¡eftos trastornos yen niveles más altos que Ios tlslologlcos
Efectos sobre los mecanismos del huésped
i Supresión de !a respuesta inmune. Estas hormonas causan la l¡-
sis de linfocitos, especffica al tipo de célula y especie'
2. Supres¡ón de la respuesta inmune 1) por ci¡sminución dei nÚmero
de iericocitos circulantes y la migrac¡ón de leucocitos a los tejidos;
2) por irhibir la proliferación de fibroblastos; y 3) por inducción de
ás'iipocortinas, lo cual sucede por inhibiciónde Ia fosfolipasa A2-
y po; abatir la producción de moléculas antiinflamatorias potentes'
las prostaglandinas y leucotrienos
Otros efectos.
1-.
-qÁn
necesarios para el mantenimiento de la presión sanguinea
normal y el gasto cardiaco.
z" Se requíereñ para el mantenim!ento del ba¡ance híCric'r y electro-
lftico, qulzá por restricción de la liberación de la ADH (HrO) y por
,rr"Áto dót angiotensinógeno (Na'). Estos efectos contribuyen
ai efecto sobre la presiÓn sanguinea.
3. Son necesarios, cbn las horrnonas de la ¡¡édula suprarrenal' pa-
ra permit¡r al organismo que responda al estrés

714. 666 .
Bioquímica de
|¡.')
dera que la aldosterona es responsable de la mayor
l,ée
rran definido tos dominiosparte de esta acción en los humanos. El cortisol,'un 1 r]i..il-I[l' ¡ra! -^^^-¿--
poco menos potente. tiene una f2qa r¡c¡,n" ¡^
^*^,{,,^
poco menos polente. tiene una tasa lna)or de produc_
ción. y de csta nranera riene un
"f..tá
,¡enih-..ut*o
sobre la retención de Na- y la excreció' ot-",:P^"b]l
un nú.ero de estudios bioquímicos, inmunoro::: ,
Í,",:rxr:iiJ?ft'"?"1É:3ffi::.ffipequeña,
es g;#;;;;;, conducido u'ru r¡,-urá.i;;';.i1,.
Se requiere die la.síntesis a" nx'iy ae p::.lli, |ilát:::ilJ[:i|;jiX'jfi*XJ;,ií:-,,11i;-. I ,parala acción de la aldosterona' lo cuai parece inuo-
antigénicos y una región que modura Ia funciói- :.lucrar la producción de productos genéticos específicos
ñ;il,;ü., ivación-tt.ons). Esta vía originalmente ¡ . -(véase más adelante)'
nocida.oáo, r, pero en la actualidad se Ie con-:.
más comúnmente como ñrnción 1 de activación (.{f_
.t't:', "
:::
,. ,
. ,',, ,,.
''
.ir . .. ;:. r ¡.: ¡ : . .:.,
La mitad carboxilo tentinal contiene los dominio-. ¿.
irJ-l ,'.:¡',.,-:.,,:;t_
i...-,,:.. I :.. .,!.,r. r::
uniónal DNAydeunióndelahormona,asícomo*:.
', ?ri:r., .:. , lr ...*, .,.:. \,..,,,,.! .-,.:,,.i"::... :..
seSul!9 dominio de transactivación, t2, el cual en -:.
actualidad se le conoce como función 2 de actir aci.,-
Las hormonas grucocorricoides inician su acción en flái,,1,t1t"1,;1;',:ii1t1T:'Jlf:r.fr'*Í[*ii;
una célula blanco, mediante la interacción con un re- gindo. Él dominio de unión al DNA está cercano a.ceptor específico' Estepaso es necesario para penetrar centro de la morécula, ., t"rt" qr. Li'áo,rinio de unió,al núcleo y unirse al DNA' Por lo geneál exlste una a la hormona está cerca del carboxilo terminal. Arn-alta relación entre la asociación ¿e ü .steioiáe con el bos dominios se requieren para la activación-trans dereceptor y la aparición de una determinada *,-P¡:?lu la transcrifciln genética. Asimismo, se requiere de unabiológica' Esta comelación. es cierta putá un u,,ptio secuencia de aminoácidos en la región del carboxilomargen de actividades' por lo que un esteroide
:ol
un tenninal para la dimerización de las dos moléculasdécimo de afinidad de unión'
-prouotu
"u
ái,',inu- receptora;, una reacción requerida para la unión a cada
::?:J,"#:i#::':|.t.'J,i.'fj|:t"
brolágiü'a una una de ras dos 'hitades" ¿.r ,itiát. ,nión en er ere-
,
Er ere*o biorógico de un esteroide depende tanro ü:;j: ,:: ;::i::'# 3 lnf,l§-_rrti:,.r;:r(:§,:l
de su capacidad para unirse al receptor como de la ;.;;;;;#ser necesarias para la penetración delconcentración de hon¡ona libre en el plasma. Tanto el ,"..p,".áirircleo (localización nucléar).
cortisol como la cofiicosterona y la aldosterona! se La secuencia de aminoáciJo, a.i ....p,oq dedu-unen con una alta afinidad con el receptor glucocorti- .id" po.;;ári;is de las moléculas apropiadas de cDNA,coide' pero en circunstancias fisiológicas,"el coftisol ..u.iu áo. ..gion., con una abundancia de residuoses el glucocorticoide dominante debido u r, .ufo, d". ó; ii; & en er dominio de unión ar DNA. Me_concentración plasmática. La corticosterona es un diante la comparación de estas regiones con otrasglucocorlicoide importante en cieftas condiciones pa- proteínas que unen DNA (en especial el fáctor de lrans-tológicas (deficiencia de la 17u-hidroxilasa),
f..o tu, .rip.ián iñ ¡rnrtrel), es posibie proponer Lrnaaldosterona nunca alcanza una concentración plasrná-
'
,r"1.,n"'r,,ü"itica cuya estructura tiene dos de Ios
..de-
tica suficiente para ejercer los efectos glucocort'icoides.
¿"r;; t""a""*o .on .in. coorclinado en el centro) que
ot,
,
LBD
¡1
**r --l
I I I I I I I
_FcooHt
421 +80
=---_
tr7
I-
I
-
-
Translocación nuclear
Dimer¡zación
lnteracción con Hspg0
Figura 48-6' Esquema del receptorglucocorticoide
humano de777 aminoácidos. El aminoácido con NH2 terminal se mues-tra como número
'1'
el dominio de unién o"r oÑ[1óeó¡.se rocariza
"nirá
lá*
"*ná
ácidos 421 y 486, yer aminoácido carboxjroterminal es el número 777 E| receptor consiste üe vaiios, oomi;;;, i"; [;;;. a"proximaoos de ros cuares se muestra en rarigura Todos los miembros de esta'famiiiá ;;¿;"pi;". rienen dominio. ;;¿;;" rigando, trun.u"t¡uá.ián
ltau r y tau 2 enGR)'
v de unrón del DNA v muchos tienen oo*¡ñü. á" dimerizacrón. rl cli ,á o].o"]u';;t.,.ffi1-u;;i:".!trnu
ur rigando y
tl""tj:;:.:"
mueve desde el citoscl L"oá
"r
nr.i"o.iambién ." ,r"itrl'ruJ ügion"s der receptor necesarias para estas

715. se unen a un giro del DNA. Esto se ha confirmado de
manera directa y el motivo del dedo de cinc es una
de las formas de interacción DNA-proteína mencio-
nadas en el capítulo 41.
U
,t
perfamilia del recePtor
¡ide-hormona tiroidea
Las honnonas esteroides y tiroideas regulan una va-
riedad de procesos involucrados en el desarrollo,
diferenciación, crecimiento, reproducción y adaptación
a los cambios ambientales. En años recientes, ha 11e-
gado a ser obvio que un mecanismo general podría
explicar cómo funcionan estas hormonas a nivel
molecular (capítulo 44). Un colnponente esenciai en
este mecanismo es el receptor de tra hormona. Estas
moléculas no son abundantes, por 1o que el análisis
estruclural suscitó el aislamiento de clonas de cDNA
para cada una. La primer estructura que se dedujo fue
la de los receptores para glucocofticoides, estrógenos
y progesterona. La homología en los dominios de unión
Hormonas de la cortezct suprarrenal ' 667
con el DNA de éstas y la cercana similitud de cada
una de ellas con v-eró-A, una proteína del oncogén de
unión al DNA, conduio a la hipótesis de que estos re-
ceptores podrían pellenecer a una familia de super-
genes. Si fuese así, una hipótesis final fue que otros
receptores deberían ser aislados de labiblioteca de cDNA,
usando sondas dirigidas contra la región común (do-
minio del DNA) en condiciones de hibridación de baja
astringencia (capítulo 42). Se probó que esta hipótesis
es ciefta. Como se muestra en la figura 48-7, la es-
tructura de todos los receptores a esteroides se ha
deducido junto con la de algunas proteínas de unión
del DNA, cuyo ligando aún no se ha identificado. Es-
tos se conocen como receptores huérfanos. La
hon,ología entre los dominios de unión al DNA de estos
receptores es muy cercana y ia organización general
de cada uno de ellos es la misma. Existe considerable
variación en la longitud total de los receptores. en su
mayoría debido a la mitad amino terminal de la molé-
cula. Esta observación ha acelerado la comprensión
de cómo esta clase de hormonas regula la transcrip-
ción génica.
Dominios: Variable DNA
421 496 528
567 633 680
Ligando Receptor
Glucocorticoide
l\¡ineralocorticoide
Progestinas
777
551 595185 250 311
tbY162
291
Estrógenos
Vitamina D
Hormona tiroidea TsRp
Ácido retinoico
V-erb-A
gag 47 17
Figura 4g-7. Comparación esquemática de la superfamilia de receptores de la hormona estero¡de{iroides. Las secuencias
de-los receptore. ñumrnos (v-árb-A es aviario), ion alineaclas por los dominios de unión del DNA, las cuales muestran la
Áayor slmitituO de aminoácidos (los números dentro de rectángulos son el porcentaje de similitud con la región correspon-
diente del receptor glucocorticoibe). Los números arriba de las líneas vei'ticales que separan los dominios muestran las
posiciones de lós arn'inoácidos. La [osición
del amino terminal se designa como número l Muchas otras moléculas similares
han sido aisladas, pero no se han áeterminado los ligandos y las funciones de éstas. (Modificada y reproducida con autoriza-
ción de Evans R: The steroid and thyroid hormone ieceptor superfamily. Science 1988,240:889.)
94
E1
55s0
<15 30
<1542
<t5 47 17
15 45 15
603
192124
456
153 198

716. 668 .
Bioquímica de Harper
""_,___:::__:" (Capítulo4gl
Las h*n¡mCInas
fi{ucocmrtiesides
n*gu§aa'l sa fur.¡cÉón gánica
Las características generales de la acción de las hor_
monas glucocorticoides
se describen en el capítulo 44
y están ilustradas en la f,rgura 44_1. Numerosos ejem_
plos apoyan el concepto de que esta clase de hormonas
af'ecta procesos celulares específicos mediante la in_
fluencia en la cantidad de proteínas cruciales,
usualmente enzimas, dentro de la célula. por
lo gene_
ral, los glucocorticoides logran esto rnediante la
regulación de la velocidad de transcripción de genes,
específicos en la célula blanco, pero también afectan
otros pasos en el "flujo de infomación, (ftgura 442).
La regulación de la transcripción requiere que el com_
plejo.esteroide-receptor
se enlace u urru."gión especí_
fica del DNA en 1a vecindad dei sitio delnicio de la
transcripción, lo que confiere especif,rcidad a la res_
pnesta. Las preguntas de cómo se aumenta o se inhibe
la transcripción en realidad, cómo se logra la especi_
llcidad y cómo en un tejido deteminado se puede
estimular un gen e inhil¡irse en otro, son algunas de las
preguntas imporlantes que se mantienen sin respuesta.
Una breve descripción de cómo las hoin-ronas
glucocorticoides af'ectan, en ei ratón, la transcripción
del DNA del virus tumoral mamario, proporciona una
t¡uena ilustración de lo que se conoce acerca ile la ac_
ción de las hormonas esteroides.AEl sistema clel virus
el tumor mamario ha sido de utili?ad, debido a que el
efecto del esteroide es rápido y grande. y se ha estu_
diado arnpliarnente su biología mólecular. El cornplejo
del receptor de hormona glucocorticoide se une con
alta selectividad y especificidad a una región, ei ele_
mento de respuesta al glucocorticoide (CRn), algunos
cientos de pares de bases comiente arriba dá1 sitio de
iniciación de ia transcdpción. Dentro del GRE están se_
cueltclas cercanamente relacionadas con la seci¡encia
de consenso GGTACAMTTT.{TCTTCT que se encLlentra
en.ios elementos reguladores de mucúos genes regu_
ladcs por el glucocorticoide. El elemento de respuesta
a ios giucocorlicoides receptor-cargador aumenta el
inicio cle 1a transcripción del genorná del virus del tu_
mor mamario en el ratón y talnbién activa a promotores
heterólogos. Este elemento de acción-c¡¡,tárbién t¡n_
ciona cuando es trasladado a otras regiones corriente
ar¡iba o corriente abajo, y trabaja tantó con 1a orienta_
ción hacia delante o en dirección contraria. A este res_
pecto, el elemento de la respuesta a giucocorticoicjes
se calif ica como Lllt aumentador de la transcripción.
También se han demostrado estas característióas en
al-{unos otros genes regulados por glucocorticoste_
roides, ios cuales se resumen .n tu ñgrru 4g_g. La
mayor parte de los genes de mamíltros que son regu_
lados por glucocofticoides y por otros miimbros de la
famiiia de irormonas retinoicle-tiroideos_esteroicies
requiere de la adición de proteínas de unión al DNA r"
también de elementos del DNA análogos, paraunacom_
pleta transcripción. Estos complejoñe
"iro""n "o-ounidades de respuesta a hoimónas (HRU). parece
que las HRU están en interfase con el aparato de trans_
cripción basal a través de una, de un número de molécu_
las c,or:reguladoras. Esto se describe en mayor detalle
en,el capítulo 44 y se ilustra en la figura 44-5.
Recientemente ha sido aparentá que algunas ac_
ciones de los glucocorticoides pueden no iñvolucra¡
una interacción directa receptorTGRE. Existe eviden_
cia de que el receptor puede mediar los efectos
glucocorticoides mediante la formación de una interac_
ció_n prgteínaiproteína, con otra proteína de unión al
DNA. El control de lavelocidad dé transcripción gené_
tica parece ser la principal acción de las'hormonas
gtucocorltcotdes, pero éste no es el único mecanismo
empteado.. La capacidad para medir los prooesos es_
pecíficos ha revelado que estas hormonas también
regulan la velocidad de degradación de mRNA espe_
cífico (p. ej., hormona de crécimiento y fosfoenolpiu_
vato.carboxicinasa
), y el procesamiento postranslacional
(vanas proteínas del virus del tumor mamario). Éstas
y otras clases de hormonas esteroides pare""r r",
"upu"",de actuar en cualquier nivel del
..nqb
ae información,,
desde el DNA hasta las proteínas
lfigura 44_2¡ i la im-
portancia relativa de cada una varía dé un sistemá a otro.
.r Las características generates
*-de la acc¡ón de la hormona
mineralocorticoide (aldosterona)
se asemejan a las de otras hormonas
estero¡des
(Figuras 44-1,4+2 y 44-3; ctadro 441)
Armque no se han aislado los productós genéticos
específicos, se conoce que la síniesis de práteínas y
de.RNA requieren de la ácción de la aldosterona; ade_
más, se presupone que están involucradas proteínas
específicas en la mediación de los efectos de la aldos_
terona sobre el transporte iónico.
Los receptores que se unen a ¡a
aldosterona con alta afinidad (Ko cerca
de 1 nmol/L) ocurren en el citopiasma
y el núcleo de las célutas blanco
Estas células se encuentran en los riñones, parótida y
colon; se piensa que otros órganos no son bünco de la
acción de la aldosterona (hipocampo y corazón). Es_
tos receptores tienen una afinidad igual para la
aldosterona, cortisol y corticosteronu, y i" les conoce
como receptores tipo I para distinguirlos de los recep_
tores de glucocorticoides típicos (tipo II).
Debido al hecho de que el nivel plasmático de la
aldosterona es mucho menor que el áe cualquiera de

717. Ht¡nuonas de la corteza vtprarrenal ' 669
Figura 48-8. El elemento de respuesta a los glucocorticoides (GRE) aumenta la transcripción. El virus del tumor marnario
tipá silvestre (MTV) contiene una iegión de DNA que se copia dentro de Ia irnidad de transcripción (genoma MTV), el promotor
y un GRE. El'GRÉ por lo normal está situado dentro de 200 bp 5'del sitio de inicio de la transcripciÓn, pero trabaja en cual-
quier orientación y puede locaiizarse hacia abajo del sitio de inicio de la transcripción. También trabaja sobre promotores
heterólogos y uniOaáes de codificación. Estas observaciones indican que GRE y otros aislados de diferentes genes, funcionan
como aumentadores de la transcripción. Por lo general los GRE trabajan en conjunto con otros elementos del DNA y con pro-
teínas asociadas para modular (aurnentar o disminui$ la transcripciórr. A esta colección de elementos del DNA, inclu¡rendo al
GRE, se le conoce como unidades de la respuesta a los glucocorticoides
ios otros dos esteroides, se podría suponer que éstos
ocuparían de manera preferencial los sitios tipo I y
que la aldosterona ejercería pequeños efectos. Es im-
poftante recordar que la DOC y la cofticosterona se
unen ávidamente a la globulina de unión a los corticos-
teroides, que es la proteína de transporte de los
corticosteroides plasmáticos, en tanto que la aldoste-
rona no tiene una proteína de transporte específica.
En consecuencia, la concentración "libre" efectiva de
la aldosterona en el plasma es mayor que la de la
cofticosterona o DOC. Por tanto, la aldosterona es
capaz de penetrar con facilidad en las células, y de
esia manera asegurar una ventaja competitiva parala
aldosterona respecto a la ocupaciót in vivo de los re-
ceptores tipo I. La acción importante de la aldosterona
está asegurada por un mecanismo adicional de "segu-
ro contra fallos". El receptor en los tejidos blanco de
mineralocorticoides tiene una selectividad absoluta por
la aldosterona, debido a la presencia de la enzima 1 1
B-
hidroxiesteroide deshidrogenasa. Esta enzima convier-
te al cortisol y la corticosterona en sus metabolitos
1lB, pero no actúa sobre la aldosterona. Asimismo,
estos metabolitos no pueden unirse al receptor tipo I,
por 1o que ia aldosterona tiene libre el acceso.
Jas
principales acciones
- de la aldosterona son sobre
el transporte iónico
Los mecanismos moleculares de la acción de la aldos-
terona sobre el transporte de Na* aún no se han dilu-
cidado, pero varios estudios se dirigen a la siguiente
hipótesis.
El Na* del iíquido luminal que baña la superficie
apical de las células renales penetra de manera pasiva
a través de los canales de Na*. El Na* es entonces trans-
portado hacia el líquido intersticial a través de la cara
serosa de la célula por medio de la bomba Na*-K* de-
pendiente de AIPasa" El ATP proporciona la energía
requerida para este proceso activo.
La aldosterona aumenta el número de canales de
Na* en la membrana apical y se cree incrementa el Na*
intracelular. La aldosterona también intensifica la ac-
tividad de algunas enzimas mitocondriales y esto
podría resultar en la generación del AIP requerido para
impulsar la bomba de Na*-K* en la membrana serosa.
Se aumenta la tasa de NADH:NAD como resultado
de la acción de la aldosterona, así como la actividad de
algunas de las enzimas mitocondriales, incluyendo ia
citrato sintasa. El aumento en la actividad de la citrato
sintasa involucra una inducción verdadera (quizá me-
diada por los efectos de transcripción genética men-
cionadapreviamente), y e1 incremento temporal de esta
proteína se relaciona estrechamente con el efecto de
la aldosterona sobre el transpofte de Na*. No se ha
demoskado que la aldosterona tenga efecto sobre la
propia bomba de Na'; por tanto, parece ser que al au-
mentar la hormona, se incrementa la concentración
intracelular de Na* y así crea la fuente de energía re-
querida para la rernoción'del Na* a través de la bomba
de la membrana serosa. Otros mecanismos que

718. 670 . Bioquímica de Harper
involucran diferentes proteínas reguladas por aldostero_
na, pueden estar implicados en el manejo áe K. y de H*.
La insuficiencia suprarrenal prirnaria (enfermedad de
Addison) resulta en iripoglucemia, extrema sensibilidad
a la insuiina, intolerancia al estrés, anorexia, pérdida
de peso, náuseas y debilidad grave. Los pacientes con la
ent-ermedad de Addison tienen presión sanguínea baja,
disminución en Ia velocidad de filtración glomerular
y disminución- en la capacidad para excretai rra
"o.gude agua. Con frecuencia, estos pacientes tienen un hii_
torial de ansiedad por la sal. Los valores plasmáticos
de Na se encuentran bajos y los de K- altos, y la cuenta
sanguínea de linfocitos y eosinófilos se observa elevada.
A menudo, estos pacientes muestran un incremento
en la pigmentación de la picl y de las membranas, de_
bido a 1a exagerada secreción compensatoria de ACTH
y productos asociados del gen pro-opiomelanocrotina
(POMC). La insuficiencia suprarrenal secundaria
es debida la deficiencia de ACTH lo que resulta de un
fumor, infarto o infección. Esto resulta en un sínc1ro_
me n.retabóli co si mi I ar si n h iperpigmentación.
El exceso de glucocorticoides, comúrnmente men_
ciouado como enfermedad de Cushing, por lo general
se d9!9 al uso farmacológico de esteroidés; sin eribargo,
también podría resultar de un adenoma de la hipóÍhis
secretor de ACTH, de adenomas adrenales o carcinomas.
o de_la producción ectópica cle ACTH por un neoplas_
ma. Los pacientes con el síndrome de Cushing por lo
general pierden el patrón diurno de la secreóibn de
ACTH y de cortisol. Presentan hiperglucernia o into-
lerancia a la
_qlucosa (o ambas). ¿e6i¿ó a una acelerada
gluconeogénesis. Relacionado con Io anteriot están
los efectos graves de catabolismo de proteínas, lo cual
resulta en adelgazamiento de la piel, desgaste muscular,
osteoporosis, excesiva involución del tejido linfoide
y. por lo general, un balance negativo de nitrógeno.
Existe u¡a peculiar redistribución de la grasa, con
obesidad troncal y la típica'. joroba de búf'Jo,,. La re_
sistencia a infbcciones y las respuestas inf'lamatorias
están alteradas, así comb el sanaho de las heridas. Al_
gunos hallazgos entre los que se incluyen hipematre_
mia, hipocalentia, alcalosis, ederna e hipertensión. se
deben a las acciones mineralocorlicoides del cor-tisol.
Los pequeños adenomas de las células glomerulosas re_
sultan en aldosteronismo primario (síndrome de Conn);
(
C-ú!: 1 i
entre las manifestaciones típicas se inclur.en hlL,e:,_
_
sión. hipocalemia. hipernatrernia
1 alcalosi<. I . - : -_
cientes con aldosteronismo primarió no tienen er rder.--_
de exceso de hormonas glucocorlicoides. y los r Al.,i-;,
plasmáticos de renina y de angioteusiua II se encLle:_
tran deprimidos.
La estenosis de la arleria renal, con la concon: -
tante disminución en [a presión de perñrsión. pue;.
conducir a hiperplasia e hiperperfunción de las celr--
las yuxtaglomerulares y ocasionar elevación de l¡,.
valores de renina y de angiotensina IL Esta acción r:-
sulta en un aldosteronismo secundario. el cual se
asemeja a la fbrma primaria, excepto por los r.alore.
elevados de renina y de angiotensina IL
La insuficiencia de enzimas esteroidogénicas resulta
en ia deficiencia de productos terminales. la acumula-
ción de intemediarios y la exagerada producción de
esteroides desde vías alternas. Una característica co_
mún de muchos de estos síndromes, que se desarrollan
en el útero, es una producción deficiente de cortisol con
una sobreproducción de ACTH e lriperplasia suprarre_
nal
-de
ahí el nombre de hiperptasia suprarrenal
congénita. Otro rasgo común es la sobrepioducción
de andrógenos suprarrenales. Este exceso hormonal
resulta en un crecimiento corporal elevado, virilización
y genitales extemos ambiguos
-de
ahí la designación
alterna de síndrome androgenital
Dos tipos de deficiencia de 2l-hidroxilasa (viriliza_
ción parcial o simple y completa. o agotarniento salino)
se presentan en más de 90oA de Ios casos de hiperplasia
suprarrenal congénita; de los restantes, la mayo_r parte
se deben a la deficiencia de la llB-hidroxilasa. Se
han descrito pocos casos debidos a otras deficiencias
(3
BJridroxiesteroide deshidrogenasa, 1 7c¿-hidroxilasa.
colesterol desmolasa. 18-hidroxilasay 1 8-deshidrogena_
sa). Las defrciencias de la l8-hidroxilasa y lg-deshidro_
genasa sólo afectan a la biosíntesis de la aldosterona
y, portanto, no causan hiperplasia suprarrenal. La de_
ficiencia de colesterol desmolasa impide cualquier
biosíntesis de esteroides, por lo que casi siempre es incom-
patible con la vida extrauterina. Este del,eito se debe a
l.nutaciones en STAR que impiden el transpone de
colesterol a P45Oscc.
I,a cofieza suprarenal tiene enzimas que convierten
el colesterol en docenas de moléculas esteroides dif'c_
rentes. De éstas, tres clases tienen actividad hormonal:
1) los glLrcocorticoides; 2) los mineralocorticoides: r

719. 3) los andrógenos. Todas estas honnonas compaflen
la estructura básica de 17 carbonos, ciclopentanoper-
hidrofenantreno, el cual consiste de cuatro anillos
marcados como A-D, y carbonos adicionales elabo-
ran los andrógenos C,, y los glucocorticoides y
mineralocofiicoides C:r.
El principal glucqcorticoide elaborado en la cor-
teza suprarrenal humana es el cortisol' La producción
de cortisol está regulada por un circuito de retroali-
r.nentación negativa que consiste de CRH (en el hipotá-
lamo) y ACTH (en la hipófisis anterior). La ACTH
cafaliza el cofie de la cadena lateral del colesterol, el
cual es el paso limitante en la esteroidogénesis su-
prar-renal. Los numerosos efectos de1 coilisol ilrcluyen
áquéllos en el metabolismo intermedio y la s"rpresión
dé los mecanismos de def-ensa del huésped; además,
se encuentra críticamente involucrado en la respuesta
a1 estrés. Los efectos del corlisol se encuentran me-
diados por su interacción con un receptor específico
localizado en las células blanco. El complejo ligando-
receptor se une a regiones específicas del DNA,
llamádas elementos de la respuesta a los glucocof icoi-
des (GRE), para afectar el grado de transcripción de
Hormonas de la corteza suprarrenal ' 671
genes específicos. En 1a mayor pafte de los genes, la
óombinación de GRE y otros elementos del DNA, for-
man las unidades de respuesta a la hormona (HRU),
que proporcionan la respuesta completa a la hormona'
ios cambios resultantes en el grado de síntesis de pro-
teínas específicas, median muchos de los efectos de la
hormona.
La aldosterona, 9l más potente mineralocorlicoide,
es sintetizado en la zona glomerulosa de la corteza
suprarrenal. Esta hormona se produce en respuesta a
can,bios en los valores plasmáticos de K- y de la angio-
tensina Il. La aldosterona, que también actira mediante
la regulación de la expresión génica a través de un
,r..unitmo mediado por el receptor, es la principal
homona responsable de la retención de Na* en los
riñones.
Las hormonas suprarrenales tienen una tunción
importante en Ia homeostasis de la glucosa, la reten-
ción de sodio y la regulación de la presión sanguínea,
los mecanismos de defensa del huésped, la respuesta al
estrés y el anabolisn,o general de 1as proteínas' La ausen-
cia de 1a función de Ia glándula suprarenal es un tras-
torno clue pone en peligro la vida, en los humanos' I
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''
r'vith deoxyribonucleic acid and transcription factors'
Endocr Rev 1993; l¿l:'159.

720. 49
Hormonas de Ia médula suprarrenal
DarylK. Granner, MD
El sistema simpático suprarrenal está constituido por
el sistema nervioso parasimpático con nervios colinéri-
gos pre y posganglionares, sistema nervioso simpático
con nervios colinérgicos preganglionares y adrenérgicos
posganglionares. y médula suprarrenal; esta última es,
de hecho, una extensión del sistema nervioso simpáti-
co, debido a que las f,rbras preganglionares del nervio
esplácnico, terminan en la médula suprarrenal, donde
inervan a las células cromafines que producen las hor-
monas catecolaminas, como la dopailina, noradrena-
lina y adrenalina. Por tanto, la médula suprar:renal es
un ganglio especializado sin extensiones axonales. Las
células cromaflnes sintetizan, almacenan y liberan pro-
ductos que actúan en sitios distantes, por 1o que también
funcionan como un órgano endocrino
-una
perfecta
ilustración de la compleja red de los sistemas ner.¡io-
so y endocrino mencionados en el capítulo 44.
Aunque las hormonas del sistema simpático suprarrenal
no son necesarias parula vida, sí son requeridas para
la adaptación frente al estrés agudo y crónico. La adre-
nalina, noradrenalina y dopamina, son los elementos
principales en respuesta al estrés severo; esta acción
involucra un ajuste integral y agudo de muchos proce-
sos complejos en los órganos vitales para la respuesta
(cerebro, músculos, sistema cardiopulmonar e hígado)
a expensas de otros órganos involucrados de manera
menos impofiante (piel, sistema gastrointestinal y te-
jido linfoide). Las catecolaminas solas no facilitan la
respuesta al estrés, por 1o cual son ayr.rdadas por los
glucocorticoides, hormona de crecimiento, vasopresina,
angiotensina II y glucagón.
stcLAS urLrzADAS EN esre cepírulo
COMT Catecol-O-metiltransferasa
DBH Dopamina p-hidroxilasa
MAO Monoaminooxidasa
PNMT Feniletanolamina-N-metiltransferasa
VMA Ácido vanitilmandélico
LAS HORMONAS CATEGOLAMINAS
SON DER¡VADOS 3,4.D¡HIDROXI
DE LA FENILETILAMINA
Estas aminas
-dopamina,
noradrenalinay adrenalina-
se sintetizan en las células cromafines de la médula
suprarrenal; se les conoce de esta manera debido a
que contienen gránulos que desarrollan una coloración
café-rojizo cuando se exponen al dicromato de potasio.
Agrupaciones de estas células también se encuentran
en el corazón, hígado, riñón, gónadas, neuronas adre-
nérgicas del sistema simpático posganglionar y en el
sistema nervioso central.
nl principahro.du-clp de la médula suprarrenal es
la adrenalina; este compuesto constituye casi 80% de las
catecolaminás en la médula, y no se elabora en tejidos
extramedulares; por el conhario, una gran cantidad de
la noradrenalina presente en órganos inervados por ner-
vios simpáticos se elabora in situ (cerca de 80% del
total). Gran parte del restante se elabora en otras ter-
minales nerviosas y llega a los sitios blanco por medio
de la circulación sanguínea. La adrenalina y la noradre-
nalina se pueden producir y almacenar en diferentes
células en la médula suprarrenal, y en ohos tejidos cro-
maf,rnes.
La conversión de la tirosina en adrenalina requiere
de cuatro pasos secuenciales: 1
) hidroxilación del ani-
llo; 2) descarboxilación; 3) hidroxilación de la caderla
Iateral; y 4) NI-metilación. La vía biosintética y lqs
enzimas involucradas se muestran en la fisura 49 1-
673

721. 674 .
Bioc¡ttímic:a de Harper
o
lt
T ?-o"
HO{r iFc-c-NH2
\__/ ,l ¿
T¡rosina
lffi
io
q:.
H 8-ou
/ t
'o\_/i-i--*
Dópa
lffi
'o)':a
? F
'o\_/i-i--*
Dopamina
Iffi
--lr:
t -
'o 7f
c,-c,-Nnz
\:_-_____, H H
Noradrenalina
lre
I
Ho--
/-\
\7-
Adrenalina
Figura 49-1. Biosíntesis de las catecolaminas (pNMT, fenile-
tanolamina-N-metiltransferasa).
una representación esquemática se ilustra en la figura
49-2.
La tirosina hidfoxilasa es limitante
de la velocidad de biosíntesis de
catecolaminas
La tirosina es el precursor inmediato de las catecola-
minas, y la tirosina hidroxilasa es la enzima limitante
de la velocidad de biosíntesis de las catecolaminas.
La tirosina hidroxilasa se encuentra tanto en forrm
soluble como unida a partículas, sólo en los tejiürs
que sintetizan catecolaminas; funciona como una ori-
dorreductasa, con tetrahidropteridina como cofactm.
para convertir la t-tirosina en r-dihidroxifenilalanin¡
(r-dopa). La enzima limitante, tirosina hidroxilasa sc
regula en una variedad de formas. El mecanismo nrÁx
importante involucra la inhibición por retroalimen*
ciónpor las catecolaminas, que compiten con la enzim¡
por el cofactor pteridina, para formar una base de Schiff
con esta última. La tirosina hidroxilasa también es
inhibida de manera competitiva por una serie de deri-
vados de tirosina, incluyendo la c¿-metiltirosina; esre
compuesto se emplea de manera excepcional paÍara-
tar el exceso de catecolaminas en casos de feocromo-
citoma, pero otros agentes son más efectivos y tienen
menos efectos colaterales. Un tercer grupo de com-
puestos inhibe a la tirosina hidroxilasa por medio de
quelación del hierro y de esta manera se remueve el
cofactor disponible. Un ejemplo es la o,cr'-dipiridilo.
Las catecolaminas no pueden cruzar la barrera
hematoenceflílica, por talto, se deben sintetizar dentro
del cerebro en forma local. En ciertos padecimientos
del sistema nervioso central, por ejemplo, en la enfer-
medad de Parkinson, existe una deficiencia local de
síntesis de dopamina. La L-Dopa, que es el precursor
de la dopamina, fácilmente atraviesa la barrera
hematoenceflílica, por lo que se considera un agente
importante en el tratamiento de la enfermedad de
Parkinson (capítulo 64).
La dopa descarboxilasa
está presente en todos los tejidos
Esta enzima soluble requiere de piridoxal fosfato para
la conversión de la r-dopa en 3,4-dihidroxifeniletila-
mina (dopamina). Los compuestos que se asemejan a
la L-dopa, tales como la u-metildopa, son inhibidores
competitivos de esta reacción. Los compuestos
halogenados forman una base de Schiffcon la r-dopa
y también inhiben la reacción de la descarboxilasa.
La o-metildopa y otros compuestos relacionados,
tales como la 3-hidroxitiramina (de la tiramina), o-
metiltirosina y metaraminol, son efectivos en el
tratamiento de algunas clases de hipertensión.
La dopamina B-hidroxilasa (DBH)
cata,aza la conversión de dopamina
en noradrenal¡na
La DBH es una oxidasa de función mixta, y usa ascor-
bato como donador de electrones, cobre en el sitio
activo, y fumarato como modulador. La DBH está en
la fracción particulada de las células medulares, pro-
bablemente en el gránulo secretor; de esta manera,la
§rF
c-c-NH
ll
H.H

722. Ilormonos de lct méclLtl, supratenal .
675
LEC
Tirosina
Célula cromaf ín
A yNA
+
DBH
ATP
Cromagran¡na A
Calcio
Figura4g-2. Representación esquemática de la biosíntesis de catecolamir:as. (i"H, tircsina hidroxilasa; DD, dopa descarbo-
xilasa; PNMT, feniletanolamina-l,/-metiltransferasa [del inglés phenylethanalafi¡ne-ll-niethytransferase]; DBH, dopamina
B-hiclroxilasa: ATP, trifosfato de adenosina [del inlgés adenosine triphosphatej.'¡ La biosintesis de r:atecolanrinas ocurre den-
tro del citoplasma y en varios gránulos de las células de la médula suprarr-enai. Aigunos gránulos contienen adrenalina (A),
otros tienen noradrenalina (NA), en tanto que otros contienen ambas hcrnroiras. Por una estimulación, todo el contenido de
los gránulos es Iiberado hacia el Iíquido extracelular (LEC).
conversión de la dopamina en noradrenalina ocurre en
este organelo. La DBH se libera de la médula suprarre-
nal o de las terminales nerviosas con noradrenalina, pero
(a diferencia de la noradrenalina), no puede volver a
penetra.r en las terminales nerviosas vía el mecanismo
de recaptura.
La feniletanolamina-IV-metiltransferasa
cataliza la producción de adrenalina
La enzima soluble feniletanolamina-iy'.metiltransferasa
(PNMT, del inglés phenylethanolamine-N-methyl-
transferase), cataliza la N-metilación de la noradre-
nalina para formar adrenalina en las células formadoras
de adrenalina en la médula suprarrenal. En virtud de
que la PNMT es soluble, se asume que la conversión
noradrenalina-adrenalina, ocurre en el citoplasma. La
síntesis de PNMT es inducida por las hormonas
glucocorticoides que llegan a la médula vía el sistema
portal intrasuprarrenal. Este sistema proporciona un
gradiente de concentración de esteroides de 100 veces
más que en la sangre arterial sistémica, y esta alta con-
cenkación intrasuprarrenal parece ser necesaria para
la inducción de la PNMT.
LAS CATECOLAMINAS
SON ALMACENADAS Y LIBERADAS
El almacén está en los gránulos
cromaf¡nes
La médula suprarrenal contiene los gránulos croma-
fines
-son
organelos capaces de biosíntesis, captüra,
almacenamiento y secreción de catecolaminas. Estos
gránulos contienen un número de substancias además de
las catecolaminas, incluyendo AIP-Mg2*, Ca2*, DBH
y la proteína cromogranina A. Las catecolaminas pe-
netran en los gránulos vía un mecanismo de transporte
dependiente de ATP y unen este nucleótido en una re-
lación de 4:1 (hormona-ATP). La noradrenalina se
almacena en estos gránulos, pero puede salir para
ser N-metiladas; la adrenalina fotmada penetra en una
nueva población de gránulos.
La liberación es dependiente del calc¡o
La estimulación neural de la médula suprarrenal re-
TüI1áé.ñ frtÍi*s iéñárj"iá'i-iiümbránás dé 1 ó s gránulos de
almaceñamiento con Ia ménibianá ptásmaiica, y é.-sto
conduce a 1a liberación, por exocitosis, de noradrena-
-"tiñá'r-ádaénaliriá.'Est6$i6éés"o
"iléBeñdb
dé Calcio y,
cémo en muchos événiós éioctétióos, eq estimulado
por agentes colinérgicos y
B-adrenérgicos
e inliibido pbr
agentes a-adrenérgi cos ( li gura 49-2\. Las cateco I am i -
nas y el ATP se'liberan en proporción a su tasa intra-
granular, como los otros contenidos incluyendo DEH,
calcio y cromogranina A.
- Lateeaptaraneuroupl de. las catecola_mjn-"as -es-un
mecanisrno importante para conservar estas hormonas,
así como..para una rápida terminación de la actividad
hormonal o de neurotransmisores. T a médula suprarre-
pal, a diferenci¿ ¿e íb§ nervios simpáficos,
tó
ti-éné un
mecanismo paralarecaptu-{a y el almacenañiéñtt, Ao
1᧠catecólamin᧠descargadas. La adrenalina liberada
desde la suprarrenal. va hacia el hígado y el músculo
esquelético, pero entonces es rápidamente metaboliza-
da. Muy poca noradrenalina suprarrenal llega a tejidos
LEC

723. 676 , Bioqtrímica de ÍIarper (Capíntlo : -
distales. Las catecolaminas circulan en el plasma en
unión laxa con la albúmina. Estas tienen una vida me-
dia biológica muy cofia (10 a 30 segundos).
LAS CATECOLAMINAS SE
METABOI-IZAN DE MANERA RÁPIDA
Muy poca adrenalina (< 5%) se excreta en la orina.
Las catecolaminas se metabolizan de manera muy rá-
pida por medio de la catecol-O-metiltransferasa y por
la monoaminooxidasa, para fofinar los metabotitos
inactivos O-metilados y desaminados (figura 49 3).
Muchas de ias catecolaminas son sustratos para am-
bas enzimas, y estas reacciones pueden ocurrir en
cualquier secuencia.
La catecol-0-metiltransferasa (COMT) es una
erzimacitosólica que se encuentra en muchos tejidos.
Cataliza la adición de un grupo metilo, por lo general
en la posición 3 (meta) en el anillo de benceno de una
variedad de catecolaminas. La reacción requiere un
catión divalente, y la S-adenosilmetionina es el donador
de metilo. El resultado de esta reacción, dependiendo
d.el sustrato, es 1a producción de ácido homovaniiic.
nórmetanefrina y metane frina.
La monoaminooxidasa (MAO) es una oxidor:;-
ductasa que desamina a las monoaminas. Se localr¡,
en muchos tejidos, y se presenta en concentracion;.
altas en el hígado, estómago, riñones e intestino. S.
han descrito por 1o menos dos isoer.rzimas de la MAC
La MAO-A se encuentra en el tejido neural y desamrr.-
a la serotonina, adrenalina y noradrenalina, en tan:,-
que la MAO-B se encuentra en tejidos extraneurales i
es más activa contra la 2-feniletilamina y benzilamin-
La dopamina y la tiramina son metabolizadas por anr-
bas fonr,as. Muchos esfuerzos de investigación está;.
dirigidos a establecer la conelación de padecirniento.
afectivos con el aumento o disminución de la actividac
de estas isoenzimas. Los inhibidores de la MAO se har
usado para tratar la hipenensión y la depresión. per,
reacciones graves con los alimentos o con medicamen-
tos que contienen aminas simpaticorniméticas, limitan
su utilidad.
Posteriormente, los derivados O-metilados so¡
modificados por conjugación con ácido glucurónico
¡
ácido sulfúrico.
OH
I
Dopamina
OH
CH
I rcoMr]
CH,
-
I
NHCH3 NHz
Normelanefrina
-/_
ñq .f,"^\
(r'¡Y>
' \./
I
I
OH
Ácido homovanílico
Ácido 3-metoxi-4-hidrox¡r¡andélico
Figura 49-3. Metabolismo de las catecolaminas por la catecol-O-metiltransferasa (COMT) y monoaminooxidasa (hlAO).
(Reproducida con autorización de Goidfien A: The adrenal medulla. En: Basib & Clinical Endocrinolagy, Sth ed Greenspan FS
leditorl. Appleton & Lange, 1997.)
OH
CH
I
CHz
OH
CH
I
CHz
I
Ha--4\:-cH"
tI
Ho\l
ón,
I
NH¿
ñ.
§a
cfi.o -¿a-/--.; cH,-"U
¿-,
I
NH¿
3-metoxiliramina
./-.:
ú»2
CH,
I
l
OH
Metanefrina
§
Adrenalina
FoMrl

724. Hormonas de la médttla suprarrenal ' 677
Un número asombroso de metabolitos de las cate-
colaminas se fotma; dos clases de ellos tienen importan-
cia diagnóstica, debido a que se encuentran cantidades
medibles en [a orina. Las metanefrinas representan
los derivados metoxi de la adrenalina y noradrenalina,
en tanto que el producto desaminado O-metilado de la
adrenalina y de la noradrenalina es el ácido 3-metoxi-
4-hidroximandélico (también conocido como ácido
vanililmandélico (VMA), del inglés vanillymandelic
acifi (figura49-3). La concentración de metanefrinas
o de VMA en la orina se eleva en más de 950lo en los
pacientes con feocromocitoma. Estas pruebas tienen
una excelente prrccisión diagnóstica, en particular cuando
se acoplan a la medición de las catecolaminas plasmá-
ticas o urinarias.
LüS iMPUL§OS NERV¡OSOS REGUI-AN
LA §¡NTE§IS DE LA§ CATECCILAMINAS
La estimulación de los nervios esplácnicos, que apor-
tan las fibras preganglionares a la médula suprarrenal,
origina la liberación exocitótica de las catecolaminas,
la proteína transportadora de los gránulos y la DBH.
Esta estimulación está controláda por el hipotálamo y
el tallo cerebral, pero el circuito de retroalimentación
exacto no se ha descrito.
La estimulación nerviosa también origina un aumen-
to de la síntesis de catecolaminas. T ,a sÍntesis de noradrena-
lina se incrementa posterior al estrés agudo, pero la
cantidad de tirosina hidroxilasa se mantiene sin cambio
aun cuando aumenta su actividad. La tirosina hidroxi-
lasa es un sustrato para la proteincinasa dependiente
de cAMP, y por tanto esta activación puede involucrar
la fosforilación. El estrés prolongado acompañado de
estimulación nerviosa simpática crónica resulta en una
inducción (elevada cantidad) de 1a tirosina hidroxilasa.
También se ha reportado una inducción similar de la
DBH. La inducción de estas enzimas de la vía biosin-
tética de las catecolaminas es un medio de adaptación
al estrés fisiológico, y depende de factores neurales (ti-
rosina hidroxilasa e inducción de la DBH) y endocrinos
(inducción de la PNMT).
LAS CATECOLAMINAS SE PUEDEN
CLASIFICAR POR SU MECANISMO
DE ACCIéN
El mecanismo de acción de las catecoiaminas haatraí-
do la atención de los investigadores por cerca de un
siglo. De esta manera, muchos de los conceptos gene-
rales de la biología del receptor y de la acción de las
hormonas, provienen de estos primeros estudios.
Las catecolaminas actúan a través de dos princi-
pales clases de receptores. Éstos son designados como
cr-adrenérgicos y
B-adrenérgicos,
y cada uno de ellos
consiste de dos subclases, es decir, ür, c¿:, 0r
y p,. Esta
clasificación se basa en el orden relativo de unión de
varios agonistas y antagonistas. La adrenalina se une
y activa a los receptores cr y
B,
por 1o que su acción en
un tejido que tiene ambos receptores, depende de la
afinidad relativa de estos receptores paru1a hormona.
La noradrenalina en concentraciones fisiológicas se
une principalniénte a los receptores cr.
Se conoce la estructura
del receptor p-adrenérgico
La clonación molecular del gen y del cDNA del re-
ceptor p-adrenérgico de los mamíferos reveló algunas
características sorprendentes. Primero, el gen no tiene
intrones por 1o cual se asemeja a los genes de la histona
y el interferón, genes de mamíferos que carecen de
estas estructuras. Segundo. el receplor p-adrenérgico
es cercanamente homólogo a la rodopsina (en por 1o
menos tres regiones peptídicas), la proteína que inicia
el proceso que convierte la respuesta de luz en una
respuesta visual.
Los receptores de 1as catecolaminas son miembros
de la clase de receptores unidos a la proteína G'
!a
c?-
racterística más notable de estos receptores es una serie
de dominios que cruzan la membrana plasmática siete
veces (figura 417). Estos dominios transmembranaies
asumen la configuración de o-hélices.
Tres suhgrupos de receptores
adrenérgicos están acoplados
al sistema de Ia adenilil ciclasa
Las hormonas que se unen a los receptores Br Y 0u ac-
tivan la adenilil ciclasa, en tanto que las hormonas que
se unen con los receptores cr2, inhiben esta enzima (cua-
dro 444). La unión de las catecolaminas induce el
acoplamiento del receptor con la proteína G, la cual
después se une con el GTP. Lo anterior estimula (G")
o inhibe (C) a la adenilil ciclasa, por tanto, la estimu-
lación o inhibición de la síntesis de cAMP. Larespuesta
termina cuando la subunidad o asociada con la GTPasa
hidroliza el GTP (capítulo 44). Los receptores cr1 están
acoplados a procesos que alteran las concentraciones
intracelulares de calcio, o modifican el metabolismo
de los fosfoinosítidos (o ambos). Un complejo de pro-
teína G diferente está involucrado en esta respuesta.
EXISTE UNA SIMILITUD FUNCIONAL
ENTRE EL RECEPTOR DE LAS
CATEGOLAMINA§ Y EL SISTEMA
DE RESPUESTA VISUAL
i
La estimulació* dq la rodopsina por la 1uz la acoplal
con 1a transducina, que es ura proteína G compleja.]
I

725. 678 . Bioquímica de Harper (crp
cuadro 49-1. Acc¡ones mediadas a través de varios receptores adrenérgicos
Betal Beta,
Aumento de la gluconeogénesis -e::.
tica
Estimulación de la lipolisis
Contracc¡ón miocardial
Aumento de la frecuencia
Aumento de Ia fuerza
Vasos sanguíneos
Tracto genitour¡nario
lisa
Algunos lechos vasculares
lnhibición de:
Lipólisis
Liberación de renina
Agregac¡ón plaquetaria
Secreción de insul¡na
cuya subunidad c¿ también se une a GTP. La proteína G
activada, a su vez activa a la fostbdiesterasa que hidro-
liza el cCMP. Esto resulta en el cierre de los canales
iónicos de la membrana celular de los bastones! y se
produce la respuesta visual. La respuesta temina cuan-
do la GTPasa asociada con la subunidad cx hidroliza la
unión con el GTP. Una lista parcial de los efectos
bioquímicos y fisiológicos mediados por cada uno de
estos receptores se proporciona en el cuadro 49 l.La
activación de 1as fosfoproteínas por la proteincinasa
dependiente de cAMP (figura 44 8) se considera para
muchos de los efectos bioquímicos de ia adrenalina.
LO§ FEOCROMOCITOruIA§
SON TUMORES DE LA
MÉDULA §UPRARRENAL
Por io general, estos tumores no se detectan a menos
que produzcan y secreten suficiente adrenalina o nora-
drenalina para causal un síndrome severo de hiper-
teqgi-ón. La relación de noradrenaiina con adrenalina
está con frecuencia aumentada en el feocromocitoma.
Esto puede explicar las dilerencias en la presentación
clínica, débido a que se piensa que la noradrenalina es
la principal responsabie de la hipefiensión y ia adrena-
lina del hipermetabolismo.
lnsulina
Glucagón
Renina
Relajación de la musculatura l¡sa
Rffi§Uñ${&Sd
La médula suprarrenal contiene enzimas capaces ..
converlir la tirosina en aclrenalina. La enzima limiiar,..
en este proceso es la tirosina hidroxiiasa, pe1"o la enz.-
ma fen iletano lamina-,V-m eti ltransferasa ( PNNl T
también tiene una función crítica. La Plrll\{T es i¡cirr-
cida por los glucocorticoides, los cuales ileean a ,.-
médula suprairenal desde Ia cofieza uup.u.r.riul o ,l...-
vés del sistema portal especializado, para. cle es:..
llanera, asegurar una alta concentración Local .i-
cortisol. La PNMT cataliza la conversión de noraclr;-
nalina en adrenalina. Esto es importante, debido a qn.
esta última también se elabora y se libera desde i¡rs
neuronas en otra pafie del organismo; asimismo, actir .
de manera principal ei sistema cr-adrenérgico, ei cua
media efectos a través de la inhibición de ia adenil..
ciclasa y ia liberación de Car. intracelular. La adrena-
lina activa de manera primaria al sistena p-adre-
nérgico, cr-ryos efectos son r¡ediados por el aumeltt.
del cAMP. Estos mecanismos de acción están en un ciar.
contraste con aquellos cle las hormonas tiroicieas. la.
cuales también son derivadas del aminoácido tiri,sin;
Las catecolar¡inas, que inch,ryen a 1a noradrenaiiit:
y la adrenalina, están involucradas en un núrrel-o d;
padecimientos neuropsiquiátricos
1,
en la hiperlensror_
Se han desar:rollado muchos agentes terapéuticos coi:
base en su capacidad para alterar ]a síntesis. lxetabir-
lismo o acción de las catecolaminas en sus respec[rr . :
receptores. I
Vasos sanguíneos
Tracto genitourinar¡o
Tracto gastrointest¡ nal
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726. 50
Hormonas de las gónadas
DarylK. Granner, MD
INTRoDUccIót¡
Las gónadas son órganos bifuncionales que producen
células germinaies y hormonas sexuales. Estas dos
funciones están muy relacionadas, pues para el desa-
rrol1o de las células germinales se requieren altas
concentraciones locales de hormonas sexuales. Los
ovarios producen óvulos; las hormonas esteroides,
estrógenos y progesterona; y 1os testículos,
espermatozoides y testosterona. Como en la glándula
suprarrenal, se produce un número de esteroides, pero
sólo algunos de ellos son activos como hormonas; la
producción de éstas se encuentra estrechamente regu-
ladaporun circuito de retroalimentación que involucra
a la hipófisis y al hipotálamo. Las hormonas gonadales
acúan a través de un mecanismo similar al que em-
plean las hormonas esteroides.
IMPORTANCIA BIOMÉDICA
El funcionamiento apropiado de las gónadas es crucial
parala reproducción y, por tanto, parala superviven-
cia de las especies. Por el contrario, la comprensión
de la fisiología endocrina y la bioquímica del proceso
de reproducción, es la base de muchos enfoques para
la anticoncepción. Las hormonas gonadales tienen
otras funciones importantes; por ejemplo, son
anabólicas, por lo que se requieren para el manteni-
miento del metabolismo en la piel, huesos y músculos.
LOS TESTíCUUOS PRODUCEN
TESTOSTERONA Y ESPERMATOZOIDES
Estas funciones se llevan a cabo por tres tipbs de célu-
las especiales: 1) las espermatogonias y células germi-
nales más diferenciadas, las cuales se localizan en los
tubulos seminíferos; 2) las células de Leydig (tam-
bién llamadas células intersticiales), diseminadas en
SIGLAS UTILIZADAS EN ESTE CUADRO
ABP Proteina de unión de andrógenos
ACTH Hormona adrenocorticotrópica
CBG Globulina de unión de los corticoesteroides
DHEA Deshidroepiandrosterona
DHT Dihidrotestosterona
E2 Estradiol
FSH Hormona estimulante del folículo
GnRH Hormona liberadora de qonadotropina
HCG Gonadotropina coriÓnica humana
hCS Somatomamotropina coriónica humana
LH Hormona luteinizante
MIF Factor de inhibición mülleriano
30-OHSD 3p-Hidroxiesteroidedeshidrogenasa
17ll-OHSD 17p-Hidroxiesteroide deshidrogenasa
PL Lactógeno placentario
SHBG Globulina de uniÓn de las hormonas sexuales
TBG Globulina de uniÓn a la tiroides
TEBG Globulina de unión de testosterona-estrógeno
el tejido conjuntivo entre los tubulos seminíferos en-
rollados, a los cuales producen testosterona en respues-
ta alaLH y 3) las células de Sertoli, que forman la
membrana basal de los túbulos seminíferos y propor-
cionan el ambiente necesario parula diferenciación y
maduración de la célula germinal. La espermatogénesis
es estimulada por la FSH y LH de la hipóf,tsis. Para la
diferenciación de las células germinales se requiere
un ambiente propicio y una concentración de testos-
terona mayor que aquella en la circulación sistémica,
1o que puede lograrse, debido a que las células de Leydig
y los tubulos seminíferos están muy próximos.
La enzima de corte de la cadena lateral
del cotesterol y la 3B-hidroxiestero¡de
deshidrogenasa cata¡izan los pasos
crít¡cos en Ia síntesis de los esteroides
gonadales
Los andrógenos testiculares se sintetizan por las célu-
las de Leydig en el tejido intersticial. El precursor
inmediato de los esteroides gonadales, como el de los

727. 680 . Bioqttímica de Harper
(Capítulo
5r;t,,
esteroides suprarrenales, es el colesterol. El paso lim!
fanle,tal como en las suprarrenales, es el suministro
de colesterol a la membrana intema de las mitocondrias
por medio de la proteína de transporte conocida como
proteína esteroidogénica regulatoria aguda (STAR,
del inglés s t ero ido genic acut e regul at ory prittein). ÍJ na
yez enla apropiadalocalización, ésta es atacada por
la enzima P450scc de corte de la cadena lateral. La
conversión del colesterol en pregnenolona es idéntica
a la que sucede en las suprarrenales, ovarios y testícu-
los; sin embargo, en los últimos dos tejidos, lareacción
es promovidapor¿H, más que por ACTH.
La conversión de pregnenolona en testosterona
requiere de la acción de cinco actividades enzimáficas
contenidas en tres proteÍnas l) 3B-hidroxiesteroide
Ttdeshidrogenasa
(3
B-OH SO) yf, isomerasa: ]¡
17 a-
/
hidroxilasa y C17,2}-liasa; y 3-) l7B-hidroxiesteroide
'
deshidrogenasa (l7B-OHSDñsótese que las proteí-
nas 1 y 3, cada una, tiene dos actividades enzimáticas
,
diferentes. Esta secuencia, conocida como üa de la

progesterona Aa, se muestra en el lado derecho de la
figura 50-1. La vía A5 parece ser la preferida en los
testículos humanos. Pueden existir diferencias impor-
tantes entre las especies.
Las cinco actividades enzimáticas se localizan en
la fracción microsomal en los testículos de ratas, y
existe una asociación funcional cercana entre las acti-
vidades de la 3B-OHSD y la N,a isomerasa, y entre la
17cr-hidroxilasa y la C17,2}.liasa. Estos pares de
enzimas, contenidos en una sola proteína, se muestran
en la secuencia de reacción general en la figura 50-l
y en la representación esquemática de la biosíntesis
de los andrógenos en la membrana microsomal
testicular en la figura 50-2. En esta última, se muestra
cómo varios sustratos de la biosíntesis de testosterona
pueden penetrar en el compartimiento microsomal, y
cómo podrían proceder a través de la vía Aa de una
reacción hacia la siguiente. Debido a que hay cuatro
sustratos potenciales para lo que parece ser una sola
3B-OHSD, existen múltiples vías alternativas; de esta
manera, es probable que la vía tomada dependa de la
concentración de sustrato en la vecindad de las diver-
sas enzimas. La partición en Ia membrana microsomal
proporciona estos gradientes.
A. La dihidrofesfosúerona (DHT) se forma
a partir de úesúosúerona por la reducción
del anillo A
I-os testículos humanos secretan cerca de 50 a 100 pg
de DHT por día, pero mucha de la DHT deriva de ñ
conversión periferica (véase después). Los testículos
también elaboran pequeñas pero significativas canti-
dades de l7p-estradiol (E2), la hormona femenina, pero
mucho del E2 producido por el varón deriva di la
aromatización periférica de la testosterona y de la an-
drostenediona. Se piensa que las células de Leydig,
las células de Serloli y los túbulos seminíf'eros se rela-
cionan con la producción de Er. No se ha determinado
la función del E2 en el varón, pero puede contribuir a
la regulación de la FSH. Concentraciones plasmáticas
anormalmente altas de E2 y los cambios en la relación
E.:testosterona libre, se ha relacionado con la gineco-
mastia de la pubertad y después de la pubertad (agran-
damiento de los senos en el varón), en particular en
las personas mayores y en los pacientes con padeci-
mientos hepáticos crónicos o con hipertiroidismo.
B. La producción de la hormona testicular
sufre marcados cambios relacionados
con la edad
La testosterona es la hormona dominante en la rata
tbtal y neonatal, pero después del nacimiento, los tes-
tículos sólo elaboran androsterona; ia capacidad para
producir testosterona se restablece en la pubertad y
continúa toda la vida. En otras especies se han hecho
observaciones similares, y estos cambios relacionados
con la edad también pueden ocurrir en los humanos.
; ,-
Muchos mamíferos, incluyendo a los humanos, tienen
una
B-globulina plasmática que se une a la testosterona
con especificidad, afinidad relativamente alta y capaci-
dad limitada (cuadro 50-l ). Esta proteína, por lo gene-
ral llamada globulina de unión de hormonas sexuales
(SHBG, del inglés sex hormone-binding globulin), o
globulina de unión estrógeno-testosterona (TEBG,
del inglés testosterone-estrogen-bindign globulin) se
produce en el hígado. La producción aumenta con los
estrógenos (las mujeres tienen dos veces la concentra-
ción sérica de SHBG del varón) con cieúos tipos de
padecimientos hepáticos e hipertiroidismo, y dismi-
nuye con andrógenos, en la edad ayanzada y en el
hipotiroidismo. Muchas de estas condiciones también
afectan la producción de CBG (capítulo 48) y TBG
(capítulo 46). Debido a que la SHBG y la albúmina se
unen 97 a99o/,, con la testosterona circulante, só1o una
pequeña fracción de la hormona circulante se encuen-
tra en forma libre (biológicamente activa). La principal
función de la SHBG puede ser restringir la concentra-
ción libre de testosterona en el suero; ésta se une a la
SHBC con una afinidad más elevada que el estradiol
(cuadro 50-2). Por tanto, un cambio en los valores cle
SHBG ocasiona un cambio mayor en la concentración
de testosterona libre, que en los valores de estradiol
libre. Un aumento de la SHBG puede contribuir al
aumento de la proporción E,: testosterona observada
en ancianos, cirrosis e hiperliroidismo; y por tanto
contribuye a los signos concomitantes y los síntomas
de "estrogeni zación" mencionados antes.

728. Hormonas de las gónadas '
681
Preqnenolona
I
I
17c-HIDROXILASA*
t
:
178-HIDROXIESTEROIDE
DESHIDFIOGENASA
1 7a-Hidroxiprogesterona
I
I
C17,20-LIASA-
+
I
17p-HTDROXTESTEROIDE
DESHIDROGENASA
I
I
t
-oH -ol1
rÉ r^)-)
Ho/\,,.\-, o4---y'----)
a5-Androstenediol Testosterona
Figura 50-1. Vías de biosíntesis de la testosterona" La vía del lado izquierdo se conoce como la vía A5 o dehid."Pi1ndf9.l9.111
la vía del lado derecho se conoce como A4 o de la progesterona. El asterisco indica que la actividad de la 17s-hidroxilasa y del
la C17,20liasa reside en una sola proteína, la P450c17.
I
Androstenediona
I
l
174-HIDBOXILASA*
,
I
I
¿
I
^,
,
CH.
I
Progesterona

729. 682 . Bioquímico de llarper
(Capírulo 5Q
g)
c
u
2
o
I
Progesterona
Esteroides no unidos
Capa h¡dróiila
Capa hidrófoba
\>-
AndrostenedionaDA
Tres capas
de reticu¡o
endoplásmico
eS
capahidrórira
Pregñónolona
Esteroides unidos
Testosterona
1 7B-estrad¡ol
D ihi d roxitestosterona
Okos I 7p-hidroxiestero¡des
Estrona
Andrógenos conjugados
I 7c[-testosterona
Deh¡dro¡soandrosterona
Cortisol
Progeste rona
17 «-hidroxi
progesterona
Figura 50-2' Representación esquemática de la biosíntesis de andrógenos en la membrana microsomal testjcular. La membrana
se muestra como horizontal, lo cual puede ser el caso. en la célüla; sin eÁoargo en preparaciones microsomales forma
vesiculas (A, androstenediona; T, testosterona.) (Reproducida con auiorización Já ou clooíL¡: rnaocrinoiogy,Vol 3. Grune
& Stratton, 1979.)
Un nirmero de esteroicles está presente en la san_
gre venosa testicular, pero la testosterona es el principal
esteroide secretado por los testículos de los ádultos.
La velocidad de secreción de la testosterona es
cercana a 5 nrg/d en ios varones adultos sanos. Como
cltras horntonas esteroides, la testosterona parece que
se libera a medida que se produce.
MUGnOS Oe tos metabolatos
de la testosterona son ¡nact¡vos; otros
tienen act¡v¡dades elevadas o diferentes
A. Vías metabólicas
La testosterona se metaboliza por dos vías. Una com_
prende la oxidación de la posición 17, y la otralarc_
ducción del doble enlace del anillo A y de la cetona -3.
El metabolismo a través de la primera vía ocurre en
muchos tejidos, incluyendo el hígado, y produce'17
cetosteroides que, por 1o general, son inactivos o me_
nos activos que el compuesto original. El metabolismo
a través de la segunda vía, la cual es menos eficiente,
ocure principaimente en tejidos blanco y produce la
DHI que es un metabolito potente.
-. .1-: .i
B. Metabolifos de la testosterona
El principal prodr-rcto del metabolito de la testosterona
es la DHT, debido a que en muchos tejidos, incluyen_
do la próstata, genitales extemos y algunas áreas de la
piel, es la forma activa de la horntona. El contenido
plasmático de DHT en el varón adulto es de aproxi_
tnadamente un décirno del de la testosterona, y
aproximadamente 400
¡rg de la DHT se producen cada
día, en comparación con casi 5 mg de testosterona. La
reacción se cataliza por la enzima Sn-reductasa rle_
pendiente de NADPH
lfigura 50 3). Existen dos
fon.nas de 1a 5cx.-reductasa: tipo I y tipo Tl. La primera
se expresa predominantemente en el hÍgado: la segun_
da en tejidos reproductores y en blancos periféricos.
Las mutaciones de la enzit¡atipo II se relacionan con
el pseudohermafioditismo masculino.
Cuadro 5G-2. Afinidad aproximada de los estero¡des
por las proteínas de unión séricas*
' Adaptado de Siiteri pK,
Febres F: Ovarian f¡ormone synthesis,
c¡rculation and mechan¡sms of actjon. page
1401 EÁ: Endo-
_
glllglogy, Vot 3. DeGroot LJ (ed¡too. Grunei Statron, 1979.
t
Afinidad expresada como ( de Ia cantidad molar x 10J.
sexuales (SHBG)
SHBGT CBGT
Estrad¡ol
5 >10
Estrona > 10 > 100
Androstendiona
Testosterona
> 100
Dih¡drotestosterona 'I
> 100
Progeslerora > 100
Cortisol > 100 3

730. Hormonas de las gónados .
683
Tesloslerona
Figura 50-3. La dihidrotestosterona se forma a
l*o.o*ro*-l
,
FADPHl
Dihidroteslosterona (DHT)
partir de la testosterona a través de la acción de la enzima Sc¡-reduciasa.
De esta manera. a la testosterona se le considera
una prohormona, debido a que se convierte en otro
compuesto mucho más potente (dihidrotestosterona),
y a que mucha de esta conversión ocurre fuera de los
testículos. l-ln pequeño porcentaje de la testosterona
también se convierte en estradiol por medio de
aromatización, una reacción especialmente importan-
te en el cerebro, donde estas hormonas ayudan a
determinar el comportamiento sexual de los animales
(figura 50*4).
Los principales metabolitos 17-cetoesteroides,
androsterona y etiocolanolona, se combinan con glu-
colesterol por la STAR, y el corte de la cadena lateral
por medio de la P45Oscc. La similitud entre esta acción
de la LH y de la ACTH sobre las glándulas supraffe-
nales es aparente. La testosterona proporciona el
control de retroalimentación en el hipotálamo a través
de la inhibición de la liberación de GnRH, produc-
ción de GnRH, o ambas (figura 50-5).
La espermatogénesis se regu¡a
por la FSH y por la testosterona
La FSH se une a las células de Sertoli y promueve la
síntesis de la proteína de unión de los andrógenos
(ABP, del irigés androgen-binding protein), la cual
es una glucoproteína que une a la testosterona. Es dis-
tinta del receptor intracelular de los andrógenos, pero
idéntica a la SHBG. La ABP se secreta dentro del
lumen de los tubulos seminíferos, y en este proceso, la
testosterona producida por las células de Leydig se
transporta en alta concentración hacia el sitio de es-
permatogénesis. Este parece ser un paso crítico, debido
a que los valores normales sistémicos de testosterona,
como los alcanzados con una lerapia de reemplazo,
no apoyan la espermatogénesis.
Las células de Sertoli, en respuesta a la FSH y a
los andrógenos, también producen inhibina, un hetero-
dímero que existe en dos formas: A (crBa) y B (ofu), muy
relacionadas con un factor de regresión mülleriano,
y todas estas proteínas son miembros de la familia TGF-p.
La inhibina participa en la producción de espermas y
de testosterona, regulando la liberación de la secre-
ción de la FSH a través de un circuito negativo de
retroalimentación.
Los andrógenos afectan algunos
procesos fisiológicos complejos
Los andrógenos, principalmente testosterona y DHI
intervienen en 1) diferenciación sexual,2) espermato-
génesis,3) desarrollo de órganos sexuales secundarios
y estructuras accesorias, 4) metabolismo anabólico y
\,
LA REGULACTON DE LA FUNCION
esnCuLAR ES MULTIHORMONAL
I
La esteroidogénesis
es est¡mulada por la LH
La LH estimula la esteroidogénesis y la producción
de testosterona por medio de la unión a receptores en la
membrana plasmática de las células de Leydig (un
análogo del receptor LH se encuentra en los ovarios,
en las células del cuerpo lúteo) y por activación de la
adenilil ciclasa; de esta manera, se incrementa el cAMP.
Esla acción aumenta la velocidad de transporte de
Testosterona
//\
Estradiol Androstandiol Dihidroxitestosterona (DHT)
Figura 50-4. Cierta cantidad de testosterona es convertida
a otras hormonas.

731. 684 . Bioquímica de Harper (Copírtti,,
Espermalo§énes¡s
Flegulación genética
Diferenciación sexual
E.t*rl""ió" d"l *"d*t"
wolffiano virilización exlerna
Maduración sexual
en la pubertad
Figura 50-5. Mecanismo de acción de los andrógenos. (LH, hormona luteinizante; T, testosterona; R, receptora los andrógenos.,
(Modificada y reproducida con autorizac¡ón de Wilson JD et al.: The endocrine control of male phenotypic develoment. Aust
J Biol Sci 1983; 36:101.)
regulación genética, y 5) patrones de comporlamiento
masculino (figura 50-3). Los numerosos tejidos blan-
co involucrados en estos procesos complejos, se definen
de acuerdo a si se afectan por la testosterona o por DHT.
Las típicas células blanco para la DHT (y aquellas que
de manera coincidente tienen la mayor concentración de
la 5cx,-reductasa) son la próstata, genitales extemos y 1a
piel en los genitales. Los blancos para la testosterona in-
cluyen a las estructuras de Wolffian embrionarias, esper-
matogonias, músculos, huesos, riñones y cerebro. No
se han determinado los andrógenos específicos involu-
crados en la regulación de otros procesos mencionados
previamente.
Los andrógenos actúan por un
rnecan¡smo nuclear s¡rniiar al empleado
por los estero¡des suprarrenales
El concepto actual de la acción de los andrógenos se
muestra en la figura 50-5. La testosterona libre penetra
a las células a través de la membrana plasmática por
difusión pasiva o por difusión facilitada. Las células
blanco retienen la testosterona, presumiblemente, de-
bido a que la hormona se asocia con un receptor intra-
celular específico. Se han identificado dos formas del
receptor de andrógenos. La forma A tiene una masa
molecular de 87 kDa, y la B una masa molecular de
110 kDa. Aunque existe una considerable variabili-
dad de un tejido a otro, mucha de la hormona retenida
se encuentra en el núcleo de la célula. El citoplasma
de muchas (pero no de todas) células blanco contiene
la er;zima 5g-reductasa, la cual convierte la testos-
terona en DHT. La afinidad de los receptores para DHT
excede a la de la testosterona. La diferencia en afini-
dad, acoplada con la capacidad de un tejido blanco
para formar DHT a partir de la testosterona, puede
detetminar si el complejo testosterona-receptor o el com-
plejo DHT-receptor es acti\o.
La localización nuclear del complejo testosterona-
DHT es un prerrequisito para la acción de los andróge-
nos. La unión del complejo receptor-esteroide con la
cromatina puede involucrar un paso de activación pre-
via, y la especificidad la proporciona el elemento de
respuesta a los andrógenos (cuadro 44-3).
En fechas recientes se ha evidenciado que el com-
plejo DHT-receptor se une con una alta alinidad con
el elemento de respuesta a los andrógenos, más que
con el complejo testosterona-receptor. En algunos te-
jidos, esto también podría explicar el porqué es el
andrógeno más potente.
De conformidad con otras hormonas esteroides
(algunos péptidos), el complejo testosterona-DHT-re-
ceptor activa genes específicos. Los productos proteí-
nicos de estos genes, median muchos (si no es que
todos) efectos de la hormona. La testosterona estilnu-
la la síntesis de proteínas en los órganos masculinos
secundarios, un efecto que por 1o general se relaciona
con una elevada acumulación de RNA total celular.
incluyendo mRNA, tRNA y rRNA. Un ejemplo más
específico es el efecto de la testosterona sobre la sín-
tesis de ABP. La hormona aumenta la velocidad de
transcripción del gen de ABP, 1o que resulta en una
elevada cantidad de mRNA que codifica para esta pro-
teína. Otro ejemplo muy bien estudiado es el de 1a
globulina ü2., eu€
es la principal proteína excretada en
la orina de los ratones macho. La velocidad de la sín-
tesis de la globulina o2u se relaciona de manera directa
con la cantidad de mRNA afín, el cual a su vez se re-
laciona con la velocidad de transcripción del gen de Ia
globulina o2,. Todos se estimulan por andrógenos.
Los riñones son los principales tejidos blanco de
los andrógenos. En algunas especies, estas hormonas
causan un agrandamiento general de los riñones e in-
ducen Ia síntesis de un número de enzimas.
\
ESTICULOS
CÉLULA BLANCo

732. Hormr¡nas de las gónadas ' 685
Los andrógenos también estimulan la replicación
de las células en algunos de los tejidos blanco, éste es
un efecto poco comprendido. La testosterona y la DH!
junto con el E2, parecen estar implicadas en la divi-
sión extensa y sin control de las células de la próstata
que resultan en una hipertrofia prostática benigna,
la cual es una condición que afecta a más de 75oA de
los varones de más de 60 años de edad.
LA F¡SIOPATOLOGiA DEL SISTEMA
REPRODUCTIVO MASCULINO
SE RELACIONA CON DEFECTOS
HORMONALES
La carencia de síntesis de testosterona se conoce como
hipogonadismo. Si se presenta antes de la pubertad,
las características sexuales secundarias no se desarrollan
bien, y si ocurre en la edad adulta, muchas de estas ca-
racterísticas presentan un retroceso. El hipogonadismo
primario se debe a procesos que afectan los testícu-
los de manera diferencial y ocasionan la falla testicular;
en tanto que el hipogonadismo secundario se debe a
una secreción defectuosa de las gonadotropinas. Las
deficiencias genéticas aisladas ayudan a establecer la
importancia de los pasos específicos en la biosíntesis
y acción de los andrógenos. En la figura 50-6 se re-
presenta la acción de éstos desde la biosíntesis de la
testosterona hasta las acciones posreceptoras de la tes-
tosterona y de la DHT. Adicionalmente se han descrito
cinco defectos genéticos distintos, además, se conoce
una deficiencia de la 5cr-reductasa.
Existen casos en los que no se detecta el receptor
de testosterona/DHT, o el receptor es anormal en á1-
guna forma; también existen casos en los que las
CÉLULAS DE LEYDING
Def ¡c¡enc¡as enzimát¡cas
(l) Corte de la cadena lateral
(2) 17c-Hidroxilasa
(3) Conversión de C2r en Cis
(4) Reducción de la cetona en posición 1 7
(5) Oxidación del anillo A en
^4-3-cetoestero¡do
Defic¡encia de
la 5a-reductasa
entidades medibles, inciuyendo el receptor, son nor-
males, pero los pacientes (siempre machos genéticos)
tienen grados variables de feminización. Las personas
que carecen por completo de actividad del receptoE
parecen ser mujeres fenotípicas, pero tienen un
genotipo XY (masculino); en tanto que en casos lige-
ros pueden tener sólo una anormaiidad localizada en
la uretra del pene. Los varones genéticos que carecen
por completo del funcionamiento de los receptores,
tienen testículos y producen testosterona, pero una
completa feminización de los genitales externos (el
llamado sÍndrome de feminización testicular).
LOS OVAR¡OS PRODUCEN HORMONAS
Y CÉLULAS GERMINALES FEMENINAS
La biosíntes¡s y el metabolismo
de las hormonas ovár¡cas son s¡milares
a los de las hormonas masculinas
Los estrógenos son una familia de hormonas que se sin-
fetizan en una variedad de tejidos. El 17p-estradiol es
elprincipal estrógerro de origen ovárico. En algunas es-
pecies, la estrona, sintetizada en numerosos tejidos,
OH
Traslornos Resistenc¡a
en el receptor positiva
del receptor
Figura 50-6. Mutaciones involucradas en la deficiencia de la acción de los andiógenos. Se muestran los cuatro pasos en los
cuáles se han identificado las mutaciones. (T, testosterona; DHT, dihidrotestosterona; R, receptor a los andrógenos.) (Modi-
ficada y reproducida con autorización de Wilson JD et al.: The endocrine control of male phenotypic develoment. Aust J Biol
Sci 1983;36:101.)
178-estradio¡
CÉLULA BLANCO

733. ó86 . Bioquímica de Harper
t(',,t:'
es más abundante. En el embarazo, se produce relativa-
mente más estriol, proveniente de la placenta . La vía
general y la localización subcelular de las enzimas invo-
lucradas en los primeros pasos de la síntesis de estradiol,
son los mismos que en la biosíntesis de andrógenos.
Las características únicas de los ovarios se ilustran en la
figura 50-7.
Los estrógenos se fbrman por aromatización de
los andrógenos en un proceso complejo que compren-
de tres pasos de hidroxilación, cada uno de los cuales
requiere 02 y NADPH. Se piensa que el complejo de la
enzima aromatasa incluye a la oxidasa de doble función
P450. El estradiol se forma si el sustrato de este comple-
jo enzimático es la testosterona; en tanto que la estrona
resulta de la aromatización de la androstenediona.
Ha resultado difícil revelar la fuente celular de varios
esteroides ováricos, pero está involucrada la transfe-
rencia del sustrato entre dos tipos de células. Las células
de la teca son la fuente de androstenediona y de testos-
terona. Éstas son convertidas por la enzima aromatasa
de las células granulosas a estrona y estradiol, respec-
tivamente. La progesterona es producida y secretada
por el cuerpo lúteo, el cual también elabora estradiol.
Colesterol ,+
Pregnenolona
I
Y
Progesterona
Otros
metabolítos
Cantidades significativas de estrógenos tambÉrl
se producen p or atomatización periferica de los andrú
genos. En varones, la aromatízación periférica de la
testosterona a estradiol (Er) es responsable de 809,o de
la tasa de producción de la última. En las mujeres. lcx
andrógenos son sustratos importantes, debido aque 50ar
del E2 producido durante el embarazo proviene de la
aromatizaciór'de los aadrógenos. Finalmente, la conver-
sión de la androstenediona en estrona, es la mayor fuen-
te de estrógenos en las mujeres posmenopáusicas. I-a
actividad aromatasa estápresente en las células adiposas,
.
así como en el hígado, piel y otros tejidos. La elevada ac-
t tividad de esta enzima puede contribuir a la "estrogeni-
f,,
zación" que caractenza-apadecimientos como la cirrosis
t
hepática. el hipertiroidismo, la vejezy la obesidad.
{*
f-Estrógenos
y progest¡nas se unen
I
a proteínas de transporte plasmático
,k
:b._
i
l-os estrógenos se unen a la SHBG, y las progestinas a1a
"i-
CBG. La SHBG une al estradiol casi cinco veces menos
que a la testosterona o la DH! en tanto que la proges-
1 7d-Hidroxipregnenolona
I
1 T.rHidrox¡progesterona
Dehidroepiandrosterona
t
Androstenediona
Éstrona (El)
I
I
+
1&r-hidroxilasa
17p-estradiol
{82)
I
I
Otros metabol¡tos
Figura 50-7' Biosíntesis de los estrógenos (Modificada ligeramente y reproducida con autorización de Ganon WF: Review of
Medical Physiology,17ed. Appleton & Lange, 1991.)
It
Teslosterona
Estriol
¡-

734. Hormona,g de las gónadas ' 687
Progesterona
terona y el cortisol tienen poca afinidad por esta proteí-
na (cuilLg;:fti2). En contraste, la progesterona y el
codiñl se ullen con una muy cercana ahnidad a la
CBG, 1a que a su vez tiene poca avidez por el estradiol,
y aun menos por la testosterona, DHT o estrona.
Las proteínas de unión proporcionan una reserva
de hormonas circulantes, y debido a que su capacidad de
unión es relativamente alta, quizá es un amoftiguador
contra cambios repentinos en la concentración plasmá-
tica. La tasa de eliminación metabólica de estos esteroi-
des se relaciona de manera inversa con la afinidad de
su unión con la SHBG, por tanto, la estrona tiene una
eliminación más nípida que el estradiol, el cual, a su vez,
tiene una eliminación más rápida que la testosterona o
el DHT. En este aspecto, los derivados conjugados de
dichas hormonas (véase después) no se unen ni por la
SHBG ni por CBG. Los factores que regulan la pro-
ducción de SHBG se mencionan después. Existe
'
evidencia de la presencia de receptores, en la superfi-
cie de células específicas, para la SI{BG (y CBG), pero
su función aún no se ha determinado. No existe duda
de que la hormona libre es biológicamente activa.
Latasa de secreción de los esteroides ováricos
varía de manera considerable durante el ciclo menstrual
(o esho), y se relaciona directamente con su tasa de
producción en el ovario. No existe almacenamiento de
estos compuestos; se secretan conforme se producen.
Los estrógenos y Progest¡nas
se metabolizan de manera act¡va
en el hígado
A. Estrógenos
El hígado convierte el estradiol y la estrona en estriol
mediante las vías que se muestran en la figura 50-7'
El estradiol, estrona y estriol son sustratos para las
enzimas hepáticas que agregan residuos glucurónido
o sulfato. La actividad de estas enzimas de conjugación
---=-Í6fíá-¡Ma{
especies. Los roedores tienen dichos
sistemas metabólicos tan activos, que los estrógenos se
metabolizan casi de manera completa en el hígado, y
por 1o tanto son esencialmente inactivos cuando se
administran por via oral. Estos sistemas enzimáticos
son menos activos en los primates, por lo que los estró-
genos orales son más efectivos. Los esteroides conju-
gados son hiclrosolubles y no se Llnen a proteínas c1e
transporlet de este modo se excretan rápidamente por
nredio de la hilis, ireces y orina.
B. Progestinas
Debido a que el hígado n-retaboliza activamente la pro-
gesterona a varios colnpuestos, la progesterona es
ineflcaz cuando se adl¡inistra por via ora1. El com-
puesto pregnandiol-2O-glucurónido de sodio es el
principal metabolito de la progestina encontraclo en 1a
orina (figura 50 8). Ciertos esteroides sintéticos. por
ejemplo, los derivados de la l7c¿-hidroxiprogesterona
y los compuestos i 7u-alqui[-substituidos. como 1a l9-
Acetato
t
Figura 50-8. Biosíntesis de la progesterona y la vía principal
para su metabolismo. También se encuentran otros metabo-
litos. (Modificada ligeramente y reproducida con autorización
de Ganon WF: Review of Medical Fhysiology,'1 5 ed. Appleton
& Lange, 1995.)
Colesterol
I
CH.
I
CHOH
'l

735. nortestosterona, tienen actividad progestacional y evi_
tan el metabolismo hepático, por ló qr" ,. rru, amplia_
mente en anticonceptivos orales.
LA MADURACIÓN Y MANTENIMIENTO
DEL SISTEMA REPRODUGTOR
FEMENINO ES LA PRINCIPAL FUNCIÓN
DE LAS HORMONAS OVÁRICAS
Estas hormonas preparan a los componentes estructu_
rales del sistema reproductor femenino (véase después)
paru la reproducción por medio de: l) áaduración de
las.celulas germinales primordiales; 2) desarrollo de los
tejldos que permitirán la irnplantación del blastocito;
3)proporcionar la "regulación temporal,, para la olula_
ción; 4) establecer el medio requeiido para el manteni_
miento del embarazo; y 5) proporcionar las influencras
hormonales para el parto y lalacbncia.
Los es'rógenos estimulan el desaruollo de los te_
jidos involucrados en la reproducción. En términos
generales, estas hormonas estimulan el tama.ño y número
de células mediante el aumento de la síntesis áe protei
nas, rRNA, tRNA, mRNA y DNA. por
la estimulación
de los estrogenos proliferá y se diferencia el epitelio
vaginal;además,-prolifera
el epitelio uterino y las glán_
dulas se hipertrofian y agrandán; el miometri,o desar:ro_
lla una motilidad rítmica e inrrínseca. y proliferan los
conductos mamarios. El estradiol también tiene efectos
anabólicos sobre huesos y cartílago,y así promueve el
crecimiento. Por afectar los,raso. pe.ifericbs, los estró_
genos suelen causarvasodilatación y disipación de calor.
. _
Las progestinas reducen 1a aciividád proliferativa
de los e.strógenos sobre el epirelio vaginal y convierten
al epitelio uterino deproliferalivo en íecreár (aumento
en tamaño y función de ias glándulas secretoras v aumen_
tan el contenido de glucógeno). así se prepara el epitelio
uterino para el implante del óvulo fertitiia¿o. Lás pro_
gestinas aumentan el desarrollo de las porciones acinares
de las glándulas mamarias después de que los estróge_
nos han estimulado el desarrolio de Ios conductos. l_as
progestinas disminuyen el flujo sanguíneo periferico,
y por tanto, la pérdida de calor, de ial manera que 1á
temperatura tiende a aumentar durante la fase lútea
del ciclo menstrual, que es cuando se producen los
estero_rdes. Por 1o general, esta temperatura aumenta
0.5 "C, y se usa como un indicador de la ovuiación.
-\.Por loJenerel, la progestina requiere de la presen-
crapi€vraao concr{rrente de los estrógenos, quizá debido
a que éstos estimrrMla producciónáel receptor de pro_
gesterona. Con frecuencia, las dos clases dé hormonas
actuan de manera sinérgica, aunque pueden ser anta-
gonistas.
El número de ovogonias en el ovario humano al_
canza Lt¡7 máximo de 6 a I millones hacia cerca del
quinto mes de gestación; decrece a cerca de 2 millones
en el momento tiel parlo y posteriormente disminuye
a 100 000 a 200 000 hacia el inicio de la menarca.
Cerca de 400 a 500 de éstos se desarrollan a ., . ,.
maduros;el resto se pierde de rnanera graduai :*_-.- :
la atresia, proceso en el que se ha impTicado a .,-. .
drógenos ováricos. La máduración foiicular comi; ._ -
en Ia infancia, y los ovarios crecen en la pubertaC.
-,.:_
mitiendo con ello el aumento de volumen de los l¡ l,-
-.
los, debido al crecimiento de las células granulos;.
_ _
acumulación de tejido de los folículos itrésicc,..
,,
.
aumento de la masa del tejido estromal con ce..,,.
intersticiales y de la teca que producirán los este¡orc;,
En la niñez, la concentración de las hormor:.,
sexuales es baja, aunque aumenta la producción de .",
gonadotropinas exógenas; por tanto, él ovario inmac,_-
ro tiene la capacidad de sinietizar estrógenos. Se pier..,-
que estos valores bajos de esteroides sexuales inhibe:
la producción de gonadotropina en las niñas prepúberes.
y que, en la pubertad, el sistema hipotálamo-hipofisan.
se torna menos sensible a la supresión. En Ia pubertad.
la liberación pulsátil de la GnRiI se inicia por estimula-
ció¡
{e
la LH. y esto ocasiona un au*erio muy mar_
cado de la producción de ia hormona ovárica. La FSH.
princip.alestímulo para la secreción de los estrógenos.
estimula la maduración del folículo y asegura la ovu-
lación.
§l ciclo menstrua¡ depende
de ia eompleja interaccién
ent!"e tres glándulas endocrinas
Las hotmonas determinan Ia tiecuencia de ovulación
y receptividad para el apareamiento. Las especies mo_
noestraies, ovulan y se aparean un avez alado. en tanto
que en las especies ptlliestriales este ciclo se repite varias
veces al año. Los primates tienen ciclos menstruales-
con desprendirniento del endometrio hacia el final de
cada ciclo, y la conducta de aparean.riento no se acopla
de manera estrecha con la ovulación. El ciclo menstrual
en los seres humanos resulta de interacciones comple_
jas entre el hipotálamo, la hipófisis y el ovario. por
lo
general, el ciclo varía entre 25 y 35 días de duración
(promedio de 28 días). Se puede dividir en una fase
folicular, fase lútea, y menstruación (figura 5C_9).
A. Fase folicutar
Por razones que no están claras, un folículo en parti-
cular empieza a agrandarse bajo la influencia general
'.d¡la
FSFI Los niveles de E2 són bajos duranrJla pri-
mera semana de la fase folicular, pero se comienzan a
elevar de_manera progrcsiu, .ontorr. se agranda el
tblículo. El E2 alcanza el valor máximo 24 ho"ras antes
*ll::"-d.lr-LH
(FSH) y sensibiliza a la hipófisis a la
GnRH. La LH se libera ya sea en respuest; a este va_
Ior alto deE, en forma ds,,retroalimeniacién positiva,,.
o en respuesta a un súbito descenso del E2 disde esta
concentración aita. La administración coniinua de do_
sis altas de estrógenos (como en los anticonceptivos
orales) suprime la LH y ia liberación de FSH, e inhibe
ia acción de la GnRH en la hipófisis. tr os valores de pro_

736. Hormonas de las gónada,s ' 689
Temperatura corporal
basal ('C)
'17a-hidroxl-
progesterona
(ngimL)
1 7$-estradiol
(Ps/mL)
GonadotroP¡nas (mlU)
IHP-hMGlmL
36.8
36.6
36.4
2527 1 3 5 7 I 111315',171921232527 1 3 5
Días del ciclo
Figura 50-g. Camb¡os hormonales y fisiológicos durante el ciclo menstrual humano típico (M' menstruación; IRP-hMG'
estándar de referencia internácional'para laé gonadotropinas.) (Reproducida con autorización de Midgley AR en: Human
Reproduction. Hafez ESE, Evans TN [editors],
Harper & Row, 1973 )
gesterona son muy bajos durante la fase folicular. El placentaria muy similar a la LH,elaborada por las cé-
máximo de LH anunciu
"irin"Lá"
ru fase folicular y pre- iulas citotrofobásticas del embrión recién implantado'
cedealaovulaciónpor 16a 18horas. tA h§G estimula la síntesis de la progesterona por
*é¿io ¿"t cuerpo lúteo hasta que la placenta comien-
B. Fase tútea
za'a elaborar grandes cantidades de este esteroide' En
Después de la ovulación, ias células granulosas del
laausenciadelmplantación(ydehCG)'elcuerpolúteo
folículo roto se luteinizan y forman
"t
,u".po t,iü|,
sufre regresión y se presenta la menstruación; después
,-:::' del desprendimiento del endometrio, se inicia un nue-
rollculo roto se rursr,rza, y rurr,drr
" "*"'n" 'r;;.
del desp-rendimientó del endometrio, se inicia un nue-
que es una estructura que rápidamente comienza ¿
(ucir progesterona y algo de estradiol. et estra"aiát
::.::::? i:"t:::'liffi":.'":"':fÍñ3,".1i.13ti,f:f;
:,i",i,iiffi: l-1i',',1"*?'il'[lli;?i'I1?tJi", 1:'::::""3:JT'::,':l?::*,:$ffH1*,ficro
casi
líl;:,il'fjTff:ffi1il:tff*#il ü*1-,
siempre se deben a una rase roricuiar alterada.
le la porción lútea del ciclo es la progesteroiil 1-"
---f;a
Jraymanac nlaaanrariac
:;;i¡.;#:; á.,.r"*.iiü; ;;"í*"* p;; át;"- r'' f as ho rmo n as p lacentari as
pu.uJiórymantenimientodelendometriosecr-etor,que i mantienen el embafa¡O
p¡6p$¡r.:ióna nutrición temprana al blastocisto implan- i
f#. L;ifi r.
"..*i,.
pr"r^-"r *"nienimiento.lni.iul ' - Elblastocisto lmt111!§l:.:::llt:l:9'*t:;:*:i
de1;i .;,ñ't,ii;;;;';;p'ófi'i. r" pi"pár.ign, qyrul,g se organiza postériormente para fo.rmar la placentar
cerca de 10 días. si ocu.r" üirlptaltaóion (días22 a24,' ésta proporciona ia conexión ilutricional entre el em-
l-^l!- *^4^--^
", --^l'.^^..- -ímarn
pi"-.¿i., ¿-iciclo), la funiili;i;,H;r)asumida por brión y ia circulación materna, y produce un núrnero
ia gonadotropina coriónica hurnana (hCG), hormona de hormonas'
Progesterona
{n§/mL)
15
'17 19 21 23 25 27
200
100
0
50
40
20
'10

737. 690 . Bioquímica de Harper
I
A. Gonadotropina coriónica humana
(hCG, del inglés human chorionic
gonadotropin)
La principai función de ia hormona giucoproteica hCG
(ia similitud estrucrurai de la hCG y de lá LH se men_
ciona en el capítulo .{5),
es Ia de ntantener el cuemo
lúteo hasta que Ia placenta protiulCá suficiente canri-
dad de progesterona para mantener el eml¡arazo. La
hCG se puede detectar algunos días después cle la irn-
plantación, y esto proporciona la base áe 1as pruebas
diagrrósticas tempranas de embarazo. Los valoies má-
ximos de la hCC se alcanzan hacia la mitad del primer
trimestre, clespués del cual eriste un cleclive gradual
durante el resto del embarazo. Los cambios enla hCG
y de los niveies de otras hormonas durante el embara-
zo se i.nuestran en la iigura 50 10.
B. Frogestinas
EI cuerpo iúrteo es ta principal luente de progesterona
en las prirneras 6 a 8 semanas del embarazo, y es entoll-
ces cnando la placenta astlme esta función. El cuerpo
placenta elabora de 30 a 40 veces más proges,.: -
_
que la del cuelpo lÍrteo. La placenta no sintetiza CC,1;: :.
rol, por ello depende del suministro materno.
C" Estrógenos
Las concentraciones plasmáticas de estradiol. esrr.::
¡ estriol. aumenlan de manera gradual a lo llrrg,, ..
embarazo. EI estriol es el producido el-r mayor.uñid_.._.
y str lomración relleja nurnerosas lunciones I'eror..-
centarias. La suprarienal del f-eto pr"á,".
"OHf
\'-
sullato de DH FA" Ias cr¡ales son convefl idas en el ll r:.,_
do fetal en derivadosl6c¿-hidroxi. En la placenta. esil.
compuestos son a su vez convefiidos en estriol; r. taj;_
vía la circrilación placentaria hacia ei hígado marern.,.
cionde se conjugan a giucLrrónidos, y pósteriorment.
se excretall en la orina (figura 50-1 l). La medida d:
1os valores de estriol urinario se usa para clocunreniar
la función de un número de procesoshatemo-fetales
Otro interesante intercambio de sustratos se requie_
re para la producción de co¡tisoi fetal. La suilraffelral
¡
I
t
i/
,{r*,
*o*,
o
§
24
2'l
l8
15
12
I
6
Luo
.?
."r'
.,"'",,ua'
{':-"4
Días de emilara¿o
Figura 50-10' Niveles hormonales durante el embarazo normal. (hCG, gonadotropina cor¡ón¡ca hurnana; hcS, somatomamotro-
pina coriónica humana.) (Datos de varios autores.) (Reproducida ion auiorización de Ganong w r . nev¡ei oiiiea¡cal physiatogy,
13ed. Appleton & Lange, l9B7 )
Excreción diaria
b-
J
§
a
a
)
fI
4
2
ffi
6-
c:J
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()
ó
§
:)
100
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Urr",^nn"
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jrl
*1.r" ln
I
hCG
I Estr¡o¡
I
t
I
I
I
o
§
'100

738. del feto expresa el complejo 3p-hidroxiesteroide
deshidrogenasa As'a isomerasa en concentraciones muy
bajas, y esta enzima es reprimida por el estradiol, el
cual mantiene apagada de manera efectiva a dicha en-
zima. La suprarrenal depende de la placenta para el
suministro de progesterona requerida para la síntesis
de cortisol (figura 50-1 1).
D. Lactógenos Placentarios
La placenta elabora la honnona conocida como lactó-
geno placentario (PL, del inglés plocenfal lactogen).
El
pÚ
también se conoce como somatomamotropina
coriónica u hormona del crecimiento placentario, de-
bido a que tiene las propiedades biológicas de la pro-
lactina y de la hormona del crecimiento' La relación
genética de estas hormonas se menciona en el capítu-
1o 45. La función fisiológica del PL es incierla, ya que
las mujeres que carecen de esta hormona, tienen em-
barazos y pafios normales.
Hotmonas de las gónctdas ' 691
responsables de su término; se sospecha de influen-
cias hormonales, pero aún no se ha comprobado, aunque
quizá sean los estrógenos y las progestinas debido a
que afectan ia contractilidad uterina, y también existe
widencia de que las catecolaminas están involucradas
en la inducción del trabajo de parto. Debido a que la oxi-
tocina estimula la contractilidad uterina, se usa para
facilitar el parto, pero no inicia el trabajo de parto, a
mellos que el embarazo esté a término. Existen 100
veces más receptores a oxitocina en el útero a térrnino
que 1os que existen en el inicio del embarazo'
La elevada cantidad de estrógenos en el momen-
to de término, puede aumentar el número de receptores
a oxitocina (capítulo 45). Una vez que se inicia el tra-
bajo de parlo, el cuello uterino se dilata, iniciando un
reflejo neural que estimula la liberación de oxitocina
y así, la contracción uterina posterior. Los factores
mecánicos" como la cantidad de estiramiento o fuerza
aplicada al mirsculo, pr"reden ser imporlantes. Un cam-
bio repentino y drarnático en el medio hormonal tanto
de la madre como del reciét.r nacido- ocure en el mo-
mento clelpafio. y los valores plasmáticos de la proges-
terona (medida como pregnandiol) y de estriol, decli-
nan rápidamente después de la expulsión de la placenta
(figura 50-10).
En cada especie, e1 embarazo tiene una duración pre-
deteminada de días, pero se desconocen los factores
Progesterona
Suprarrenal
PLACENTA
Riñofles
Eo-GIucurónido
de la orina
Prsgnenolona
I
t
DHEA
Sulfato de DHEA
Estriol (E3)
A
I
'16«-hidroxi-
DHEA
E.-Glucurónido
i oxre
L
1b<r-hidroxilasa
Figura 50-11. Metabolismo de los esteroides por la unidad maternoJetal. (DHEA, deshidroepiandrosterona )
'16*hrdroxi-
DHEA
FETO
E3
+
Glucurónido
DHEA

739. 69) .
Bittqtrinti<.¿ de Hat.per
(Cct¡títtric.
-'
'
"
'. )
"
'' -; "i'" coincidiendo con la perdida de,todos los fblículc,.
de la producción de estrogenos.lNo exisle una ILr<....
I ri "r'iI it: .i " altemativa de progesterona, péro cantidades susiar--
I
'
r :': : ' ' ':
'
ciales de un estrógeno débil, estroria, son producicl-.
por la aromatiTación periférica de la androstencii¡r:
:*Ladifercnciaciónyluncióndelasglándulasnramarias (ligura50 7¡llosvaloresdcestronanosonsullcie.
eslán reguladas por la acción concertacla de r arias ¡or-
tes para srlpl'lmlr los de gonadotropina hipolisaria: -.
[lonas. Las hormonas sexuales femeninas inician este
esta foma, aumentos marcados de LH y de FSH sc:
proceso debido a que los estrógenos son ios responsa-
característicos de los años posteriores a la menopa¡-
bles del crecimiento de los conductos. y a que las proges- sia. La GnRH tarnbién puede estar involucrada én e
tinas estimulan la proliferación alvéolai.inuranté la inicio de la menopausia, d"bido a cambios en el valor
pubeitad.crece un poco el tejido glandtiiár, junto cor.r absoluto de la hormona, o a alteraciones en la periodi-
la deposición de tejido.adipo¡,o, pero el áesarrollo cidaddesusecreción.Porejernplo,iosovariosderara.
extenso ocurre durante el embarazo, que es cuando el jóvenes, los cuales tienen numeiosos folículos, no fun-
tejido glandular está expuesto a altas óoncentraciones tionun bien en animales ancianos. De,ranera similar.
de estradiol y progesterona.'f,a diferenciación comple- los ovarios de animales viejos reasumirán alguna pro-
ta,principalmenteestudiadaenexplante.srleglántlulas
ducgion de l, cuando se coloquen ert ratas jóvenes.
mamarias, requiere de Ia acció, adicional de pr-olactina,
dLa; ;*É..r posmenopáusicas, en particular, son
glucocorlicoides. insulina u hon¡ona de crécimiento, p."ñ;;l;s problemas relacionados con er catabo-
así como de un factor sérico no id.entihcadqfiDe estas ii.rl" ,i*r"r. La estrona no siempre puede prevenir 1a
hormonas, sólo la concentración de prolactiña cambia :;;:;^';:,::
de ma.erá notable en er embararo, uunr.nru
'i"r"iá
:l*l^1,.^,::
tejidos sexuales secundarios, sobre rodo
valores rllenores cie 2 ng/dl hasta mas ¡. r0ó ;;di :ltl]l:l: t
las vías urinarias inferiores
v ia vagina.
hacia el final del embaiaro. Se han estudiado .#'j;
La,osteoporosis es.un problema imporlante de saluci
talle los efectos de estas honnonas sobre la,intrriñ
en.las personas. ancianas; las mujeres con e1 descenso
varias proteínas lácteas, incluyendo fu U.touitir,"*, v
más severo de la n-iasa muscular tienen concentracio-
la caséína. Dichas hormonas aumentan tu u.lo.i¿"á
nes de estrona más bajas de lo normal.J
desíntesisdeestasproteinasmedianteelaumentocle
la canüdad de mRNl específicos y, por lo menos en i
Los agonistas y antagon¡stas sintéticos
elcaso de la caseína, se debe a un aümento en la trans-
* I
promueven e impideñ la concepción,
crigción genética y a la estabilizacióndel mRNA. I e inhiben et crei¡miento tumoral
.ULa
progesterona, que se requiere para la diferen_ §^t
ciación alveolar, inhibe la producción de leche.y la A. Estrógenos
secreción hacia el firial del embarazo. La lactanc
inicia cuando las concentraciones de
"-r,
h";1;:
ptlgunoscompuestossintéticos-tienenactividadestro-
iOneS de gsta hOfmOna
f) '-D--'"" Yv'¡ruvutvu o¡¡¡lvlrvv§ Lreuvtt 4err Y rudu ESU u-
a .esn¡réq r{el nqrr^i.T nc
génica-,
_y
una o más características farmacológicas
q"rp"er áJ'pr.t",;H"";" estimulan
";;ilp".ifi;
l:lj'::ll*
para retardar el metabolismo hepático,
de iucción
liapiári{ 45), por lo que se ,r"d;;;; *!iTll"11ll"lof
compuestospuedanadministrar-
lactancia continua. L! taó¡anciaaismtnuye d;;;;;; ::ry|rf 9lq,!no
dg lo¡ que primero se desarrollaron
gradual si se impide la\succión, y puede teimin* rári¿o
tue el dietilstilbestrol. Otros ejemplos de esteroidesgradual si se impide la\succión, y puede terminar rapido
fue el
.clletllstllbestrol.
Otros ejemplos de esteroides
por la administración\de una dósis parenteral etevaáa
modificados incluyen al lTcr-etinil estradiol y el
de andrógeno antes d{ que se perrnita la succión.
mestranol, los cuales se usan en anticonceptivos oráles.
/:La lactancia también."rültu en la liberación de
oxítocina de la hipófisis posterior. La oxitocjna esti- /cH"
^
mula la contracción de las células mioepiteliales que ?H, 4
-,¡-o,
rodean los conductos alveolares, de esta manera se I I ll
expulsa la leche. de la glándula.$_a regulación de la 4.-.\,/
sintesis y secreción de Ia oxiroclia se rnenciona en el ( )-i
v
capírulo 45. I ll ón"
Ho-\_/ l"
La menopaus¡a se completa
Dietitsrritbestrot
Gon la pérdida de !a producción
sehansintetizadonumerososcompuestosconactividad
ovár¡ca de estrógeno
;;,i**;;;ü, y argunos de elros tienen implicacio-
.
.
es clínicas. Muchos de estos antagonistas actúan por
;L.asrnujereseneihemisferioo_ccidental dejandetener competencia con el estradiol por su receptor
ciclos menstruales reguiares alrededor de los 53 años, intraóelular (véase después)
b.

740. 17o-Etinil estrad¡ol
cH30
LEn
el hipotálamo, el citrato de clomifeno (Clomid) tiene
una af,rnidad parlicular por el receptor a estrogenos. El
clomifeno originalmente se clesignó como un anticoncep-
tivo. pero en la actualidad se usa para el efecto opuesto.
El clomifeno compite con el estradiol por los sitios re-
ceptores hipotalámicos; así, la liberación de la GnRH
no se restringe y cantidades crecientes de LH y FSH
se liberagfon frecuencia, múltiples folículos maduran
de manera simultánea en respuesta al clomifeno, y se
pueden asegurar embarazos múltiples. La nafoxidina,
un compuesto no esteroide, y el tarnoxifeno, se combi-
nan con el receptor a estrógenos para formar complejos
muy estables con la cromatina; por tanto, el receptor
no puede,reciclarse y estos agentes inhiben la acción
del estradiol por periodos prolongados. Estos antago-
nistas se usan en el tratamiento de cáncer mamario
dependiente del receptor a estrógenos.
CrH,"'
),-cH,-cH,-oa5!
c.Hn/ \---l
Citrato de clom¡feno
Una nueva clase de compuestos llamados moduladores
selectivos del receptor de estrógenos (SERM, del in-
glés selecfive estrogen receptor modulators) ejercen
acción estrogénica agonista en algunas células blan-
co, en tanto que actúan como antagonista en otros. La
primera de esta clase de agentes terapéuticos mimetiza
la acción anabólica de los estrógenos en los huesos
sin afectar los tejidos reproductores. De esta manera,
son útiles en el tratamiento de la osteoporosis. Este
enfoque selectivo podría ser útil en la terapia dirigida
hacia otras clases de receptores esteroides.
Hormonas de las gónadas ' 693
B. Progestinas
A 1o largo del tiempo ha resultado difícil sintetizar
compuestos que tengan actividad de progestina, pero
no acción estrogénica o androgér.rica.Ilos derivados
I 7cr-alkil- sustituidos y 1 9 nortestosterona (p. ej., nor-
tindrona) tienen una mínima actividad androgénica en
muchas mujeres y se usan en anticonceptivós oraleq}
Otra progestina potente es el acetato de medroxipro-
gesterona (Provera) el cual inlribe la ovulación durante
algunos meses cuando se administra como una inyec-
ción de depósito intramuscular. §n embargo, debido
a que las progestinas inhiben el crecimiento celular,
este compuesto se usa con mayor frecuencia en el tra-
tamiento de carcinoma endornetrial bien diferenciadol
Acetato de medrox¡progesterona
-C:CH
Noret¡ndrona
E,stas hormonas actúan a través de su capacidad para
combinarse con receptores intracelulares que después
se Lrnen a regiones específicas de cromatina o DNA (o
ambos) para efectuar cambios en la tasa de transcrip-
ción de genes específicos. Mucha de la información
se ha obtenido a partir del análisis de cómo el estradiol
y la progesterona estimulan la transcripción de los
genes de proteínas de la clara de huevo de aves, en
especial de la ovoalbúmina y la conalbúmina' La de-
terminación exacta de cómo activan estas hormonas
la transcripción genética se encuentra bajo una inten-
sa investigación.
CH,
I
C
1\/
U.
\^/ \
'Í-\-/
CI
Mestranol

741. 694 . Bioqtrímica de Harper
La secuencia de los receptores de estrógenos (ER, del
inglés receptors for estrogen,s) y a las progestinas (PR)
se ha deducido por análisis de las correspondientes
secuencias de cDNA. Estos receptores forman parte
de la familia de genes de los receptores de esteroides
y de hormonas tiroideas que se mencionaron en el capí-
tulo 48. Como en el caso del receptor a los andrógenos,
existen dos formas de ER (o y 0) y de PR (A y B). El
ERcx y ERB son los productos de dos genes diferentes.
EI PR A y el PR B provienen del mismo gen pero de dos
diferentes promotores. Como se ilustra en la figura 44-3,
cada receptor tiene varios dominios funcionales. Los
esteroides se unen al sitio del ligando en la porción car-
boxilo terminal de la molécula de receptor. Esto ocasio-
na un cambio conformacional que permite al receptor
unirse al DNA.;E1 dominio de unión con el DNA del
ER reconoce la secuencia AGGTCANNNTG+CCT (el
elemento de respuesta a los estrógenos, o ERE), en
tanto que el dominio análogo en el PR reconoce la se-
cuencia GGTACANxNTGTTCT, el PRE. La interacción
receptor-DNA permite la activación de varios domi-
nios lra¡rs en cada receptor para influenciar la actividad
de los genes adyacentes a los elementos de respuesta
a hormonas. El aumento (o disminución) de la activi-
dad de genes específicos. resulta en tasas alteradas de
la síntesis de proteínas específiqas. Esto tiene como
consecuencia respuestas metabólicas alteradas.
Algunos puntos, los cuales pueden tener aplica-
ción en los mecanismos de accién de otras hormonas,
incluyen que:
1) Existe una considerable interacción cruzada entre
los receptores a hormor¡as sexuales. La proges-
terona se une al receptor de los andrógenos y de
esta manera es un andrógeno débil; algunos an-
drógenos se unen con el receptor a estrógenos y
mimetizan la acción de estos últimos en el útero.
La revisión de la figura 44-3 revela una alta simi-
litud en las secuencias centrales de 1os elementos
de respuesta a las hormonas. Esto podría expli-
car el porqué algunas hormonas ejercen acciones
"cruzadas" en ciertos casos.
2) Los estrógenos aumentan la concentración tanto
del receptor de estrógenos como del receptor de
progesterona.
3) Parece que la progesterona aumenta la veloci-
dad de recambio de este receptor.
4) Los estrógenos débiles conocidos, como el
estriol, actúan como estrógenos potentes cuan-
do se administran con frecuencia
5) Las diferentes formas del ER tienen efectos se-
lectivos en diferentes tejidos.
(Capir
La información de todos los trastornos que afec::.
sistema reproductor femenino, está más allá del ar: :
-
to de este capítulo, pero algunos trastornos se iius. .
a continuación. El hipogonadismo primario se dc:. -
procesos que involucran de manera directa a los or; ,
y por tanto causan una deficiencia ovárica (ovulac .
-
disrninuida, disminución de la producción de horm..r:.,
o ambas), en tanto que el hipergonadismo secundari,
se debe a la pérdida de la función de la gonadotrop..
-
en la hipófisis. La disgénesis gonadal (síndrome d.
Turner), es un trastorno genético que se presenta ..
relativa fiecuencia, en el cual las personas tienen ..
cariotipo XO, genitales femeninos internos y e..:,
nos, algunas anomalidades severas del desarrollo.
retardo de la pubertad.
Algunos síndromes están relacionados con cant -
dades anormales de hormonas. El más frecuente es ;
síndrome ovárico policístico (síndrome de Stei:,-
Leventhal), en el cual la sobreproducción de andrr,-
genos ocasiona hirsutismo, obesidad, menstruacionc,
ir:regulares y fertilidad alterada; los raros tumores de
las células de Leydig y el arrenoblastoma, produce:
testosterona; los tumores de las células granulosas-teca.
producen estrógenos; y remanentes adrenales intra-
ováricos producen cortisol. El tejido trofoblástiuc
persistente resulta en una mola hidatidiforme benig-
na o su transformación maligna en coriocarcinoma:
ambos producen enormes cantidades de hCG. El ra-
dioinrnunoensayo de la hCG es una prueba diagnósticL
para esta dañina condición y también se usa para vigi-
lar la eficacia de la terapia.
Las gónadas producen células germinales y hormonas
sexuales. Estas clos fur.rciones están tnuy cercanas desde
el punto de vista geográfico (espermatogénesis y pro-
ducción de testosterona en los testículos, la ovogénesis
y producción de estradiol en el ovario), debido a que la
maduración de las células germinales requiere de una
alta concentración local de la respectiva hormona sexual ,
La LH se une a su receptor en la superficie ceiu-
lar de las células de Leydig (testícr,rlos) y a las células
granulosas y teca (en el ovario). El aumento resultante
del cAMP resulta en la remoción de la cadena lateral del
colesterol, nuevamente, como en el caso de la corteza
suprarrenal, el paso lin.ritante en la esteroidogénesis.
Una serie de reacciones enzimáticas, muy notablemente
la catahzada por la 3B-hidroxiesteroide deshidroge-
nasa. resultan en la prodlrcción de testosterona en los

742. Hc¡rmonas de las gónadas ' 695
testículos. Una pequeña cantidad de testosterona es
convertida, por medio de la enzima aromatasa, en
estradiol. Esta reacción es mucho más activa en el ova-
rio, donde el estradiol es la principal hormona que se
produce durante la fase folicular del ciclo menstrual'
Después de que ocurre la ovulación, la testosterona se
elabora en las células foliculares, que ahora constitu-
yen el cuerpo lúteo. La progesterona es laprincipal
Lor-onu involucrada en el mantenimiento del emba-
razo. Inicialmente se produce en el cuerpo lúteo por la
influencia de la LH hipofisiaria y después de la hCG
de la placenta. Después del segundo mes de embara-
zo, la placertfa elabora progesterona de manera direc-
ta. Laintemrpción de la producción o de la acción de
la progesterona resulta en el cese del embarazo'
^
Lás hormonas sexuales, como miembros de la fa-
milia esteroide/tiroides/retinoide, actuan mediante la
unión con sus receptores análogos en las células blanco'
Los complejos ligando-receptor se unen a los elementos
de respuesta a andrógenos, estrógenos o progesterona
en el promotor de los genes blanco. Esto resulta en un
aumento (o disminución) de la actividad de los genes'
De esta manera se afectan numerosos procesos meta-
bólicos, de crecimiento y reproductivos. I
Auchus RJ et al': The regulation of human P450C17
activity: Relationship to premature adrenarche, insulin
resistance and the polycystic ovary syndrome' Trends
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"'"Hormone
deprival andhormone interference Cancer Res

743. 51
Hormonas del páncreas
y del tracto gastroinles'lllal
DarylK. Granner, MD
E1pánc¡eas consiste en órganos muy dife¡entes conte
nidos dentro de una sola esffuctura. La porción acinar dt l
páncreas tiene una función exocrina, que secreta enzl'
mas y iones que se utilizan en el proceso digestivo dentro
del lumen duodenal. La porción endocrina consiste de
los islotes de Langerhans. En uno a dos millones de islo-
tes del páncreas humano reside hasta I a 2Vo de su
peso, que reúne células de varios tipos, listados en el
cuadro5[-1.
¡ Los islotes pancreáticos secretan por 1o menos
cuatro hormonas: insulina, glucagón, somatostatina y
polipéptido pancreático. Las hormonas se liberan en
la véna pancreática, la cual se vacía en la vena pol'ta
-representando
rtna disposición convenierte- tle-
bido a que el hígado es el principal sitio de ¿cción de
la insulina y del glucagón. Estas dos hormo'^as están
principalmente involucradas en la regulació
.r
del me-
tabolismo de carbohidratos, pero afectan rnur-hos otros
procesos. L{ somatostatina, identi ficada inici ahnente
en el hipotálhnqo como la hormona que inhibe la se-
creción de la hormona de crecimiento, se er.luentra en
más alta concentración en los islotes pancrt:áticos que
en ei hipotálamo, y está involucrada en la regulación
de la secreción local de insulina y de glucagón. El poli-
pépti<lo pancreático afecta 1a secreción gastrointestinal.
.- E,l tracto gastrointestinal secreta muchas hormo-
nas, quizá más que cualquier ctro órgano" El propósito
dei tracto gastrointestinal es el de impulsar las sustan-
cias alimenticias a 1os sitics de digestión, proporcionar
el medio apropiado (enzirnas, pH, sales, etc.) para el
proceso digestivo, para mover ios productos de la di-
gestión a través de la mucosa intestinal hacia las células
mucosas y hacia el espacio extracelular, llevar estos
productos hacia células distantes vía la circuiación, y
stGLAS urlLtzADAS EN eslr cnpÍtulo
ACTH HormonaadrenocorticotrÓp¡ca
CCK Coleocistoc¡nina
EGF Factor de crecimiento epidérmico
FGF Factor de crecimiento de los fibroblastos
GIP Polipéptidcgástricoinhib¡dor
IGF Factor de crecimiento similar a la insulina
LDL Lipoproteínas de baja densidad
IDDM Diabetes mellitu§ dependiente de insulina
NIDDM Diabetes mellitus no dependiente de insulina
POGF Factor de crecimiento derivado de las plaquetas
PEPCK Fosfoenolpiruvatocarboxilasa
PGFk ProstaglandinaFr,,
PP Polipéptido Pancreático
VIP Pol¡péptidointestinalvasoactivo
VLDL Lipoproteínas de muy baia densidad
excretar los productos de desecho. Las hormonas gas-
trointestinales ayudan en todas estas funciones.
¡MPCIRTANTIA EIOMÉDICA
La insulina ha sido ia hormona peptídica modelo en
muchas formas; fue la primera purificada, cristalizada
y sintetizada mediante técnicas químicas y moleculares'
Los estudios de su biosíntesis condujeron al concepto
importante de propéptido. La insulinatiene implicacio-
nes biomédicas importantes. En países desarrollados.
la incidencia de diabetes es de 5oá, y un número igual
está sujeto a desarrollar el padecimierrto. La diabetes
mellitus se debe a la insul'iciente acción de la insulina'
propiamente por ausencia o resistencia a su acción. El
glucagón actúa de manera paralela, y agrava esta con-
dición.
Se han descrito los síndromes del padecimiento
que son debidos a una producción excesiva de algunas
hormonas gastrointestinales. Con frecuencia, los sig-
ó97

744. T
698 .
Bi.oquímica de Harper
Cuadro 51-1. Tipos de células en los islotes
nos y síritomas involucran a muchos sistemas de órga-
nos, y el diagnóstico exacto puede dificultarse, a menos
que el médico esté consciente de estos síndromes. Las
hormonas gastrointestinales también son de interés de-
bido a su cercana relación con los neuropéptidos.
i;i{jR
I
Langerhhns identificó los islotes en la década de 1860,
pero no comprendió su función; tampoco lo hicieron
von Mering y Minkowsky, quienes en 1889 demostra-
ron que la pancreatomía producía diabetes.-L¿.+ele-
ción entre los islotes y la diabetes fue sugerida por
Mayer en 1909, y por Sherpey-Schaffer en 1917, pero
fueron Banting y Best quienes probaron esta asocia-
ción en 1921. Dichos investigadores usaron etanol
ácido para extraer del tejido un factor de la célula del
islote que tenía una acción hipoglucémica potente. El
factor fue nombrado "insulina" y rápidamente se de-
mostró que la insulina de islotes de bovinos y porcinos
lC,t¡'¡¡¡'
:
era activa en el humano. En un periodo de un añ- .,
diseminó el uso de la insulina para el tratamient,- :,
la diabetes y se probó que podía salvar la vid¡ ::
paciente.
El poder contar con grandes cantidades de ins
'. . -
bovina o porcina para su estudio, tuvo un efecto drás'--
también sobre la investigación biomédica. La insu..- -
fue la primera proteína de la que se probó tener -:,
acción hormonal, la primera cristalizada (Abel, I 9i:
la primera secuenciada (Sanger y col, 1955),la prim:,:-
sintetizada por técnicas químicas (Du et al., Za:."
Katsoyanis, ca 1964),la primera de la que se dem,- ¡
tró podía ser sintetizada como una molécula precursi:-
grande (Steiner y col, 1967), y la primera prepar;;-
para uso comercial mediante tecnología dei D -.
recombinante. A pesar de la impresionante lista de ..
primera", poco se conoce acerca de cómo traba.la .-
insulina a nivel molecular, si se compara con much¡,
otras hormonas.
La iqs-ulina es un polipéptido que consiste de dos c:-
denas, A y B, unidas por dos puentes disulfuro enti.
1as cadenas que conectan A7 con 81 , y A20 con B 1
n
Un tercer puente disulfuro dentro de la cadena, conect;
los residuos 6 y I 1 de la cadena A, En la mayor pan.
de las especies, no varía la localización de estos puer:-
tes disulfuro, y las cadenas A y B tienen 2l y 30 amitt..-
ácidos, respectivamente. La estructura covalente de l.
insulina humana (masa molecular 5.734 kDa) se mues-
tra en Ia figura 5 I-1, y en ei cuadro 5 1 2 se present¡
una comparación de la sustitución de aminoácidos
encontrada en una variedad de especies. Las sustttti-
ciones ocurren en muchas posiciones dentro de cad;
una de las cadenas sin afectar la bioactividad, y las
posiciones más comunes son la 8, 9, y l0 de la cadena .\.
De tal forma, esta región no es crucial para la bioa.-
tividad.
Gadena A
r'-'l
Gli-lle-Val-Glu-Gln-Cis-Cis-Tre-Ser-lle-Cis-Ser-Leu-Tir-Gln-Leu-Glu-Asn-Tir-Cis-Asn
1 2 3 4 5 6 | 8 9 ro r1 i2 1s i4 15 ro rz ra rg / 21
tl
lt
SS
tl
t/
ti
SS
cadena B i I
I
Fen-Val-Asn-Gln-His-Leu-C¡s-Gli-Ser-H is-Leu-Val-Glu-Ala-Leu-Tir-Leu-Val-Cis-Gli-GIu-Arg-Gli-Fen-Fen-T¡r-Tre-Pro-Lis-Tre
1 2 3 4 5 6 z a'é ro r 12 i3 14 1s 16 17 18 19 2ü 21 22 23 21 25 26 27 29 29 3a
Figura 5l-1. Estructura covalente de la insulina humana. (Reproducida con permiso de Ganong WF: Revlew or i.i=::.
Physiology,l5 ed. Appleton & Lange, 1991.)
de Langerhans
"_(:-P_
D(o6)
Tipo
de célula
Abundancia
relativa
Hormona
producida
A (o cr) - 251" Glucagón
-70k lnsulina
< 5"/. Somatostiatina
F Trazas Polipéptido pancreático
SON
La se relac¡onó
con la en 1921

745. Cuadro 51-2. Variaciones en la estructura
de la insulina en especies de mamiferos*
Hormonas del páncreas y del tracto gastrointestinal ' 699
Cadena A
Cadena B
Figura 51-2. Región de la molécula de insulina requerida para
la actividad biológica. Estructura diagramática de la insulina como
se determinó por cristalografía de rayos X- El área sombreada
ilustra la porción de la insulina que se piensa es la más im-
portante para conferir Ia aciividad biológica a la hormona.
Los residuos Fen 824 y 825 son los sitios de mutaciones
que afectan la bioactividad. Las terminaciones amino de las
cadenas A y B de la insulina, se indican por @, en tanto que
las terminales carboxilo están indicadas por
Q.
(Redibujada
y reproducida con autorización de Tager HS: Abnormal
products of the human insulin gene. Diabetes 1984; 33:693.)
de hidrógeno entre los grupos peptídicos de los resi-
duos B24 y 826 de dos monómeros, y a altas concentra-
ciones, éstos se organizan en hexámeros, cada uno aon
dos átomos de cinc. Estas estructuras de orden superior
hicieron posibles los estudios de la estructura cristalina
de la insulina. Es probable que en concentraciones f,sio-
lógicas, la insulina se encuentre en forma monomérica.
La insulina se sintetiza como una preprohormona
(peso molecular aproximadamente aé ti SOO;, y es et
prototipo para los péptidos que se procesan a partir de
grandes moléculas precursoras. La sec-uencia de 23
aminoácidos, pre- o líder, dirige la molécula hacia el
interior de la cisterna del retículo endoplásmico y des-
pqés es removida. Esto origina una mo1écula de pro-
insulina. con peso molecular de 9 000. proporciona 1a
conformación necesaria para los puentes de disulfuro
apropiados. Como se muestra en la figura 51 3, el or-
denamiento de la proinsulina, iniciando desde el amino
temrinal, es cadena B
-péptido
de conexión (C)-
cadena A. La molécula de proinsulina sufre a una se-
rie de coftes de péptidos en sitios específicos, 1o que
resulta en la fon¡ación de cantidades equimolares de
insulina madura y de péptido C. Estos cortes enzimá-
ticos se resumen en 1a figr-ira 51 3.
^I
r¡- /
\-
-[
Variaciones
en la secuencia
de los aminoác¡dos
humanos
Especies
Humano
Cerdo, perro, esperma de ballena
Conejo
Reces, cabras
Ovejas
Caballo
Ballena Se¡
Cadena A
Posición
8910
Tre-Ser-lle
Tre-Ser-lle
Tre-Ser-lle
Ala-Ser-Val
Ala-Gli-Val
Tre-Gli-lle
Ala-Ser-Tre
Cadena B
Posición
30
Tre
Ala
Ser
Ala
Ala
Ala
Ala
.
Modificado y reproducido con autorización de Ganong WF: Fe-
vi ew of M edical P hysi ology, 1 sth ed. Appleton & Lange, 1 991 .
Algunas posiciones y regiones están altamente
conservadas; incluyendo 1) las posiciones de los tres
enlaces disulfuro; 2) los residuos hidrófobos en la re-
gión carboxilo terminal de la cadena B; y 3) las
regiones amino y carboxilo terminales de la cadena A.
La modificación química o sustitución de aminoáci-
dos específicos en estas regiones, ha permitido a los
investigadores formular una región activa compuesta
(figura 5 l-2). La región hidrófoba carboxilo terminal
de la cadena B, también está involucrada en la
dimerización de la insulina.
Entre
y la porc¡na, ex¡ste una $im¡litud
muy cercana
La insulina porcina difiere en un solo aminoácido, sus-
titución de una alanina por treonina en 830; en tanto,
la insulina bovina tiene esta modificación además de las
sustituciones de alaninaportreonina enA8 y de valina
por isoleucina en A10 (cuadro 51-2). Estas modifica-
ciones no originan cambios apreciables en la actividad
biológica y muy poca diferencia antigénica. Aunque
todos los pacientes que tienen insulina heteróloga,
desarrollan pequeños títulos de anticuerpos circulan-
tes contra esta molécula, sólo algunos desarrollan
títulos de imporlancia clínica. Las insulinas porcina y
bovina se utilizaron como terapia estándar para la dia-
betes mellitus, hasta que se produjo por medio de la
tecnoiogía del DNA recombinante, la insulina huma-
na. A pesar de una amplia variación en la estructura
primaria, la actividad biológica es aproximadamente
de 25 a 30 UI/mg en peso seco para todas las insulinas.
La insulina forma estructuras compiejas muy in-
teresantes. El cinc está presente en alta concentración
en la célula B, y fonna complejos con la insulina y la
proinsulina. Las insulinas de todas las especies de ver-
tebrados, forman dímeros isólogos a través de puentes

746. 700 . Bioquímica de Harper (L'apit,,
Péptido de conexión
/
s
proteol íticos ( sim i lares a la tri psina ) y exoprol.eol íticos
(como la carboxipeptidasa B) están involuóradas, pr-Les-
to que la secuencia de la hormona puede ocurir en el
carboxilo terminal dei precursor (somatostatina), en
el amino terminal (polipéptido pancreático), en ambos
extremos (insulina), o en la parte media (glucagón).
En los organelos subcelulares
ocurre la sírytesiis_dejnsulina
y la fgrxnación de gránulos
La p_,roins,ulina es sintetieada por los ribos-oma.s- sobre
el reticulo endoplásmico rugoso, y la remoción enzimá-
ticá del segmento lider (pre) del péptido con la formación
del enlace disulfuro y el doblez (hgura 5l-3), tienen
o*
o"
Figura 51*3. Estructura de la proinsulina humana. Las moléculas de insulina y de péptido C están conectados en dos sit:.
por enlaces dipéptido. Un corte iniciai por una enzima sinrlar a Ia tripsina (flechai abiertas) seguido de varios cortes por una e--
zima similar a la carboxipeptidasa (flechas sólidas), resulta en Ia producción de Ia moléculá heterodimérica (AB) de insul r-:
y péptido C.
Otras hormonas de las células
de los islotes también se s¡ntet¡zan
como moléculas precursoras
3-t.'q++.9t
oEas-hsr¡¡o¡as de las célght de los is-
ento enzimá-
to
L-rgar en la cisterna de este organelo. La mQléqula oe
proilsulina es transporlada lraiil-el aparato desolgi
en donde se inicia la proteólisis y es ernffid4
_qn 1os
gránulos secretor.es. En los gránulos c,ontinúa ia 4¡a-
duración, confome atraviesan el citoplasma haeia 1a
membrana plasmática. La proinsulina y [a insulina i.
combinan con el cinc para fomtar hexámeros, pero de-
bido a que cerca de 959'o de la proinsuiina es conve-r1itl¡
en insulina, son 1os ,,cristales de ésta última 1os que
confieren la identidad morfológica a los gránulosj Dentrc,
de los grántrlos están presentes cantidades equimolares
del polipéptido C" pero estas moléculas no forman una
estructura cristalina. Debido a una estimulación apropta-
da (véase después), los gránulos maduros se fusionar.
con la membrana plasmática y descargan u c*téñi¿.
hacia el líquido extracelular por medio de un procesc
de exocitosis.
[-as propiedades de la proinsulina
y del péptido C difieren de las
de !a ínsulina
Las proinsulinas varían en longitud, de 78 a 86 amino-
ácidos; la variación ocurre en la región del péptido C
Cadena A
lnsulina
Cadena B
L.

747. Hr¡rmonas clel páncreas
.v del tracto gastrointestinal ' 701
La proinsulina tiene la misma solubilidad y punto rso-
eléctrico que la insulina; también forma hexámeros con
los cristales de cinc, y reacciona fuertemente con el
antisuero de insulina. Asimismo, la proinsulila tiene
menos de 5oA dela bioactividad de la insulina, 1o que
indica que gran parte del sitio activo de esta última se
encuentra ocluido en la molécula precursora. AIgo de la
proinsulina se secreta con la insulina y, en ciertas con-
diciones (tumores de células de los islotes), en cantida-
des mayores a lo notmal. Debido a que la vida me_dia
plastrática de la prornsuljna es significativame¡ie
ma)iltr que la de la insulira, y también debido a que la
proinsql-ina muestra una fuerte reac-.ción.cruzada con
ei antisuero de insulina, en un radioinmuÍ)oensayo para
"insulina", se puede sobreestimar la bioactividad de
la "insulina" en el piasma.
No se conoce la actividad biológica del péptido
C. Ésta es una molécula diferente desde el punto de
vista antigénico. Así, por medio del inmunoensayo del
péptido C, se puede distinguir la insulina secretada de
manera endógena, de la que es administrada de manera
exógena, y además cuantificar la primera cuando los
anticuerpos antiinsulina impiden la nTedición directa
de la insulina. Los péptidos C de diferentes especies
tienen una alta tasa de sustitución de aminoácidos. una
observación que subraya la probabilidad de que este
ti-agrr,ento no tiene actividad biológica.
El ar:reglo estructural de la molécula precursora
no es irnico para la insulina; hormonas peptídicas rela-
cionadas muy cercanamente (relaxina y los factores
de crecimiento similares a la insulina) muestran tener
el mismo arreglo general.
. I ;. :..- -.,. -- '.,:.
.! ,.-,
,'
E_lgen de la insqljna humana (figura 51-4) se localiza
en el brazo cofio del cromosoma 11. En muchos rna-
míferos se expresa un solo gen de la insulina que está
organizado de manera similar al del ser humano, pero
ias ratas y los ratones tienen dos genes no alélicos.
Ambos codifican para una misna proinsulina, la cual
es procesada en dos moléculas distintas y activas de
insulina. La síntesis de insulina en sistemas de expresión
bacteriana, usando la tecnología de DNA recombinan-
te, proporciona una fuente excelente de esta honnona
para los pacientes diabéticos.
La regulación d* ia seerecién
de ia insuiirra es rnuy preti:ia
E1 pá_ncreas.del ser humano secleta 40 a 50 unidades de
insulina p,or.día. lo que representa cerca de 15 a2AuA
de la hormona almacenada en la glándula. La stcre-
ciéLde
"ia-iusulina
es un proceso que requiere de energía,
que involugra al sistema de microtubulos-microfi lamentos
Figura 5l-4. Estructura diagramática del gen de la insulina hu-
mana. Las áreas con líneas diagonales corresponden a re-
giones no traducidas del correspondiente mRNA, las regiones
abiertas corresponden a las secuencias de intervención, y las
regiones coloridas corresponden a las secuencias de codifi-
cación. L, B, C y A identifican las secuencias de codificación
para el péptido líder (señal), la cadena B de insulina, el péptido
C y la cadena A de la insulina respect¡vamente. Nótese que
la secuencia de codificación para el péptido C está dividida
por una secuencia de intervención. La estructura diagramá-
tica está dibujada a escala. (Redibujada y reproducida con
autorización de Tager HS: Abnormal products of the human
insulin gene. Diabetes 1984; 33:693.)
en las células B de los islotes. En la liberación de la in-
sulina, se ha implicado un n[tmero de mediadores.
A. Gl-ueosa
U-n-aumento de la cclqggntr-ación plasrnática de glucosa.
es el regulador más irnportante de la secreción de instL-
lina. Pa¡a la secreción, ia concentración umbral es el
nivel plasmático de glucosa en el ayLno (80 a 100 mg/dl-),
y la respuesta máxir¡a se obtiene con niveles de glucosa
entre 300 y 500 mg/dl-.
El metabolismo de la gl-ucosa se inj.sia por medio
cle la enzjn, a.gluc-o,cjqasa, que cqn-yierte la gl.r-rcosa en
glucosa 6 fbsf'ato. la cual está muy'relacionada con la
sécreción de insulina. No está claro si los rnetabolitos
intracelulares o bien, iá velocidad de flujo metabó1ico,
a través de una vía como la de las pentosas fosf'ato, el
ciclo del ácido cítrico, o la glucolítica, están involucra-
dos. En términos generales se acepta qlle uU-a_umelto
de la relación ATP/ADP resulta en 1a inhibición de 1os
canales de eflujo Ktsensibles aATP. Esto ocasiona la
déspolarización de las células B y la activación de los
canales de Ca2' sensibles a voltaje. El influjo de Car-
rg§ulta en la secreción de insulina.
B. Factores hormonales
Numerosas hormonas af-ectan la liberación de 1a ittstL-
lina. Los agonistas ct-adrenérgicos, en especial la adre-
nalina, inhiben la liberación, aún cuando este proceso
sea estimulado por la glucosa. Los agonistas p-adrenér-
gicos estimuian la liberación de insulina. probable-
mente por medio del aumento intracelular del cANIP
(véase después).
La exposición crónica a niveles excesivos de hor-
mona de crecimiento, cortisol, lactógeno placentario.
estrógenos y progestinas, también aumenta la secreción
de insulina. No resuita sorprendente que. en consecuen-
cia, la secreción de insulina aumente de manera gradual
durante las últimas etapas del embarazo.
C. Agentes farmacolégicos
Muchos medicamentos estimulan ia secreción de insu-
lina, pero los compuestos de la sulfonilurea se usan de

748. ( C tti.
manera muy fiecuente para terapia en el ser humano.
Los fámacos como la tolbutamida, estimulan la Iibe-
ración de insulina mediante un mecanismo diferente
al empleado por la glucosa y han alcanzado un amplio
empleo en el tratamiento de la diabetes mellitus tipo 2
(no dependiente de insulina). Recientemente se ha
clonado un receptor de células B pancreáticas, el cual
se une a esta clase de medicamentos. Este receptor está
cercanamente t'elacionado con los canales de K* sen-
sibles al AIP descritos previamente, lo que podría
explicar el mecanismo de acción de esta importante clase
de medicamentos.
so,- NH
-
C* NH
-
(CH,)3_ CH3
Tolbutamida
, :::. r:..i.:¡a.,,
':.:-ii.
A diferencia de los factores de crecimiento similares a
la insulina, ésta no tiene una proteína plasmática de
transporte; de esta forma, la vida media plasmática es
menor de 3 a 5 minutos bajo condiciones normales.
Los principales órganos involucrados en el metabolis-
mo de la insulina son e1 hígado, riñones y placenta;
cerca de 50% de la insulina es removida en un solo
paso a través del hígado.
Mecanismos que invoiucran dos sistemas enzimátj-
cos solr los responsables del metabolismo de la insulina.
El primero involucra a una proteasa específica para
insulina que se encuentra en muchos tejidos, pero la ma-
yor concentración es en los ya mencionados. Se ha
purificado esta proteasa del músculo esquelético, y se
sabe que depende de sulflridrilo y que se activa en un
pH fisiológico. El segundo mecanismo involucra a una
transhidrogenasa insulina-glutatión hepática. Esta
enzima reduce los enlaces dtsulfuro, y después, las
cadenas A y B individuales son degradadas de manera
rápida. No está claro cuál de los mecanismos es más
activo bajo condiciones fisiológicas, ni tampoco está
claro si alguno de los procesos está regulado.
La función cenfal de la insulina en el metabolismo de los
carbohidratos, lípidos y proteínas, se puede apreciar
mejor mediante el examen de las consecuencias de una
deficiencia de insulina en el ser humano. La manifbs-
tación fundamental de la diabetes mellitus es la hi-
perglucemia. que resulta de I ) la disr¡inución de la
entrada de la glucosa en las células; 2) disminución de
la utilización de Ia glucosa por varios tejidos; y 3) au-
mento en la producción de glucosa (gluconeogénesis)
en el hígado (figura 51 5). Más adelante se m;.-
nará con mayor detalle cada uno de el1os.
A pesar de una adecuada ingesta de glucrs, .
poliuria y la pérdida de peso son los principales s. -
-
mas de la deficiencia de insulina.
¿Cómo se e, _:
esto? En el ser humano sano, el nivel de clu.,.._
plasnrática nara yez excede l20mg/dl, pero*nri. .,
mucho mayores se encuentran de manera rutinan; ;
los pacientes con una deficiencia en la acción c; .
insulina. Después de alcanzar cierto nivel de slucl-.
plasmática (por 1o general > 80 mg/dl.), se er-cede -
máximo nivel de reabsorción tubular renal de eluc:-
sa, y se excreta glucosa en la orina (glucosuriat. E
volumen de orina aumenta debido a la diure...
osmótica y la pérdida de agua obligatoriameflte r.,.r. -
cidente (poliuria); esto, a su vez, conduce a u:.
deshidratación (hiperosmolaridad), aumenta la secl.
'.
una ingesta de agua excesiva (polidipsia). La gluco:..-
ria causa una pérdida substancial de calorías (4.1 kc.:
por cada gramo de glucosa excretada); tal pérdii:
cuando está acoplada a la pérdida de tejido muscul:
y adiposo, resulta en una severa pérdida de peso a pe-
sar de un elevado apetito (polifagia) y de una inges::
normal o aumentada de calorías.
La síntesis de proteínas disminuye en ausencia d.
insulina, esto es parcialmente debido a que el trans-
porte de aminoácidos en el músculo se encuenrr:
disminuido (los aminoácidos sirven como sustrarrrs
gluconeogénicos). Así, las personas con una deficien-
cia de insulina tienen un balance nitrogenado negatir .,
Se pierde la acción antiiipolítica de la insulina" as.
como su efecto lipogénico; por tanto, los niveles
plasmáticos de los ácidos grasos se elevan. Cuando se
excede la capacidad del hígado para oxidar los ácidos
grasos hasta CO,, se acumula ácido
B-hidroxibutírico
y ácido cetoacético (cetosis). De manera inicial, el
organismo compensa la acumulación de estos ácidos
orgánicos mediante una gran pérdida de CO, respira-
torio, pero si no se veril'rca por la administración de
insulina, sobreviene una acidosis metabólica severa
Deficiencia de insulina
(y exceso de glucagón)
Y--- f
-
t f
Disminución Aumento de la Aumento del Lipólisis
de la captura producción catabolismo elevada
de glucosa de glucosa de proteínas
I
I
vi
H¡pergluce.mia.
Elevac¡ón rtc Inq
Elevación de
0,. Il5l""lli;
",
",¡.Iaii",
pr"","aii-.
FFA,1l1"31l
-.
o
peroida de nitróoeno
celogenes
q
oepleclon
en la orina"
cetonuria
de electrolitos ceionemia
LI.--_____*P",j"?J::T,
" " .___-_--
Figura 51-5. Ftsiopatología de la deficiencia de lnsulina

749. y el paciente muere por coma diabético. La fisiopato-
logía de la deficiencia de insulina se resulrle en la figura
5 1-5.
A. Efectos sobre el transporle
en la membrana
La concentración de glucosa libre intracelular es muy
baja en comparación con la concentración extt:acelular.
La velocidad de transporle de la glucosa a través de la
membrana plasmática de las células muscttlares y
adiposas determina Ia velocidad de_foqforila-eió¡ de-la
glucosa ¡ su'posTerior metabolisrno. cuando los nire-
les de glucosa e insulina son normales. Cuáhd-ó seélcva
la glucosa o la insulina, como sucede después de una
comida, la fosforilación se vuelve el paso limitante.
La n-glucosa y otros azúcares con una configi"rración
similar er.r 1as posiciones C 1-C3 (galactosa, o-xilosa y
L-arabinosa), penetran en la célula mediante difusión
facilitada mediada por acarreador a través de un
transpofiador de glr.rcosa. Se han identificado por lo
menos cuatro transportadores diferentes mediante téc-
nicas de clonación molecular. Estos se conocen como
transportadores de glucosa 1-4 (GLUT-l-4). El GLUT I
es ubicuo y es el principal transpofiador en el cerebro.
El GLUT 2 se localizaprincipalmente en el hígado, donde
está funcionalmente asociado con la glrcosacinasa. El
GLUT
,1
se localiza en el tejido adiposo. múrsculo cardiaco
y músculo esquelético. donde se asocia füncionalmente
con la hexocinasa ll. E,l transporte de glucosa en el
último tejido, aumenta de manera marcada por la in-
sulina: esto involucra un efecto sobre la tr/,,,,, (aumento
del número de transportadores) y no sobre laK,, (aumen-
to de la afinidad de unión). Lo anterior se acompaña
por el reclutamiento de transportadores de glucosa
desde una reserva intracelular inactiva, moviéndolos
hacia un sitio activo en la membrana plasn,ática (figu-
ra 51-6). Dicha translocación del transportador de-
pende de temperatura y energía, y es independiente de
la síntesis de proteínas.
La cé1ula hepática representa una excepción no-
table a este esquema. La insulina no promueve la
clifusión facilitada de la glucosa hacia 1os hepatocitos,
pero aumenta de manera indirecta el flujo neto de en-
trada" por medio de 1a conversión de la glr.rcosa
intracelular en glucosa 6-fbsfato a través de la acción
de la glucocinasa, que es una enzima inducida por ia
insulina. Esta rápida fosforilación rr-rantiene muy baja
la concentración de glucosa libre en el hepatocito, de
manera que se lavorece la entrada por difi.rsión simple
a lavor de un gradiente de concentración.
La insulirra también promueve la entrada de
aminoácidos a 1as células, en particular en los múscu-
los, y aumenta el movimiento de Kt, Ca:' nucleósidos
y fbsfato inorgánico. Estos efectos son independien-
tes de la acción de la insulina sobre Ia entrada de la
glucosa.
Hormonas del páncreas y del tracto gastrointestinal '
Disoc¡ación
A
\l)
@
Translocación
703
Reserva
lnlracelular
@ Union
1
Figura 51-6. Translocación de los transportadores de glucosa
por la insulina. (Reproducido con permiso de Karnieli E y col:
I nsulin-stimulated translocation of glucose transport systems
in the isotated rat adipose cell. J Biol Chem 1981, 256:4772.
Cortesía de S. Cushman.)
B. Efectos sobre la utilización de la glucosa
La insulina influye en la utilización intracelular de glu-
cosa en un número de formas. tal como se ilu;tra a
continuación.
Convertida en energía
(glucólisis)
Convertida en grasa
Convertida en glucógeno
En una persona sana, cerca de la mitad de la giuco-
sa ingerida es convefiida en energía a trar,és de la vía
glucolítica, y cerca de la mitad se almacena como gra-
sa o glucógeno. La giucólisis disminlrye en ausencia
de insulina, y el proceso de glucogénesis y lipogénesis
se ven impedidos. De esta fonna, sólo 5% de ia carga
de glucosa ingerida es convertida en grasa en una per-
sona diabética con deficiencia de insulina.
La insulina aumenta la glucólisis hepática median-
te el aumento de la actividad y la cantidad de algunas
enzimas importantes, incluyendo la glucocinasa. fos-
fbfructocinasa y piruvato cinasa. La elevada glucólisis
^f,
ry
fL
-/ l\
6rransporte &7
/Í4
o- sistemás z"N
cu
,J
Qe
transporte \}-i^)
gluccisa'-*1
^-
\@

750. 704 .
Bioquimic:a de Horper
aumenta la utilización de la glucosa y así disminuye
de manera indirecta la liberación de glucosa hacia el
plasma. También la insulina disminuye la actividad de
la glucosa 6-fosfbtasa, 1a cual es una enzima que se
encuentra en el hígado, pero no en los múrsculos. De-
bido a que la glucosa 6-fosfato no puede salir de la
membrana plasmática, esta acción de la insulina re-
sulta en la retención de glucosa dentro de las células
hepáticas.
En el músculo esquelético, 1a insulina promueve
ia entrada de la glucosa a través de un transporlador y
aumenta a la hexocinasa II. ia cual fosforila a la glu-
cosa e inicia el metabolismo de la glucosa. [_a insulina
promueve la lipogénesis en el tejido adiposo l) propor-
cionando 1a acetilCoA y el NADPH requerido para la
síntesis de ácidos grasos; 2) mar.rteniendo el nivel nor-
mal de la enzima acetilCoA carboxilasa, la cuai cataliza
la conversión de acetiiCoA en malonil-CoA; y 3) pro-
porcionando el glicerol involucrado en la síntesis de
triacilglicerol. En la insuficiencia de insulina, todos ellos
se encuentran disminuidos, por tanto, también dismi-
nuye la lipogénesis. Otra razón para la disminución de
la lipogénesis en la insuficiencia de insuiina, es que los
ácidos grasos liberados en grandes cantidades por
medio de algunas hormonas, cuando no se contraponen
con 1a insulina, inhiben por retroalimentación su propia
síntesis mediante Ia inhibición de la acetilCoA carboxi-
lasa. El efecto neto de la insulina sobre las grasa es,
por tanto, anabólico.
La acción final de la insulina sobre la utilización
de la gh.rcosa, involucra otro proceso anabólico. En el
hígado y en el músculo, la insulina estimula la conver-
sión de la glucosa en glucosa 6-fosfato (por la acción
de la glucocinasa,v la hexocinasa II), que se isomeriza
a glucosa l-fosfato y es incorporada en el glucógeno
por la enzima glucógeno sintasa, actividad que es esti-
mulada por la insulina. Esta acción es indirecta y dual
en su naturaleza. La insulina disminuye los niveles de
cAMP mediaute la activaciór'r de una fosfodiesterasa.
Debido a qr-re la fosforilación dependiente de cAMp
inactiva al glucógeno sintasa, bajos niveles de este
nucleótido le permiten ala enzima mantenerse en su
forma activa. La insiriina también activa una fosfatasa
que desfosfbrila al glucógerro sintasa, por tanto resul-
ta en la activación de esta enzima. Finalmente, la insu-
lina inhibe a ia fosforilasa por un mecanismo que
involucra cAMP y fosf'atasa, tal como se mencionó
previamente, y esto disminuye ia liberación de gluco-
sa del glucógeno. El efecto neto de la insulina sobre el
metabolismo del glucógeno también es anabólico.
C. Efectos sobre la producción
de gl u cosa (gluconeogénes§
Las acciones de la insulina sobre el transpofie, glucóli-
sis y glucogénesis, ocunen en segundos o minutos; esto
es debido a que involucra, principalmente, la activa-
ción o inactivación de las enzimas por fosibnlac. - -
desfosforilación. Un efecto a largo plazo sobre l¡ -. _-
cosa plasmática, involucra la inhlbición de la siL- -
neogénesis por parte de Ia insulina. Asimismo. ir : :.
mación de glucosa a partir de precursores no carbohr¿--.-
tos, involucra una serie de pasos enzimáticos, much - .
de los cuales se estimulan por el glucagón (actuand,-, :
través de cAMP), por hormonas glucocorticoides. .
en menor extensión por agentes cx y
B adrenérgic..
angiotensina II y vasopresina. La insulina inhibe esr¡.
mismos pasos. En el hígado, la principal enzima glucc -
neogénica es la fosfoenolpiruvato carboxilasa (PEPCK
de inglés phosphoenolpy ruvate carboxy kinase), la cu,a,
convierte el oxaloacetato en fosfoenoipiruvato. L.
insulina disminuye la cantidad de esta enzima mediante
inhibición selectiva de la transcripción del gen que cc.-
difica para el mRNA para la PEPCK (véase después.,
D. Efectos soóre el metabolismo
de la glucosa
La acción neta de todos ios efectos anteriores de la in-
sulina, es disminuir el nivel de glucosa sanguínea. Er
esta acción, la insulina se encuentra sola contra una
serie de hormonas que intentan contrarrestar tal efec-
to. Sin duda, esto representa uno de los mecanismos
de defensa más imporlantes del organismo, debido a
que la hipoglucemia prolongada representa una ame-
naza moúal potencial para el cerebro y, por tanto, se
debe evitar.
E. Efectos sobre el metabolismo
de los lípidos
Las acciones lipogénicas de la insulina se mencionaron
en el contexto de la utilización de la glucosa. La insu-
lina también es un potente inhibidor de la lipólisis en
el hígado y en el tejido adiposo, y de esta forma tiene
un efecto anabólico. Esto es parcialmente debido a la
capacidad de la insulina para disminuir los niveles de
cAMP tisular (el cual aumenta en estos tejidos por las
hormonas lipolíticas glucagón y adrenalina), pero tam-
bién se debe al hecho de que la insulina inhibe la acti-
vidad de lipasa sensible a hormonas. Presumiblemente
esta acción se debe a la activación de la fosfatasa que
desfosforila, y por tanto inactiva, a la lipasa o a la pro-
teincinasa dependiente de cAMP. Así, la insulina dismi-
nuye los ácidos grasos circulantes. Esto contribuye a
la acción de la insulina sobre el metabolismo de los
carbohidratos, puesto que los ácidos grasos inhiben la
glucólisis en algunos pasos, y estimulan la gluconeo-
génesis. De esta manera, la regulación metabólica no
puede discutirse en el contexto de una sola hormona o un
solo metabolitol La. regulación es un proceso complejo
en el cual el flüjo a través de una determinada vía, es
el resultado de la interacción de numerosas hormonas
y metabolitos.
En los pacientes con deficiencia de insulina, au-
menta la actividad de la lipasa, lo que resulta en una
elevación de ia lipólisis y de concentración de ácidos
b-

751. Í{ormonas del páncreas y del tracto gastrointestinat .
705
grasos libres en el plasma y en el hígado. También
aumentan los niveles de glucagón en estos pacientes,
io que eleva la liberación de ácidos grasos. (El glucó-
geno se opone a muchas acciones de la insulina, y el
estado n-retabólico en el diabético, es un reflejo de los
niveles reiativos de glucagón e insulina). Una porción
de los ácidos grasos es metaboiizada a acetil-CoA (el
inverso de la lipogénesis! después a CO2 y H2O, vía
el ciclo del ácido cítricoiÉn los pacientes con deficien-
cia de insulina, 1a capacffid de este proceso se excede
de manera rápida y Ia acetilCoA es convertida a aceto-
acetil-CoA, y después en los ácidos acetoacético y
B-hidroxibutírico. La insulina reviede esta vía.
Aparentemente, la insulina afecta la lormación o
Ia eliminación de VLDL y de LDL, debido a que estas
partículas, y en consecuencia el nivel de colesterol, casi
siempre se encuentran elevadas en los diabéticos poco
controlados. La acelerada arterioesclerosis, que es un
problema serio en muchos pacientes diabéticos, se atri-
buye a este defecto metabólico.
Las acciones de la insulina pueden inferirse por
medio de la revisión de la figura 5 1-7, en la que se mues-
tra el flujo a través de aigunas vías críticas en ausencia
de la hormona.
F. Efectos sobre el metabolismo
de las proteínas
Po r I o g e n e r a l, I a,i n s ul in.a,_!iq:§:
_Sq _"&Ste .Apg_bélic o
sobre el met+boli-smo delas p,rptpir-rgs, por estirnular
-la
síntesis de proteínas y retardar la degradación de
Glucosa
(hiperglucemia)
n
II
t
Glucosa en orina
(glucosuria)
Derrvación
\,
de la hexosal
monofosfato
I
I
./l-' _
\!-
Glucógeno i
lr
Glucosa o-foslato
Grasa
(tejido adiposo)
n
il
v
Ácidos grasos libres
(plasma)li
ttevaoa ttpoltsts
trS Elevadaglucogéno¡¡s¡s
- - - +- Glucóiisis alterada, sintesis de glucógeno
y oxidación de la acelil CoA
ff+ Eievadagluconeogeneis
Tr¡osa fosfato *"
u
I i i"f"^
('".:j:l-
"
?"'"'';hfu,,
\".""r",^^-"
t#-
\
(i*=
)
ffi:
t
Aminoácidos
Figura 51-7. En la deficiencia de insulina grave, se presenta una lipólisis acelerada; esto da por resultado una elevación de
los niveles plasmáticos de triacilglicerol (hiperlipidemia) Una pequeña porción de acetil-CoA [uede metabolizarse por med¡o
del ciclo de_l ácido cítrico, y el restante forma cuerpos cetónicos (cetonemia), además, parte ie excreta (cetonuriaj. Una vez
que se inhibe la glucólisis, la glucosa 6-fosfato formada a partir de la gluconeogénesis acelerada, se cünvierte en glucosa;
esto, aunado a la glucogénesis acelerada, da por resultado hiperglucemia (por ia disponibilidad incrementada de amlnoáci-
dos y el aumento en la concentración de PEPCK). La insulina, bálicamente, revierte estos procesos.

752. 706 . Bioquímica de Harper
éstas. La insulina estimula la captura de aminoácidos
neutros en el múrsculo, 1o cual es un efecto que no se
reiaciona con la captura de glucosa ni con la subse-
cuente incorporación de los aminoácidos en las
proteíngé. Se piensa que los efectos de la insulina so-
üFefa"síntesis generaI de proteínas en el músculo
esquelético y cardiaco son ejercidos a nivel de Ia tra-
ducción del mRNA.
En años recientes, se ha demostrado que la insulina
influye en la síntesis de proteínas específicas mediante
cambios en el correspondiente mRNA. Esta acción de
la insulina, la cual puede finalrlente explicar muchos
de los efectos que tiene ia hormona sobre la actividad
o la cantidad de proteínas específicas, se menciona
más adelante con mayor detalle.
G. Efectos sobre la replicación celular
La insulina estimula la proliferación de un determinado
número de células en cultivos, y podría involucrarse
en la regulación del crecimiento ü¡ ylyo. Los fibroblas-
tos cultivados son las células que con mayor frecuencia
se usan en estudios de control del crecimiento. En estas
células, la insulina potencia la capacidad del fáctor de
crecimiento de los flibroblastos (FGF, del inglés /ióro-
blasl growth.fctctor'), el factor de crecimiento derivado
de las plaquetas (PDGF, del inglés platelet-derived
grottth
./'actor'), el factor de crecintiento epidénnico
(EGF, del inglés epidermol growth /'actnr'),los ésteres
de forbol que promueven tumores, prostaglandinas F,,,
(PCF2,,), vasopresina y análogos del cAMP para estitnu-
Iar la progresión del ciclo celular en células detenidas
en la fase G1 del ciclo" por la privación de suero.
Una nueva y excitante área de investigación se
refiere a la actividad de la tirosina cinasa. El receptor
de insulina, jur.rto con los receptores de muchos pép-
tidos que promueven el crecimiento, incluyendo 1os
PDGF y EGF, tienen actividad de tirosina cinasa. Resul-
ta interesante que muchos productos de Ios oncogenes,
algunos de los cuales se sospecha que están ir.rvolucra-
dos en la estimulación de la replicación de las células
malignas, también tienen actividad de tirosina cinasa.
Las células de los mamíferos contienen análogos de
estos oncogenes (proto-oncogenes), los cuales pue-
den estar involucrados en la replicación de las células
nonnales. El apoyo para ia teoría de que están invo-
Iucrados, proviene de obsenaciones recientes de que la
expresión de por 1o menos dos productos de los proto-
oncogenes, c-fo,s y c-m!,c, aumentan por la adición de
PDCF sérico, o de insulina. a células cuyo crecimien-
to está detenido.
La acción de la insulina comienza cuando la hormona
se une a su receptor glucoproteico especilico sobre la
(Co¡'i¡¿¡l' '
superficie de la célula blanco. Las diversas accion..
de la hormona (figura 5l-8) pueden ocurrir en un 1ai-
so de segundos o minutos (transporle, fosforilacion ;.
la proteína, activación de la enzima e inhibición de ,
síntesis de RNA), o después de algunas horas (síntes..
de proteínas y DNA, así como crecimiento celular i
El receptor de la insulina se ha estudiado en
_sré.
detalle mediante técnicas bioquímicas y de D\:,
recombinantes. Es un heterodímero que consiste c.
dos subunidades, designadas como o y
B, en la con1.-
guración crrp,, unidas por enlaces disulfuro (figLir.
51 9). Ambas subunidades están fosforiladas de r.n;-
nera extensa, y la remoción del ácido siálico y de i,
galactosa, disminuye la unión, así como Ia acción c.
la insulina. Cada una de estas subunidades glucoprc-
teicas tiene una estructura y función única. La su-'-
unidad cr (135 kDa) es completamente extraceluiar.
une a la insulina, probablemente vía un donrinio ric.
en cisteína. La subunidad
B
(95 kDa) es una proterl-
transmembranal que desarrolla la segunda funcrt:
principal de un receptor (capítulo 4zl): la transduccrc:.
de la señal. La porción citoplásmica de la subunidad
p tiene actividad de tirosina cinasa y un sitio dc
autofosforilación. Se piensa que ambas están inr.ol,.-
cradas en la transducción de la señal y en la acción ,1.
la insulina (véase después). La estrecha similitud entr.
tres receptores con funciones muy diferentes, se niues -
tra en la figura 5l 9. De hecho, algunas regiones de -:
subLrnidad
B tienen homología de secuencia con ei r;-
ceptor EGF.
El receptor de la insulina es sintetizaclo y degr.-
dado de manera constante, y su vida media es de
-
-
12 horas. El receptor es sintetizado en el reticul
endoplásmico colrro url péptido de cadena senci1la.
rápidamente se fbsfbrila en la región Golgi. El precLr:-
sor del receptor a la insulina humano tiene I -l¡-
aminoácidos, con un peso molecular de 190 000 ¡ s.
cofia para formar las subunidades o y p maduras, E
receptor de la insulina en el ser humano se localiza ::
el cromosoma 19.
Los receptores de insulina se encuentran en nt:.-
chas células de mamíferos, en concentraciones p,
arriba de 20 000 por célula y, con frecuencia, en ceL,.-
las que no se piensa que sean, de manera nornr:
blancos para la insulina. La insulina tiene un conjLLr
'
de efectos bier.r caracterizados sobre procesos rneia'¡,- -
licos, pero también está involucrada en el crecimrer...
y replicación de las cé1ulas (véase antes), así com.. .
la organogénesis y diferenciación fetal. y en 1a rep,,-
ración y regeneración tisuláill-a estructura de I recef : .
de insulina y la capacidaá iie las diferentes insui.r,,,
para unirse a los receptores y provocar respuestas l. r
,
lógicas, son viftualmente idénticas en todas las cé11..,,
y en todas las especies. De esta florma, la insulina :.,- .-
cina es siempre 10 a20 veces más efectiva qr-re la
¡.¡.,.,
,
sulina porcina, la cual a su vez es I 0 a 20 más eltc:
.
",

753. lnsul¡na
707
Transpone Fosforilación-
de glucosa desfosforiiac¡ón
de proteínas
Crecrmiento
y replicación celular
Figura 51-8. Relación del receptor de la insulina con la acción de la insulina. Ésta se une a su receptor de membrana, y ta in-
teracción genera una o más señales transmembranales. Esta señal (o señales) modula una amplia variedad de eventos intra-
celulares.
que la insulina del cobayo, aúrn en este mismo animal"
El receptor de la insulina ha sido aparentemente muy
conservado. a[rn más que la propia insulina.
Cuando la insulina se Llne con el receptor, ocuffen
algunos eventos. 1) existe un cambio conformacional
clel receptor; 2) hay un entrecruzamiento de 1os recep-
torfs y forma rnicroagregados; 3) el receptor se
interioriza, y 4) se generan una o rnás señales. Se des-
conoce la impor-tancia del cambio confonr.racional, y
es probable que 1a interiorización represente un nte-
dio de controlar la concentración y el recambio de
receptores. En condiciones en las que los niveles de
insulina piasmática son altos, por ejemplo. en obesi-
dad o acrornegalia, el número de receptores de insulina
se encuentra disminuido y los te.jidos blanco se vuei-
ven illenos sensibles a la insulina. Esta regulación hacia
Figura 51-9. Representación esquemática de la
estructura de los receptores de la LDL, EGF e in-
sulina. El amino terminal de cada una se encuentra
en ia porción extracelular de la molécula. Los rectán-
gulos representan las regiones ricas en cisteína,
las cuales se piensa que están involucradas en la
unión del ligando. Cada receptor tiene un domi-
nio corto (cerca de 25 aminoácidos) que atraviesa
la membrana plasmática (líneas en color horizon-
tales ligeras), y existe un dominio intracelular de
fongitud variabie. Los receptores del EGF y de la insu-
!ina tienen actividad de tirosina cinasa asociada con
el dominio citoplásmico (círculos), y también en
esta región tienen sitios de autofosforilación. El re-
ce¡rtor de insulina es un heterotetrámero conectado
por medio de puentes disulfuro (barras horizontales).COÜH
I.t7
(-\
Activación e
inhibición
de enzimas
Sinlesjs
Citoplasma
de proteinas

754. 708 .
Biocluímica de Harpet, I C'.r:-
abajo resulta de la pérdida de receptores debido a la
interiorización, proceso por el cual el complejo insu-
lina-receptor penetra en la célula a través de endocitosis
en las vesículas recubiertas con clatrina (capíhrlo 43).
La regulación hacia abajo explica parte de la resisten-
cia a la insulina en la obesidad y en la diabetes mellitus
trpo 2.
La insulina transmite señales med¡ante
var¡as cascadas de cinasas
Los receptores de la insulina y el IGF-I, tienen acrirr
dad intrínseca de tirosina cinasa, localizada en sl
dominios citoplásmicos. Esta actividad se pone e
movimiento cuando el receptor se une al ligando. El
.l
_---z---'-"
'2'
Pl 3-cinasa
*-------
-----;'-'-'
I
I
*,A
/\
p70s6 cinasa ????
cBB2/mSOS
l.
>
p2lRAS
i.
Flaf-1
i.
MEK
l.
MAP cinasa
,/1\
pgo'"k ? MApKAp K2
I
I'
{
t'
,or,/,99"",un re pñotélnas
Transportador de glucosa
Recéptor de insulina
Receptor IGF-Il
a-
Actividad onz¡mática
Para e.iempios,véase
cuadro 5 l -3
-----l
Transcdpción genét¡ca
PEPCK Hexocinasa{l
Glucagón Glucocinasa
IGFBP GAPDH
Otros Piruvato cinasa
lnsul¡na
/
Figura 51-10. Vías de señalarniento de la insulina. La unión de la insulina con su receptor específico en Ia membrana cejula.
resulta en una cascada de eventos intracelulares. La estimulación de la actividad tirosina cinasa intrínseca del receptor de a
insulina, marca el evento de inicio, lo que resulta en la elevada fosforilación de la tirosina (Y + Y-P) tanto del receptor con:
de las moléculas de señalamiento específicas. Este aumento en la fosforilación, estimula la actividad de muchas moléculas
intracelulares, tales como GTPasas, proteincinasas y lípido cinasas, todas las cuales tienen una función en ciertas acciones
metabólicas de la insulina. Se muestran las dos vías mejor descr¡tas. Primero, la fosforilación del IRS-2, resulta en la acttva-
ción de la lípido c¡nasa, Pl 3-cinasa, y genera nuevos lípidos de inositol que pueden actuar como moléculas de «seguncc
mensajero", las cuales a su vez activan una variedad de vías de señalamiento poco descntas (p ej., p70s6 cinasa). Segundo
la fosforilación del IRS-1, resulta en la activación de la pequeña GTPasa, la p2'1RAS, y estimula una cascada de proteinóinasa
que activa las isoformas p42lp44 MAP cinasa, las proteincinasas que son importantes en la regulación de la proliferación ,
diferenciación de algunos tipos de células. Cada una de estas cascadas puede influir en diferentes procesos fisiológicos. ta
como se muestra. (lRS-1
, sustrato-'1 del receptorde insulina; IRS-2, suskato-2 del receptorde insulina; GRB2, proteína 2 os
enlace con receptor del factor de crecimiento; mSOS, hijo menor de s¡ete de mamífero; MEK, MAP cinasa cinasa y ERK
cinasa; MAP cinasa, proteincinasa activada por mitógeno; p90ok, cinasa 56 de la proteína ribosomal p90; M,ApKAp K2
proteincinasa 2 activada por la MAP cinasa; Pl 3-cinasa, fosfatiditinositol 3-cinasa; p70s6 cinasa, cinasa 56 de la proteín:
ribosomal p70.)
Crecimiento celular
Síntesis de DNA
Respuesta inicial del
los genes

755. Hormonas del páncreas
1, del tracto gastrointestinal .
709
toncas, los receptores son autofosforilados en residuos
de tirosina, y esto inicia un conjunto complejo de eventos
(se resumen en la figura 51-10). Después, el receptor
fosforilado de la insulina, fosforila a sustratos del re-
ceptor de la insulina (existen por lo menos cuatro de
estas moléculas llamadas IRSl-4) en residuos de
tirosina. El IRS- 1 parece estar involucrado en los efec-
tos de la insulina en el crecimiento celular. El IRS-2
se encuentra más involucrado en los efectos
metabólicos de la hormona. El IRS fosforilado se une
al dominio SH2 de una variedad de proteínas
involucradas de manera directa en la medicación de
los diferentes efectos de la insulina. Una de estas pro-
teínas, 1a PI3-cinasa, acopla 1a activación del receptor
de la insulina con la acción de ésta a través de la acti-
vación de un número de moléculas en las que se incluye
a la p70s6 cinasa. Dicha vía está involucrada en la
translocación de las proteínas, 1a actividad enzimática
y la regulación, por medio de insulina, de los genes
involucrados en el metabolismo (figura 51-10). Otra
proteína que contiene el dominio SH2, es la GRB2, la
cual se une con el IRS-1, la cual acopla la fosforilación
de la tirosina con algunas proteínas. El resultado de
ello es la activación de una cascada de cinasas de
treonina o serina. Una vía en la que se muestra cómo
esta interacción insulina-receptor activa la vía de las
cinasas de proteína activadas por mitógeno (MAP, del
rnglés mitogen-activated protein) se muestra en la fi-
gura 51-10. Está
de muchas de
'fosfatasaS.
ES
?staffiíersar ,íu, u las acciones fisiológicas y bio-
químicas de esta hormona. Se puede distinguir a la
¡
insulina de otras hormonas que activan a tirosina
\cinasas,
como el EGF, debido a que no se activa la
'fosfolipasa
C. y de esta manera ejerce sus efectos a
través de Ca2* y de IP3 o diacilglicerol.
La fosfori lac¡ón-desfosfori lación
está involucrada en algunas acc¡ones
de Ia insulina
Muchos de los efectos de la insulina, en pafticuiar los
que ocwren de manera muy rápida, están mediados
por una influencia sobre reacciones de fosforilación y
desfosforilación de la proteína, que a su vez alteran la
actividad etzimática de la proteína. En el cuadro 51
3 se muestra una lista de las enzimas afectadas de esta
manera. En algunos casos, la insulina disminuye los
niveles intracelulares de cAMP (mediante la activa-
ción de una cAMP fosfodiesterasa), por 1o que
disminuye el estado de activación de la proteincinasa
dependiente de cAMP; los ejemplos de esta acción
incluyen a la glucógeno sintasa y la fosforilasa. En otros
casos, esta acción es independiente del cAMP y se
ejerce por la activación de otras proteincinasas (como
es el caso con el receptor de la insulina, con ia tirosina
cinasa), mediante la inhibición de otras proteincinasas,
o de manera más frecuente, por la estimulación de la
actividad de las fosfoproteínas fosfatasas. La desfos-
forilación aumenta la actividad de un número de
enzimas importantes (cuadro 5l-3). Estas modifica-
ciones covalentes permiten cambios casi inmediatos
en la actividad de las enzimas.
La insulina afeeta la traducción
de[ m"¡Rf'üA
Se sabe que la insulina afecta la actividad o la canti-
dad de por lo menos 50 proteínas en una variedad de
tejidos, y muchos de estos efectos involucran una
modificación covalente. La insulina también afecta la
traducción del mRNA
-de
esta manera la síntesis de
proteínas general- en un número de órganos (inclu-
yendo el hígado), tejido adiposo y músculo esquelético.
La insulina activa una vía de.I{oteincinasa que resulta
ffiIá-áffwación del eIF:4E,Il" .r un factor esencial
para el paso limitante en la síntesis de proteínas. Esta
importante acción de la insulina, que es responsable
de una porción significativa de la acción anabólica de
la hormona, se describe con detalle en el capítulo 40 y
se ilustra en la figura 40-8.
l*a insulina afecta la expresión Eénica
Todas las acciones de la insulina mencionadas previa-
mente ocurren a nivel de la membrana plasmática o en
el citoplasma. Además, la insulina afecta procesos
nucleares específicos, presumiblemente a través de su
mediador intracelular. La etzima fosfoenolpiruvato
carboxilasa (PEPCK, del inglés phosphoenolpy-
ruvate carbotykinase'), cafaliza un paso limitante en
la gluconeogónesis.|!a síntesis de PEPCK es disminui-
da por la insulina. pbr tanto, disminuye la gluconeogé-
,!es§
Estudios recientes demuestran que la tasa de
transcripción del gen para la PEPCK es disminuido
de manera selectiva en un lapso de minutos, por adi-
ción de insulina a cultivos de células de hepatomas
(Figr-ra 51-11). La disminución de la transcripción
explica la disminución del transcrito primario y del
mRIJAPEPCK maduro, 1o que a su vez se relaciona de
manera directa con la disminución de la tasa de sínte-
sis de la PEPCK. Este efecto ocrrrre en niveles fisioló-
gicos de insulina (10-12 a 10-e mol/L), está mediado a
través del receptor de insulina, y parece deberse a una
disminución en la tasa de inicio de la transcripción del
mIU\iAPEPCI'-.
Aún cuando los estudios de la regulación de 1a
PEPCK proporcionan el primer ejemplo de un efecto
de la insulina sobre la transcripción génica, este caso
no es el único. De esta forma parece ser que la regula-
ción de la síntesis de mRNA es una acción principal
dea cinasas

756. 710 . Bioqttímica de Hur¡ter
Cuadro 51-3. Enzimas cuyo grado de fosforilación y actividad son alterados por la insulina.
Enzima Cambio en la actividad Pos¡ble mecanismo
Fosforilación
Asociación de las subunidades R ',,C
Desfosforilación
] Desfoslorilación
Metabolismo de cAMp
Fosfodiesterasa (K* baja)
Proteincinasa (dependiente de cAMp)
Metabolismo de glucógeno
Glucógeno sintasa
Fosforilasa cinasa
Fosforilasa
l
Glucólisis y gluconeogénesis
i
Pírwato áeihidrogenisa
P¡rwato cinasa
6{osfof ructo-2-c¡ nasa
Aumento
Disminución
Aumento
Disminución
Disminución
É""1"j111'*
l
Aumento
Aumento
Aumento
Dism¡nución
i Desfosforilación
I Desfosforilación
] Desfosforilación
, Desfosforilación
v-¡voruI wru-¿-u[ td§a
Fructosa-2.6-bisfosfatasa
Metabolismo de lípidos
Aceti l-CoA carboxilasa
HMG-CoA reductasa
Triacilglicerol lipasa
Moléculas de señalam¡ento
p42lMMAP cinasa
p90HSK
GSKS
p70 S6 cinasa
Fosfoproteina fosfatasa jG
Desfosforilación
Desfosforilación
Desfosforilación
Desfosfo*lación
Desfosforilac¡ón
ia hornrona. En muchos casos, se sabe que la hom-, -
afecta la transcripción génica. Algunos ejemplc.
,
muestran en el cuadro 51-4.
Este electo de la insulina involucra a enzima: .
tenidas en las células, enzimas y proteínas secrertú:l
proteínas involucradas en los procesos reproducr.,r-
y proteínas estructurales (cr,radro 51 4). Tambier .
involucra un número de órganos o tejidos, y el eti.
ocul:re en muchas especies. En la actualidad, se ha ;,
tablecido ampliamente la regulación de la transcripe r
de mRNA específicos por la insulin&, ) cotllo un L- ;
dio de modulación de la actividad enzirrática. .
eq uiparable a I a fosfbrilación-desfosfori lación. El ei e -
to de la insulina sobre la transcripción génica tamh:;
podría explicar su electo sobre la embriogénesis. c
ferenciación y el crecimiento y replicación ceiula¡.
La fisiopatolog
insulina se exf
como diabetes
La det'lciencia de insulina o la resistencia a la acci..
de Ia insulina resulta en Diabetes mellitus. Cerc¿ ¿.
90% de las personas con diaberes tienen diabetes mellitus
(tipo 2) no dependiente de insulina (NIDDlt. d;
tnglés non-instrlin-dependent
[epe 2J diabetes ni.-
//llzls). Estos pacientes por lo general son obesos, rien¡:
elevados niveles de insulina plasmática y tienen receF -
tores de insulina regulados a la baja. El restante l(r
-t
] DesfosforilaciónAumento
Aumento
Disminución
Desfosforilación
Desfosforilación
Aumento
Aumento
Disminución
Aumento
Aumento
.
Modificado y reproducido con autorización de Denton RM et al.: A part¡al view of the mechan¡sm of insulin action. Diabetologia 1981:21 :3-
de la insulina. Más de 100 mRNA específicos son afec-
tados por la insulina, y numerosos mRNA en el hígado,
tejido adiposo, músculo esquelético y músculo cardia-
co, aún polidentificar, también se ven afectados por
Transcripción
3Itl,:¡:tt,y::l
RNA nuclear maduro
0 0.5 1.0
.t.5
2.O 2.5 3.0
Tiempo después de la insulina (h)
100
o80
c
o
o^^
Eou
o
'(§'
C
8¿o
o
c
20
Figura 5l-11. Efecto de la insulina sobre la transcripción
génica específica. La adición de insulina a las células H4llE
del hepatoma, resulta en un rápido descenso en la tasa de
transcripción del gen de PEPCK. Esto es seguido por ei
descenso en las cantidades del transcrito primalio en el nú-
cleo y en el mRNAPEPCK maduro. La tasa de síntesis de la
proteína PEPCK declina después de que ha disminuido la
cantidad de mRNAPEPCK citoplásmico. (Reproducido con au-
torrzación de Sasaki K et al.: Multihormonal regulation of
phosphoenoipyruvate carboxykinase gene transcription. J
Biol Chem 1984: 259.15242.)
--

757. Hormonas del páncreas y del tracto gastrointestinal .
7l l
Enzimas intracelulares
Tirosina aminotrarsf erasa
Fosf oenolp¡rwato carboxilasa
Sintasa de los ácidos grasos
Pirwato cinasa
GIicerol-3-fosf ato deshldrogenasa
G liceraldehído-1 -deshidrogenasa
Glucoc¡nasa
Proteínas y enzimas secretadas
Albúmina
Adipsina
Amilasa
Globu¡ina,,,
Hormor¡a de crecimiento
Proteínas ¡nvolucradas en la reproducción
Ovoalbúm¡na
Caseína
Proteínas estructurales
6-Cristalina
Otras proteínas
Hígado (p33, etc)
Tejido adiposo
Müsculo cardiaco
Músculo esquelético
Cuadro 51-4. RNA mensa¡eros (mRNA)
regulados por insulina*
la insulina y los IGF podrían interactuar en este proce_
so. La similitud estructural de estas proteínas se men-
cionó previamente. Una comparación más detallada
se presenta en el cuadro 5l-5. El IGF-I y el IGF_II son
péptidos de cadena sencilla de 70 y 67 aminoácidos,
respectivamente. Existe un 62Vo de homología entre
el IGF-I y el IGF-II y esras dos hormonas son idénticas
a la insulina en 507o de sus residuos. Tales moléculas
tienen sitios antigénicos únicos y se regulan de dife-
rente manera (cuadro 5l-5). La insulina es la hormona
metabólica más potente, en tanto que los IGF son más
potentes en la estimulación del crecimiento. Cada hor_
mona tiene un receptor único. El receptor del IGF_I,
similar al receptor de la insulina, es un heterodímero
de.estructura a2B2 y es una tirosina cinasa. El IGF-I y
la insulina parecen usar una cascada de transducción de
señales muy similar. En cambio, el receptor del IGF-II
es un péptido de cadena sencilla con un peso molecular
de 260 000 y no es una tirosina cinasa; se relaciona de
manera muy cercana, o bien, podría corresponder al
receptor de la manosa 6-fosfato.
Las primeras preparaciones comerciales de insulina.
aumentaban el nivel de glucosa en plasma antes de dis_
minuirlo. debido a la presencia de un péptido de con_
Cuadro 51-5. Comparación de la insulina con los
factores de crecimiento simítares a la insulina.
.
Esta lista es select¡\a. Se ha demosfado que la insulina regula
por lo menos a 100 mRNA diferentes.
tiene diabetes mellitus (tipo l) dependiente de insu-
lina (IDDM, del inglés insulin-dependent
[type lJ
diabete:; mellitus).
Ciertas condiciones raras ilustran características
esenciales acerca de la acción de la insulina. Alcunas
personas desarrollan anticuerpos contra el recepior de
la insulina. Estos anticueryos\impiden la unión de la
insulina con el receptor, de tal.manera que las perso_
nas desarrollan un síndrome de resistencia seveia a la
insulina. Los tumores que se originan en las células B
causan hiperinsulinismo y un síndrolle caracterizado
por hipoglucemia severa. La función de la insulina (o
quizá de IGF-I o de IGF-II) en la organogénesis y el
desarrollo se ilustrapor los casos.uroi de duendismo.
Este síndrome se caracteriza por bajo peso al nacer,
disminución de 1a masa muscular, disminución de la
grasa subcutánea, facias de niño travieso, resistencia
a 1a insulina con niveles muy elevados de insulina
biológicamente activa en el plasma, y muefte tempra_
na. Se ha demostrado que personas con duendismo en
ocasiones carecen de receptores a la insulina, o tienen
receptores deltctuosos.
rEs
NE
\IN
Los efectos de la insulina sobre el crecimiento y la
replicación celular son difíciles de separar de las ac_
ciones ejercidas por IGF-I e IGF-II. óe esta rtanera"
t,E LA ¡NS
Fuenle
Nivel de regu-
lado por
PrircipaltrEión
fisiológica
Células B pan-
creáticas
Control delme-
tabolismo
H(qado y otros
tejidos
Hormona de
crecimiento,
eslado nutri-
cional
Diversos teji-
dos
Se descorx¡ce
los
ON
.tlJ
c ISULIN¡
(Cortesía de CR Kahn)
lnsulina
Niveles plas- 0.3-2 ng/ml
mattcos
Somatomedi-Activ¡dad de
estimulac¡ón
de la mult¡pli-
cación (MSA)
T
Enelordende r Enelordende
Proteina de No
I
I
IGF.I tGF-il
70
I
Sí

758. 712 . BioEtímica de Hatper (C'ut.' '
taminación, el glucagón, el cual fue la segunda hor-
mona celular de los islotes pancreáticos descubierta.
g El glucagón también se sintetiza como

una molécula precursora
Gl glucagón se sintetiza principalmente en las células
A de los islotes pancreáticos; es un polipéptido de ca-
dena sencilla (peso molecular de 3.485 kDa) y consta
de29 amitoácidos (figura 5 l-12).El glucagón se sinte-
tiza como un precursor, progluca§Bü (cerca de 9 kDa).
Se han detectado moléculas mayores que ésta, pero
aún es incierto si representan precursores de glucagón
o si están relacionadas de manera cercanl Só1o entre
30 a40%o del "glucagón" inmunorreactivo en el plasma
es glucagón pancreático; el resto consiste de molécu-
las biológicamente inactivas de mayor longitud.
[-_El
glucagón comparte algunas propiedades inmu-
nológicas y fisiológicas con el enteroglucagón, que es
un péptido extraído de la mucosa duodenal, y 14 de
los 27 residuos de aminoácidos de la secretina son idén-
ticos a los del glucagóffi
El. gtucagén ciróulaÉn el plasma en forma libre.
Debido a que no se asocia con una proteína d9 trans-
porte, su vida media plasmática es corta (cer,ba de 5
minutos). El glucagón es inactivado en el hí$ado, en
el cual se encuentra una enzima que remueve los pri-
meros dos aminoácidos del extremo amino terminal
por un corte entre Ser 2y Gln 3. Debido a que el híga-
do es el primer destino del glucagón después de su
secreción y, puesto que la hormona se inactiva rápida-
mente en el hígado, el nivel de glucagón en la vena
porta es mucho mayor que en la circulación periférica.
La secreción del glucagón se ¡nhibe
por la glucosa, lo que enfat¡za
las funciones metabólicas opuestas
del glucagón y de la insulina
No resulta claro si la glucosa inhibe de manera directa
la secreción de glucagón, o si está se haya mediada a
través de las acciones de la insulina o IGF-I, puesto
Glucagón
que ambas hormonas de las células de los rs,::.,
inhiben directamente la liberación del glucagón. \1--
chas otras sustancias, incluyendo aminoácidos. áci: - .
grasos y cetonas, hormonas del tracto gastrointes:.-.
y neurotransmisores, afectan la secreción de glucag,::
ffin Ee**raB, la* aeeü*ftÉs dEN gtrueagón
s$t-"? opLle§tas a *as de la insulÉna
En tanto que la insulina promueve el almacenamie¡::
de energía por medio de la estimulación de -.
glucogénesis, la lipogénesis y la síntesis de proteína-..
el glucagón causa la movilización rápida de las fuer-
tes potenciales de energía en glucosa mediante 1,
estimulación de la glucogenólisis y a los ácidos graso.
por estimulación de la lipólisis. El glucagón tambiér.
es la hormona gluconeogénica más potente, y e:
cetogénica.
El hígado es el principal blanco de la acción de-
glucagón. El glucagón se une a receptores específicos
en la membrana plasmática de las células hepáticas.
y esto activa a la adenilil ciclasa a través de un meca-
nismo acoplado a proteína G. El cAMP generado actir ¡
a la fosforilasa, la cual aumenta la tasa de degrada-
ción del glucógeno, en tanto que se inhibe la glucó-
geno sintasa y, de esta forma, la formación de glucóge-
no (capítulo 44). Existe especificidad por la hormona
y por el tejido, debido a que el glucagón no tiene efec-
to sobre la glucogenólisis en los músculos, en tanto
que la adrenalina es activa tanto en el músculo como
en el hígado.
El elevado nivel de cAMP estimula la conversión
de aminoácidos en glucosa por la inducción de varias
enzimas involucradas en la vía gluconeogénica. La
principal de ellas es la PEPCK. El glucagón, a través
de cAMP, aumenta la tasa de transcripción del mRNA
del gen de PEPCK, y esto estimula la síntesis de más
PEPCK. Esto es opuesto al efecto de la insulina, la
cual disminuye la transcripción del gen PEPCK. Otros
ejemplos se ilustran en el cuadro 5I-6.La acción neta
del glucagón en el hígado es el aumento de la produc-
1 10
NHr- His
-Ser-
GIn
-
GIi
-Tre-
Fen
-Tre*
Ser-Asp
-Tir-
Ser- Lis
-Tir-
Leu
-Asp-
Ser-Arg
-Arg -Ala-Gln -
21 29
Asp
-
Fen
-Val -
Gln
-Trp-
Leu
-
Met-Asn
-Tre -COOH
1 10
NH2
-AIa -Gl¡ -
Cis- Lis-Asn
-
Fen
-
Fen
-Trp -
Lis-Tre*Somatostatina
11 14
Fen-Tre-Ser-Cis-COOH
Figura 5l-12. Las secuencias de aminoácidos de glucagón y somatostatina

759. ción de glucosa; dado que, existe mucha de esta glu-
cosa en el hígado, aumenta la concentración de glucosa
plasmática en respuesta al glucagón.
El glucagón es un potente agente lipolítico. Aumenta
los niveles del cAMP de la célula adiposa, y esto acti-
va a la iipasa sensible a hormona. El aumento de los
ácidos grasos puede rnetabolizarse para la obtención
de energía o conveftirse en los cuetpos cetónicos aceto-
acetato y
B-hidroxibutirato.
Este es un aspecto in.rpor-
tante del metabolismo en el diabético, debido a que
los niveles de glucagón siempre se elevan en la defi-
ciencia de insulina.
,: i
i , ,.: .. r.lr'.,_.., ...t,,
La somatostatina. tan mencionada debido a que fue la
primera que se aisló del hipotálamo como el factor
que inhibía a la hormona de crecimiento, es un péptido
cíclico sintetizado como una gran prohormona de
somatostatina (cerca de 11.5 kDa) en las células D de
los islotes pancreáticos. La tasa de transcripción del
gen de prosomatostatina aumenta de manera marcada
por el cAMP. La prohormona se procesa primero a r,rn
péptido de 28 aminoácidos, y finalmente en una mo-
lécula que tiene un peso molecular de 1 640 y contiene
14 aminoácidos (ligura 5l l2). Todas las formas tie-
nen actividad biológica.
Además de su presencia en el hipotálamo y en los
islotes pancreáticos, la somatostatina se encuentra en
nuchos tejidos gastrointestinales, donde se piensa que
regula una variedad de funciones y en sitios múltiples
en el sistema nen'ios central, donde podría acfuar como
neurotransmisor.
Cuadro 51-6. Enzimas inducidas o reprimidas
por la insulina o glucagón'
Enzimas inducidas por una alta relación insulina:glucagón y
reprim¡das por una baia relación insulina:glucagón
Glucocinasa
Enzima de corte del citrato
Acetil-CoA carboxilasa
HMG-CoA reductasa
Pirwaio cinasa
6-f osfof ructo-1 -ci nasa
6Josfof ructo-2-ci nasalf rrctosa-2,6-bisfosfatasa
Enzimas inducidas por una ba¡a relac¡ón insu¡ina:glucagón y
reprimidas por una alta relación insulina:glucagón
GlLrcosa-6{osfatasa
Fosfoenolpirwato carboxicinasa (PEPCK)
Fructosa-1 .6-bisfosfatasa
.
Modificado ligeramente y reproducido con autorización de Karam
JH, Salber PR, Forshman PH: Pancreatic hormones and diabetes
mellitus. En: Basic & Clinical Endocrinology, 3rd ed. Greenspan
FS (editor). Appleton & Lange, 1991.
Hormonas del páncreas y del tracto gastrointestinal ' 713
La somatostatina inhibe la liberación de las otras
hormonas de las células de los islotes, a través de una
acciónparacrina. En cantidades farmacológicas, la soma-
tostatina mitiga la cetosis asociada con la deficiencia
aguda de insulina. Esto se debe, aparentemente, a su
capacidad para inhibir la liberación de glucagón que
acompaña a la insulinopenia. También disminuye el
suministro de nutrientes desde el tracto gastrointestinal
hacia la circulación debido a 1) prolonga el vaciamiento
gástrico, 2) disminuye la secreción de gastrina y por
tanto la producción de los ácidos gástricos, 3) reduce
la secreción exocrina pancre ática (enzimas digestivas),
4) disminuye el flujo sanguíneo esplácnico, y 5) hace
más lenta la absorción de azicar. Poco se conoce acerca
de las acciones bioquímicas y moleculares de esta
hormona.
SE DESCONOCE LA FUNC¡ÓN
DEL POLIPÉPTIOO PANCREÁT¡CO
El polipéptido pancreático (PP), es ün péptido de 36
aminoácidos (cerca de 4.2kDa),producto de las célu-
las F pancreáticas. En el ser humano, su secreción se
eleva por alimentos con proteínas, el ejercicio, y 1a hi-
poglucemia aguda, y disminuye por efecto de la soma-
tostatina y la glucosa intravenosa. Se desconoce la
función del polipéptido pancreático, pero se han su-
gerido efectos sobre los niveles de glucógeno hepático
y la secreción gastrointestinal.
EXISTEN MUCHAS HORMONAS
GASTROINTEST¡NALES
La disciplina de la endocrinología
se inició con el descubrimiento
de una hormona gastro¡ntestinal
Etl9}2,Bayliss y Starling inhodujeron de maneragra-
dual ácido clorhídrico en un segmento de yeyuno de
perro desnervado, y demostraron que esto aumentaba
la secreción de líquido del páncreas. La inyección in-
travenosa de ácido clorhídrico no mimetizó este efecto,
pero sí 1o hizo la inyección intravenosa de un extracto
áe ru.ot, yey.un a I flf,stos
i nvesti gadores postularon
que la "secretina", üElrada de la mucosa del intestino
delgado en respuesta al estímulo, llegaba al páncreas
a través de la circulación, paru ahí ejercer su efecto.
Bayliss y Starling fueron los primeros en usar lapala-
bra "hormona", y 1a secretina fue la primera hormona
a la que se le identificó una función.
Aunque la actividad de la secretina se identificó
en 1902, pasaron 60 años antes de que se probara su
identidad química. Las razones por las que transcu-

760. mió todo este tiempo son ahora aparentes; las familias
de péptidos gastrointestinales relacionadas de manera
cergala tienen sobreposición de estructura química y
de firnción biológica, y muchos de estos péptidos exis-
ten en múltiples formas.
De las principales hormonas gastrointestinales,
sólo la secretina existe en una sola forma. La presen-
cia de múltiples formas de péptidos gastrointestinales
en tejidos gastrointestinales y en la circulación, impi-
dieron la definición del número y nataralezade estas
moléculas. El concepto de moléculas precursoras alu-
dó a clarificar dicho tema; mucha de la heterogeneidad
tisular se debe a esta característica. Recientemente, las
técnicas de aislamiento desarrolladas ayudaron a di-
ferenciarlas.
l¡as hormonas gastrointestinales tienen
dlgunas características especiales
Más de una docena de péptidos con acciones únicas
se han aislado de tejidos gastrointestinales (cuadro 5l-7).
Unacaracteristica única de este grupo de hormonas es
que muchas satisfacen la definición clásica de una hor-
mona, algunas tienen acciones paracrinas, y otras actuaa
en forma neuroendócrina (como neurotransmisores o
neuromoduladores locales).
Otro aspecto único del sistema endocrino gastro-
intestinal es que la células se encuentran congregadas
a lo largo del tracto gastrointestinal, más que reuü
en órganos discretos como sucede en muchas güinü
típicas. La distribución de las hormonas gastuoimf
nales se muestra en el cuadro 51-7.
Debido a que los péptidos gastrointestinales r
encuentran en los nervios de los tejidos gastrol
testinales, no resulta sorprendente que muchos de elh
estén presentes también en el sistema nervioso centr{
Muchas de estas hormonas se pueden ubicar en ur:" _.
las dos flamilias, con base en la secuencia de ¡r -
noácidos y a la similitud funcional. Existe la familir
de la gastrina, la cual consiste de gastrina y coie.-
cistocinina (CCK, del inglés ,scl.tolecystokinin). r ._
familia de la secretina, la cual incluye a la sec¡e¡ir-.,
glucagón, polipéptido gástrico inhibidor (GIp, del r-
glés gastric inhibitory pol.ypeptide), polipéptrc.
vasoactivo intestinal (VIP, del inglés vasoacti,e ¡,-
testinal polypeptide) y glicentina (la cual tiene inlni.-
norreactividad similar al glucagón, pero es un péptii,.
distinto). Los péptidos neuroendocrinos neurotensln;.
péptidos similares a la bombesina, substancia p
1
1"
somatostatina no tienen similitud estructural con nin-
gún otro péptido gastrointestinal. Una característtc¡
general final de este último grupo de moléculas. es
Cuadro 51-7. Hormonas gastro¡ntest¡nales
Coleocistocinina (CCK)
Secretina
Polipéptido gástrico inhibidor (clp)
Pol¡péptido pancreático (PP)
Secreción de am¡lasa pancreática
Páncreas lnh¡be la secreción de bicarbonato pancreático y de
proteíqas
Encefalinas
I
e.to,nugo, d*"*, ,""irr,u o*"fl-._o."io;ffi;."."".
"r*;
sustanc¡a P ] Trañrñ ñ2.+r iñr6";
^^*-1--*
,*--suslancla
'
i
Tracto gastrointestinal completo Acciones fisiológicas inciertas
lnmunorreactlvidad s¡m¡lar a la_bombesina Estómago, duodeno
I rstimuta la liberación de gastr¡na y de CCK
Sec¡eción de bicarlconato pancreático
Aurnenta la liberación de insulina med¡ada por gluco-
sa: inhibe la secreción de ácido gástrico
__l
Neurotens¡na Íeo Acciones fisiológicas desconocidas_=+ lj__
Enteroglucagón Páncreas. intest¡no delgado Acciones fisiológicas desconocidas
Hormona Local¡zación Principal acción
Gastrina Seno duodenal, duodeno Secreción de ácido gástr¡co y peps¡na
Duodeno, yeyuno
Duodeno, yeyuno
lntestino delgado
Polipéptido intestinal vasoactivo (Vtp) Páncreas Relajación del musculo liso; estimula la secrec¡ón de
b¡carbonato pancréat¡co
Motilina
lntestino delgado ln¡cia la motilidad intest¡nal interdigestiva
Somatostat¡na Estómago, duodeno, páncreas Numerosos efecios inhibidores
L.

761. que tiene una v:ida media plasrnática rnuy cofia y no
puede tener una lirnción fisiológica en el plasma.
. Los
estudios del mecanismo de acción de las hormonas
peptídicas gastrointestinales se han retrasado respec-
to a otras hon.nonas, sin duda debido a que se ha puesto
más atención en catalogar las diversas molécuias y
establecer su acción fisiológica. Una excepción notable
en esta declaración, involucra la regulación de 1a secre-
ción de enzimas por las células acinares pancreáticas.
,'
.Se
han identiflcado seis clases diferentes de re-
ceptores en las células acinares pancreáticas. Estos son
para i) agentes colinérgicos muscarínicos, 2) la f-ami-
lia gastrina-CCK, 3) la bon,besina y agentes relaciona-
dos, 4) la familia de la fisalemina-sustancia P, 5) la
secretina y VIP, y 6) la toxina dei cólera. Las clases I
a 4 parecen actuar a través de un mecanismo calcio-
fosfbinosítido, en tanto que los grupos 5 y 6 actiran a
trar,és de cAMP:
Las células de Ios islotes pancreáticos elaborany secre-
tan por lo menos cuatro homonas: insulil.ra, glucagón'
somatostatina y polipéptido pancreático. De éstas, la
insulina y el glucagón tienen las lunciones metabólicas
mejor dehnidas.
La insulina se sintetiza colno una prohormona de
una sola cadena (proinsulina) con poca actividad bio-
lógica, y es procesada a un heterodímero de estructura
crp unida por dos enlaces disulfuro entre las cadenas.
Horn'tt¡nas del ptincreas ),del
trttcto gastt'oinfestinal ' 715
Las proteínas relacionadas de manera cercana a la
insulina incluyen a la relaxina y a los factores de cre-
cimiento similares a la insulina, y comparten la carac-
terística de tener una molécula precursora. Este ejemplo
llevó al concepto más general de moléculas precurso-
ras de proteína y su procesamiento en moléculas activas
más pequeñas.
El receptor de insulina contiene una actividad in-
trínseca de tirosina cinasa, y la evidencia actual sugiere
que la autolbsfbrilación del receptor inicia una serie
de interacciones proteína-proteína, que resultan en la
activación de la Pl-3 cinasa y de la cascada de la MAP
cinasa. Los efectos fisiológicos de la insulina son bien
conocidos. La insulina afecta el transpode iónico y
del sr.rstrato, el tráfico celular" la actividad enzir¡ática,
la síntesis de proteínas y la expresión génica. En un
gran contexto, estos ef'ectos conciemen a casi todos
los aspectos de la acumulación de energía y su utiliza-
ción" y pueden estar involucrados en la replicación
celular.
E1 glucagón es una hotmona peptídica pequeña,
pero también se sintetiza como una gran prohormor,a.
El glucagón se une a receptores celulares específicos
acoplados al sistema de proteína C. El AMP cíclico es
un n.rediador intracelular de la acción del glucagón.
En general, las acciones metabólicas del glucagón se
oponen a las de la insulina.
No se piensa en ei tracto gastrointestinal como un
órgano endocrino tradicional; sin ernbargo, produce
muchas hormonas diferentes. Muchas de ellas también
se producen en el cerebro y en otros tejidos neurales.
donde actúan como neurotransmisores o neuromodu-
Iadores. Las hormonas gastrointestinales actúan a nivei
local, sobre varios órganos y procesos dentro del sis-
tema gastrointestinai. Por último, se conoce relatil a-
mente poco acerca de los mecanismos de acción de
estas hormonas. I
Brown JC: An overr,,iew of gastrointestinal endocrine physio-
logy. Endocrinol Metab Clin North Am 1993;22:719.
Cheatum B. Kahn CR: Insulin action and the insulin
signal ling netr.vork. Endocr Rev I 995 ;
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Steiner DF ct al.: The nerv enzymology of precursor pro-
cessing endoproteases. .T Biol Chem 1992;267:234i5
REFERENCIAS

762. Sección Vl
Tópicos Especiales
Capítulo 52. Estructura y función de las vitaminas hidrosolubles
Capítulo 53. Estructura y función de las vitaminas liposolubles ...............
Capítulo 54. Nutrición ............
Capítulo 55. Digestión y absorción ............
Capítulo 56. Glucoproteínas
Capítulo 57 . La matriz extracelular ...............
Capítulo 58. Músculo y Citoesqueleto
Capítulo 59. Proteínas plasmáticas, inmunoglobulinas
y coagulación sanguínea ...........
Capítulo 60. Eritrocitos y leucocitos
Capítulo 61. Metabolismo de los xenobióticos
Capítulo 62. Cáncer, genes cancerígenos
y factores de crecimiento
Capítulo 63. Bases bioquímicas y genéticas
de las enfermedades
Capítulo 64. Bases bioquímicas de algunos trastornos
neuropsiquiátricos
Capítulo 65. Casos clínicos y su base bioquímica
719
735
747
759
773
795
8t7
843
873
893
901
929
949
973
7t7

763. 52
Estructura y función
de Ias vitaminas h¡drosolubles
Peter A. Mayes, PhD, DSc
tPü'rRciluf;*t*1,{
Las vitaminas son nutrientes orgánicos necesarios, en
pequeñas cantidades, para una variedad de funciones
bioquímicas; por 1o general, no pueden ser sintetiza-
das en el cuerpo humano y deben obtenerse de los
alimentos. Las primeras vitaminas descubiefias, A y B,
son solubies en grasa y agua, respectivamente. Al des-
cubrirse más vitaminas, se observó que algunas eran
solubles sólo en agua y otras sólo en grasa, por lo que
esta propiedad fue considerada como la base para su
clasificación. Las vitaminas hidrosolubles se designa-
ron como miembros del complejo B (además de la
vitamina C), y a las vitaminas liposolubles, descubierlas
después, se les designó alfabéticamente (p. ej., vitami-
nas D, E, K). Aparte de sus características de solubi-
lidad, desde el punto de vista químico, las vitan:rin¿s
hidrosolubles tienen muy poco en común.
IfuI PORTANC IA SÍOTdE EDICA
La ausencia o deficiencia relativa de vitaminas en la
dieta conduce a estados y enfermedades por deficiencia
característicos. La deflciencia de una sola vitamina dei
complejo B es poco corlún, ya que 1as dietas pobres
están relacionadas a menudo con estados de deficiencia
múltiple; no obstante, síndromes especí1icos son ca-
racterísticos de deficiencias de vitaminas específicas.
Entre las vitaminas hidrosolubles se reconocen los si-
guientes estados por deficiencia: beriberi (deficiencia
c1e tiamina); queilosis, glositis, seborea y fbtotbbia
(del'rciencia de riboflavina); pelagra (deficiencia de
niacina); neuritis periferica (deficiencia de piridoxina);
anemia megaloblástica, aciduria metilmalónica y ane-
mia perniciosa tdetlciencia de cobalaminc.¡: anernia
megaloblástica (deficiencia de ácido folico); y escorbu-
to (deficiencia de ácido ascórbico). Las deficiencias
vitamínicas se pueden evitar consumiendo alimentos va-
riados en cantidades adecuadas.
LAS VITAMINAS DEL COMPLEJO B
SON COFACTORES EN REACGIONES
ENAMÁflCAS
Las vitaminas del complejo B esenciales en lanuhición
humana son: 1) tiamina (vitamina B,), 2) riboflavina
(vitamina Br, 3) niacina (ácido nicotínico, nicotina-
mida) (vitamina B3), 4) ácido pantoténico (vitamina
Br), 5) vitamina 86 (piridoxina, piridoxal, piridoxami-
na), 6) biotina; 7) vitamina B,, (cobalamina), y 8) ácido
fólico (ácido pteroilglutámico).
Debido a su hidrosolubilidad, el exceso de estas
vitaminas es excretado por la orina, y Íaravezllegan a
acumularse en concentraciones tóxicas. Por la misma
razón, su almacenamiento es limitado (excepto el de coba-
lamina) y, por tanto, su aporte debe realizarse de
manera regular.
TIAM!NA
La tiamina consiste en una pirimidina sustituida, uni-
da por un puente de metileno a un fiazol sustituido
(figura 52-1).
La tiamina act¡va es el difosfato
(pirofosfato) de tiamina
Una difosfotransferasa de tiamina dependiente de ATp
presente en cerebro e hígado, es la responsable de la
conversión de ia tiamina a su forma activa, el difosfato
de tiamina (pirofosfalo) (figura 52-1).
719

764. l
720 . Bioquímica de Harper
H*
+,
-N
f):
I
CHg
Figura 52-1. Tiamina. A: La vitamina libre. B: En el difosfato de tramina el grupo
-oH
es reemplazado por el pirofosfato c
Forma carbanión.
El difosfato de tiamina es una coenz¡ma
que ¡nterviene en las reacciones
enz¡mát¡cas en las que hay
transferenc¡a de una un¡dad
de aldehído act¡vado
Existen dos clases de estas reacciones: 1) una descar-
boxilación oxidativa de cr-cetoácidos (p. ej., a-cetoglu-
tarato, piruvato y los análogos cr-ceto de leucina, iso-
leucina y valina); y 2) reacciones de la transcetolasa
ftr. ej., en la vía del fosfato de pentosa). Todas estas
reacciones son inhibidas por la deficiencia de tiamina.
En cada caso, el difosfato de tiamina proporciona un
carbón reactivo en eI tíazol, formando un carbanión
(figura 52-l), que en este estado puede añadirse al
grupo cartonilo, por ejemplo, del piruvato (figura l9-5).
El compuesto formado es descarboxilado déspués, eli-
minando CO2. Esta reacción ocurre medlante un
complejo multienzimático conocido como el comple-
jo de la piruvato deshidrogenasa. (más detalles en el
capítulo 19).
La descarboxilación oxidativa del cr-cetoglutarato
a succinil-CoA y CO, (capítulo 18), es catalizada por
un complejo enzimático semejante en estructura al
complejo de la piruvato deshidrogenasa. De nuevo, el
difosfato de tiamina provee un carbanión estable que
reaccione con el carbono c¿ del cr-cetoglutarato. El
difosfato de tiamina es utilizado tam6ién en una
descarboxilación oxidativa de los derivados del ácido
c¿-cetocarboxílico de los aminoácidos de cadena
ramificada (capítulo 32). La función del difosfato de
tiamina como coenzima de las reacciones en que par-
ticipa la transcetolasa (capítulo 22), es parecidaá la
descrita en la descarboxilación oxidativá.
La carencia de tiamina causa beriberi
y otros síndromes de deficiencia
re¡ac¡onados
En el humano con deficiencia de tiamina, las reacciones
dependientes del difosfato de tiamina están inhibidas
o sumamente limitadas, conduciendo a una acumulación
de los sustratos de dichas reacciones, como piruvato,
azúcares (pentosas) y derivados de cr,-cetocarboxilato
de los aminoácidos de cadena ramificada, leucina.
isoleucina y valina.
La tiamina está presente en casi todos los tejidos
animales y vegetales comúnmente utilizados como a1i-
mentos, pero el contenido es casi siempre baio. Los
granos de cereal no refinados y la came son buenas
fuentes de esta vitamina. El beriberi es provocado por
dietas ricas en carbohidratos y pobres en tiamina, ta-
les como el arroz refinado y otros alimentos altamente
procesados, como azúcar y harina de trigo blanca, pro-
ductos que son la fuente dietética principal en muchos
iugares. Los síntomas iniciales del beriberi son la
neuropatía periferica, fatiga y anorexia, los cuales pro-
gresan hacia edema y degeneración muscular, neuro-
lógica y cardiovascular. La encefalopatía de Wernicke
se relaciona con la deficiencia de tiamina y con frecuen-
cia se presenta en los alcohólicos crónicos que consumen
pocos alimentos. Algunos pescados crudos contienen
una enzima termolábil (tiaminasa) que destruye la tia-
mina, aunque esto no se considera de importancia en
Ia nutrición humana.
La actividad de la transcetolasa eritrocitaria es
utilizada como parámetro para cuantificar Ia deficien-
cia de tiamina, así como la excreción de tiamina por la
orina y su concentración en la sangre.
RIBOFLAVINA
La riboflavina consiste en un anillo heterocíclico de
isoaloxazina unido al alcohol derivado del azúcar, ei
ribitol (l'rgura 522). Es un pignento de color, fluo-
rescente, relativamente termoestable, pero que se
descompone en presencia de luz visible
La forma act¡va es el mononucleótido
de flavina
{FMN) o el dinucleótido de
flavina y adenina (FAD)
El FMN (del inglés/iavin mononucleotide) se forma
por una fosforilación de la riboflavina dependiente de
ATP (figura 52 2), en tanro que el FAD (del inglés.
NH" I
l^
^.Y9
/_v\
N.
-C-CH"-N
]
I ll
'
I
-C- -Ó-tl 9:c- CHz-cHe-oH
^al
UH¡ CHs
2,s-Dimetil- 4-Metit-5-hidroxi-
G-aminopirimidina etiltiazol
B
oo-
ll
-o-P-o-P-O
-
ilil
oo
S
I
c-

765. Esfíuilira
.v Jut'tción
cle las vitaminas hidrosolubles .
7 2 l
Flavina
Figura 52-2. Riboflavina. En el fosfato de riboflavina (mono-
nucleóiido de flavina, FMN), el
-OH
indicado es reempla-
zado por un fosfato.
flavin adenine dinacleotide) es sintetizado por una
reacción subsecuente con AIP, en la cual el residuo
de AMP es transferido al FMN (figura 52 3).
El FMN y e¡ FAD sirven como grupos
prostét¡cos de enzimas
ox¡dorreductasas
Estas enzimas se conocen como flavoproteínas. Los
grupos prostéticos habitualmente se encuentran estre-
cha, más no covalentemente unidos a sus apoproteínas.
Muchas flavoproteínas contienen uno o más metales;
por ejemplo, hierro y molibdeno, como cofactores esen-
ciales y se conocen como metaloflavoproteínas.
Las flavoproteínas están ampliamente distribuidas
en el metabolismo de los mamíferos y son representa-
das por varias oxidorreductasas importantes, por ejem-
'
plo, 1a o-aminoácido oxidasa en la desaminación de
aminoácidos (figura 3l-7); la xantina oxidasa en la
degradación de purinas (capítulo 36); la aldehído des-
hidrogenasa en la degradación de aldehídos; la glice-
rol-3-fosfato deshidrogenasa mitocondrial en el transporte
de equivalentes reductores desde el citosol hacia la
mitocondria (fi gura 1 4-1 4); la succinato deshidroge-
nasa en el ciclo del ácido cítrico (cuadro 18-1); la
acil-CoA deshidrogenasa y la flavoproteína que trans-
fiere electrones en la oxidación de los ácidos grasos
(capítulo 24),y la dihidrolipoil deshidrogenasa en la
descarboxilación oxidativa del piruvato y del o-ceto-
glutarato (capítulo l9). La deshidrogenasa del NADH
es uno de los componentes principales de la cadena
respiratoria en la mitocondria (capítulol4).Todos estos
sistemas enzimáticos se alteran en caso de deficiencia
de riboflavina.
En su función de coenzimas, las flavoproteínas
sufren una reducción reversible del anillo de isoaloxa-
zinapara dar origen a las formas reducidas FMNH, y
FADH: (figura l3-2).
La carencia de riboflavlna
causa un síndrorne de deficienc¡a
general¡zada no mCIrtal
En vista de la extensa cantidad de funciones metabóli-
cas que realiza la riboflavina, es sorprendente que su
deficiencia no provoque trastornos que pongan en se-
rio peligro la vida. Sin embargo, cuando existe tal
deflciencia, varios síntomas están presentes. como la
estomatitis angular, queilosis, glositis, seborrea y
fotofobia.
La riboflavina es sintetizada por microorganismos
y vegetales, pero no por mamíferos. Las levaduras, el
o
il
-o-
P-oH-
I
o-
I
cH,- oH
lu-c-oH
I
D-Ribitot I H-C-On
i
lH-c-oH
tr-?-,
H"c-<y''yN--.rN\zo
i|tl
- - -NH
H.C -\'/
Y
o
lt
-P-O-CH2
tt
o- -c-H
u-cZori\
Io
H-c<oH/
Hj'C-
il
( clp-o-P-o
l*-J-.," ¿-
l*-J-o,
l,-J-o*
[.,-J-*
I
Pirofostato
oo
D-Ribosa
¿¡^i
-N4ttz
NHz
\_____v__-_--J
Aden¡na
HsC;2'y^-..--^.-oO
lllll
H.c\-Ar- .Il
*n
Figura 52-3. Dinucleótido de flavina y adenina (FAD).

766. 722 . Bioquímica de Harper
hígado y los riñones son buenas fuentes de esta vita_
mina, la cual es absorbida en el intestino a través de
una secuencia de fosforilación-desfosforilación en la
mucosa. Asimismo, hoÍnonas (p. ej., hormonatiroidea
y ACTH), fármacos (p. ej., cloropromazina, un inhi-
bidor competitivo) y factores nutricionales, afectan la
conversión de riboflavina a sus formas de cofactor.
Debido a su sensibilidad a la luz, la deficiencia de
riboflavina puede presentarse en recién nacidos con
hiperbilimlbinemia y tratados con fototerapia.
La actividad de la glutatión reductasa eritrocitaria
es empleada como una prueba para evaluar el estado
de la riboflavina (figura22_3).
NIACINA
Lariacinaes el nombre genérico del ácido nicotínico
y la nicotinamida, cualquiera puede actuar como fuente
dietética de esta vitamina. El ácido nicotínico es un ácido
monocarboxílico derivado de la piridina (figura 524).
La niacina act¡va es el d¡nucteótido
de nicotinam¡da y adenina(NAD.)
y el fosfato del dinucleótido
de nicotinam¡da y aden¡na (NADP.)
El nicotinato es la forma de niacina requerida parala
síntesis de NAD* y NADP* llevada a cabo por enzi-
mas presentes en el citosol de la mayor parte de las
células. Por tanto, cualquier nicotinamida de la dieta
debe primero ser sometida a una desamidación y así
convertirse en nicotinato (figura 524). En el citosol,
el nicotinato es convertido en desamido-NADr, me-
diante una primera reacción con el 5-fosforribosil
1-pirofosfato (PRPP), seguida por una adenililación
conAIP. El grupo amido de la glutamina contribuye a
la formación de la coenzima NAD*, la cual puede ser
después fosforilada para formar NADP*.
El NAD* y e! NADP* son coenzimas
de muchas ox¡dorreductasas
Los nucléotidos de nicotinamida desempeñan una
función muy amplia como coenzimas de muchas
deshidrogenasas dentro del citosol (p. ej., lactato des-
hidrogenasa) y de la mitocondria (p. ej., malato deshi_
drogenasa). Por tanto, son componentes importantes
en muchas vías metabólicas que intervienen en el me_
tabolismo de carbohidratos, lípidos y aminoácidos.
Generalmente, las deshidrogenasas que requieren NAD
catalizanreacciones de oxirreducción en las vías oxi-
dativas (p. ej., el ciclo del ácido cíhico), mientras que
las deshidrogenasas o reductasas que requieren NADp,
a''
se hallan a menudo en vías involucradas en la síntexs
reductiva (p. ej., la vía de los fosfatos de pentosat.
El mecanismo de oxidorreducción involucr¿ l¡
adición reversible de un ion hidruro (H) a1 anillo dc
piridina, más la generación de un ion hidrógeno litre
(H.) (figura 13-5) por ejemplo:
NAD-+AH2DNADH+H.+A
La carencia de niacina provoca
el síndrome por deficiencia
llamado pelagra
Los síntomas son pérdida de peso, trastomos digesti-
vos, dermatitis, depresión y demencia.
La niacina se encuentra en abundancia en alimen-
tos de origen animal y vegetal; sin embargo, al evaiuar-
se la cantidad de niacina de un determinado alimento, r
debe considerar el hecho de que el aminoácido esen-
cial triptófano puede ser convertido en NAD* (figura
524).Por cada 60 mg de kiptófano, es posible gene-
rar 1 mg equivalente de niacina. Así, para producir
una deficiencia de niacina, la dieta debe serpobre tan-
to en niacina como en triptófano. Tales criterios ocurren
principalmente en pobñciones cuya dieta es depen-
diente de maiz,lo cual puede provocar pelagra. En el
maíz sí existe niacina, pero se encuentra en una foma
poco disponible, niacitina, de la cual se puede obtener
niacina mediante pretratamiento con un álcali.La de-
pendencia de sorgo también puede generar pelagra-
pero no por falta de triptófano, sino por su alto conte-
nido de leucina. Aparentemente, el exceso de leucina
en la dieta puede traer como consecuencia una defi-
ciencia de niacina al inhibir la quinolinato fosforri-
bosil transferasa, una enzimaciave en la conversión
de triptófano a NAD*(figura 524). También es nota-
ble que el fosfato de piridoxal, la forma activa de la
vitamina El6, participe como cofactor en la vía de la
síntesis del NAD" apartk del triptófano (figura 52J),
por lo que la deficiencia de vitamina Bu puede potenciar
un estado deficiente de niacina. La mayor parte de las
dietas occidentales contienen la cantidad suficiente de
triptófano para cubrir todos los requerimientos de nia-
cina del organismo.
,
Otros trastomos que conducen a síntomas de pe-
lagra son: la administración de algunos fármacos como
isoniacida, el síndrome carcinoide maligno en el cual
el metabolismo del triptófano se desvía a Ia produc-
ción de serotonina, y la enfermedad de Hartnup en la
cual hay una alteración en la absorción del triptófano.
El ácido nicotínico (pero no la nicotinamida) ha
sido empleado de forma terapéutica para disminuir el
colesterol plasmático, lo que deriva en la inhibición
del flujo de ácidos grasos libres desde el tejido aCiposo,
1o cual conduce a una menor formación de lipoprotiínas

767. Estructura y
función de las vitaminas hidrosolubles ,
723
D¡eta
IO
ll-
¿---é- ruH, fo+slr,r@
[-
t):
\N/
Nicot¡namida
N-N/etil
nicotinamida
(principal metabolito
urinar¡o)
o
tl
a// '--c
-
o-
( .ll"---N'
il
o
Quinolinato
Glutamina
Glutamato
Var¡os pasos
OH
3-H¡droxiantranitato
¡
I
prp
I
Varios pasos
(f igura 32-18)
1
CIJ""
H
rriptófano
1
D¡EtA
-
cH
-
coo-
I
NH3
+
Figura 52-4. Biosíntesis y degradación del dinucleótido de nicotinamida y adenina (NAD-). El grupo 2'-hidroxilo (asterisco) de
la ribosa del residuo adenosina, es fosforilado a fosfato de dinucleótido de nicotinamida y adenina (NADP-). Los humanos, no
así los gatos, pueden obtener toda la niacina que requieren a partlr del triptófano si existe la cantidad suficiente de éste en la
dieta. Por lo común, casi dos tercios proviene de esta fuente (PRPP, S-fosforribosil-1-pirosfofato; QPRT, quinolinato fosforribosil
transferasa; PLP, fosfato de piridoxal).
Leucina
OH OH
ArPi
Lrt
lo
II
a'/ Íc-o
§ +-./
cHz
-N-
PRPPi
l'*
PP
{o
Desam¡do NAD.
Nicotinamida
{
YO
il
z )-c-NH,
tll
§ +-,
-N-
- r"r"
{

768. 724 . Bioquímica de Harper (Capírul,, j )
transportadoras de colesterol, VLDL, IDL y LDL (ca-
pítulo 28). No obstante, la ingesta excesiva de esta
vitamina puede producir daño hepático.
Áqoo PANToTÉNlco
El ácido pantoténico se forma por la combinación de
ácido pantoico y
B-alanina
(figura 52 5).
Las formas act¡vas del ácido
pantotén¡co sin la coenz¡ma A (CoA)
y la proteína transportadora de acilos
(AcP)
El ácido pantoténico se absorbe con facilidad en el
intestino y es fosforilado en forma subsecuente por el
AIP para formar 4'-fosfopantotenato (figura 52-6).
La adición de cisteína y la remoción de su grupo
carboxilo resulta en la adición de tioetanolamina, ge-
nerando 4'-fosfopanteteína, el grupo prostético tanto
de la CoA como de laACP. Al igual que las coenzimas
activas de muchas otras vitaminas hidrosolubles, la
CoA contiene un nucléotido de adenina; por ello, la
4'-fosfopanteteína es adenililada por el AIP para for-
mar desfosfo-CoA. La fosforilación final ocurre por
la adición de un fosfato proveniente del ATP, al grupo
3'-hidroxilo de la porción ribosa, para así generar CoA
(figura 52-6).
El grupo tiol actúa como un
acarreador de radicales acilo
en la CoA y en la ACP
Esto ocurre con la CoA en las reacciones del ciclo del
ácido cítrico (capítulo 18); también en la síntesis (ca-
pítulo 23) y oxidación (capítulo 24) de ácidos grasos;
en las reacciones de acetilación (p. ej., de fármacos),
y en la síntesis de colesterol (capítulo 28). La ACp
particrpa en las reacciones relacionadas con la sínte-
sis de ácidos grasos. Se ha convenido abreviar la
estructura de la CoA libre como CoA-SH, donde el
grupo reactivo SH de la coenzima se señala.
Ácido pantoico p-alanina
_^
H.COHOo
ll¡l H
HO- CH2
-C -CH -
C :N
-CH2 -
CH2* C
-
OH
I
HsC
Figura 52-5. Ácido pantoténico.
La deficiencia de ácido pantotén¡co
es poco frecuente
Esto se debe a que la sustancia se encuentra amplia-
mente distribuida en los alimentos, particularmente en
tejidos animales, cereales de grano entero y legumi-
nosas. Sin embargo, el "síndrome del pie quemado"
de los prisioneros de guerra ha sido atribuido a la de-
ficiencia de pantotenato y está asociada con una
disminución en la capacidad de acetilación.
VITAMINA 86
La vitamina B6 consta de tres derivados de piridina rela-
cionados entre sí: piridoxina, piridoxal y piridoxamina
(figura 52-7), así como sus fosfatos correspondientes.
De éstos, la piridoxina, el fosfato de piridoxal y el fos-
fato de piridoxamina son los más representativos de la
vitamina en la dieta. Los tres tienen la misma activi-
dad vitamínica, ya que pueden interconvertirse en el
organismo.
La vitamina Bu activa es el fosfato
de piridoxal
Todas las formas de la vitamina 86 son absorbidas en
el intestino, pero algunas sufren hidrólisis de los ésteres
de fosfato durante la digestión. El fosfato de piridoxal
es la principal forma circulante en el plasma. Lama-
yor parte de los tejidos contiene la etzima piridoxal
cinasa; ésta tiene la capacídad de catalizar la
fosforilación por el AIP, de las formas no fosforiladas
de la vitamina, a sus respectivos ésteres de fosfato (fi-
guo:a 52 8). Mientras que el fosfato de piridoxal es la
principal coenzima que expresa actividad de vitamina
Bu, el fosfato de piridoxaminaactíafambién como una
coenzima activa.
E! fosfato de piridoxal es la coenzima
de varias enz¡mas que part¡c¡pan
en el metabolismo de los aminoácidos
A través de la formación de una base de Schiff entre
su grupo aldehído y el grupo amino de cr-aminoácido
(figura 52-9), el fosfato de piridoxal facilita algunos
cambios en los tres enlaces restantes del carbón cr-
amino, para p-ermitir la transaminación (figura 31-4),
la descarboxilación (figura 33-9) o la activi<lad de la
treonina aldolasa, respectivamente (figura 32-11). La
función del fosfato de piridoxal en ia transaminación
se ilustra en la figura 52-10.

769. Estructura 1t.función de las vitantinas hidrosolubles , 725
Pantotenato
I- ATP
tl
I
l nop
Y
oH,COHO
il
-1
i ll H
-o- p
-o -
cH2-c-cH- c- N- cHr- cHr- coo-
tl
o- H3c
4-fosfopantotenato
ATP
ADP + P¡
oH.COHOO
tt-llllHlH
-o- p
-o -
cH2*c*cH- c- N-cH2-cH2 -c*
N
tl
o- Hsc
4-fosfopantotenil cisteína
I
I
I
I
\-"o.
f
o H.C OH O O
tl
-l
I ll H L h
o- P
-o - cHr-c-cH-c- N-cHr-cH2 - c- N
tl
o- Hoc
4-fosfopanteteína
Ácido pantoico
Coenzima A
F
-
cH -
cH2- sH
-CH2-CH2-SH+
ACP
H,COHOO
"lrllHl'H
CH,-C_CH_C- N-CH?_CH,
_C_
N- CH,_CH2_ SH-{
H¡c
Desfosfo-coenz¡ma A
1,.
o,,
f,- "
a
ArP
nop
o
I
O=P-
I
o
I
I
o-
NH,
o- */--\.,
\_A*2
o-cH? |
l-o. l
-Í.+
)o0".,,,,,
1
- r".,3-rosrato
Figura 52-6. Biosíntesis de la coenzima A, a partir del ácido pantoténico (ACP, proteína transportadora de acilo).
Tioetanolamina

770. 726 . Bioquímica de Harper (Capíru,'' :
-
CH.OH
t'
Ho-{^5,-cHroH Ho
lrl
H"C -< +-2 H3C
" -
trr-
H
Piridoxamina
Transaminasa
H/,
l --"'
FI- C- COOH
,/t\
Treonina
Decarboxilasa
cH2oH
*of§"*,o*
n.C-\*y'
il
P¡ridoxina
Figura 52-7. Formas naturales existentes de vitamina 86.
El fosfato de piridoxal también
participa en la g¡ucogenól¡s¡s
La coenzima es una parte integral de los mecanismos
de acción de la fosforilasa,la errzima que catalizala
degradación del glucógeno (capítulo 20). En esta ac-
ción, también forma una base de Schiffinicial con el
grupo e-amino de un residuo de lisina de la enzima, la
cual permanece intacta durante el proceso de
fosforolisis del enlace 1-+ 4 glucosídico para formar
glucosa 1-fosfato.
La fosforilasa muscular puede represeniar de 70
a 80oA de la vitamina Bu corporal total.
o
//
U- H
-l-
--l/ \-
ill
\+i/
N
H
Piridoxal
I
c-H
o
,//
C- H
aldolasa
Figura 52-9. Enlaces covalentes de un cr-aminoácido que
pueden volverse reactivos al unirse a varias enzimas espe-
cíficas para fosfato de piridoxal.
La deficiencia de vitamina Bu
puede presentarse durante la lactancia,
durante Ia terapia con ¡soniac¡da
y en los alcohólicos
ljna deficiencia debida únicamente a la falta de vitami-
na 86 es poco frecuente, y cualquier deficiencia forma
pafie, por 1o común, de una deficiencia general de las
vitaminas del complejo B. Hígado, macarela, aguaca-
te, plátano, came, vegetales y huevos son fuentes ricas
en vitamina Bu. Los alcohólicos pueden presentar una
deficiencia debido a la conversión metabólica del eta-
nol en acetaldehído, lo que estimula la hidrólisis del
fosfato de la coenzima. Asimismo, la isoniacida, un
fármaco de uso común contra la tuberculosis, puede
inducir una deficiencia de vitamina 86 al formar una
hidrazona con el piridoxal (figura 52-ll).
BIOTINA
La biotina es un derivado del imidazol que se encuentra
distribuida de manera extensa en los alimentos natura-
les (figura 52-l 2). En vista de que una gran proporción
del requerimiento humano de biotinaproviene de la sín-
tesis Uevada a cabo por tracterias intestinales, la defi-
ciencia de biotina no es causada únicamente por una
dieta insuflciente, sino también por alteraciones en los
mecanismos de aprovechamiento.
La biotina es una coenz¡ma
de las enzimas carbox¡lasas
La biotina funciona como un componente de enzimas
multiméricas específicas (cuadro 52-1) que catalizan
reacciones de carboxilación. Cada unidad es un oom-
plejo multienzimático que contiene tres componentes
en una cadena polipeptídica, esto es, una proteína
acarreadora de biotina, una carboxilasa de biotina y
I
uo--<'\YcH^oH
ilt
H.C1- +/)
" -N'
H
Piridoxal
ar,",**r)f
I
crrunsn
I
\---
I
o
//-
c- H
Ho-r,\cH,-
,." J\ñzJ
H
Fosfato de piridoxal
Figura 52-8. Fosforilación del piridoxal por Ia piridoxal cinasa
para formar fosfato de pii"idoxal.
ATP

771. Estructtra y;función de las vitaminas hidrosolubles .
727
Enzima
fosfato
de pir¡doxal
HO CH.
//$
C - NH- NH"+O:C<' *NH
rl r \_./
oHf
cH2-o-P-o-
I
HO\,\
,r..J-1*l
H
lson¡cot¡nato
cH2oH
h¡drac¡da piridoxal
(isoniazida)
Espontáneamente
HrO
HO CH3
NHz
I
CH,
I
Ho\4,/
Y cH,_
t-tl
H3C
^'-Ñ '/
,, A
N 'FC-N-N:C-{r +NH
\-./ ll H | //
oHl
*NHe
cH2oH
Piridoxal-h¡drazona
Figura 52-11. Formación de la piridoxal-hidrazona, rápida-
mente excretada, a partir del piridoxal y de la isonicotinato
hidrazina (isoniacida).
una transcarboxilasa. Un ion carboxilato se une al Nl
de la biotina, generando un intermediario activado, la
carboxibiotina, unida a la proteína transportadora de
biotina (hgura52 13). Este paso requiere HCO;-, AIP,
Mg'- y acetil-CoA (como un efector alostérico). E1
grupo carboxilo activado es después transferido al
sustrato de la reacción, por ejemplo, el piruvato.
El consurno de huevo erudo puede
provocar deficieneia de biot!na
La clara de huevo contiene una proteína termolábil, la
avidina, la cual se une de manera muy estrecha con la
biotina, evitando su absorción e induciendo deficien-
cia de esta vitamina. Los síntomas son depresión,
alucinaciones, mialgias y dermatitis. La ausencia de
la enzima holocarboxilasa sintasa, la cual hja la
biotina al residuo de lisina de la proteína transpofia-
dora de biotina, es la causa de Ia deficiencia múltiple
de carboxilasa y también origina síntomas propios
de la deficiencia de biotina, incluyendo acumulación
de sustratos de enzimas dependientes de biotina. los
cuales pueden ser detectados en la orina. Estos meta-
bolitos incluyen lactato, B-metilcrotonato,
p-hidro-
xiisovalerato y
B-hidroxipropionato.
En ocasiones, los
niños con este tipo de deficiencia presentan enfermeda-H
Enzima fosfato de piridoxamina
Figura 52-10. Función de la coenzima fosfato de piridoxal en la transaminación de un u-aminoácido. La primera fase implica
la producción del cr-cetoácido correspondiente y la enzima-fosfato de piridoxamina, seguida del proceso a la inversa, que utiliza
un nuevo c¿-cetoácido como sustrato. Nótese que el fosfato de piridoxal se une inicialmente a su apoenzima mediante una
base de Schiff entre su grupo aldehído y el grupo am¡no de la enzima (un grupo e-amino de un residuo de lisina), y mediante un
enlace iónico entre su fosfato y la enzima. El grupo o-amino de un aminoácido sustrato desplaza el grupo e-amino, formando
una nueva base de Schiff.
Ho¿rcH,-
*."\ñ)

772. 728 . Bíoquímica de Harper
U
tl
-c-
H-N-
.N-H
ii
HzC,-
-CH
-(CH2)4COOH
-e-
Figura 52-12. Biotina.
'( .,
Guadro 52*1. Enzimas dependientes
de bioiina en animales
Enz¡ma Función
Pirwato carboxilasa Es la primera reacción en la tra
que conüerte a precursores ó€
tres carbones en glucosa ig/-
coneogénesis). Provee oxar¿-
cetato al ciclo del ácido cfuicc
AcetiFCoA carbof lasa Compromete unidades aceüic
para la síntesis de ácidos
grasos al formar maloniFCoA
Propionil-CoA carboxilasa Convierte la propionil-CoA en
i D-metilmalon¡l-CoA en la via de
conversión de propionato a src-
cinato, el cual puede ingresar ai
ciclo del ácido cftr¡co
9-Met¡lcrotonil-CoA carboxi lasaCataboliza leucina y algunos
compuestos isoprenoides
a una glucoproteína altamente específlca, el factor
intrínseco, secretado por las células parietales de la
mucosa gástrica. Después de su absorción, la vitami-
na es enlazada por una proteína plasmática conocida
como transcobalamina. La transcobalamina Il es ne-
cesaria para su transporte en los tejidos y se almacena
en el hígado (algo singular dado que es una vitalnina
hidrosoluble) enlazada a la transcobalamina L
des por inmunodeficiencia.
trastor¡os que involucran a
de carboxilasa.
Existen también algunos
un solo tipo de deficiencia
La vitamina B,, (cobalamina) tiene un anillo estmctural
complejo (anillo de corina), semejante al de porfirina;
a éste se une un ion cobalto en su centro (figura 52-14).
La vitamina es sintetizada exclusivamente por micro-
organismos, por tanto, no se [e encuentra en plantas
-a
menos que estén contaminadas con micrroorga-
nismos- pero se almacena en el hígado de animales,
donde se presenta como metilcobalamina, adenosil-
cobalamina e hidroxicobalamina. Así, el hígado es, por
ende, una fuente rica en esta vitamina como lo son
también las levaduras. La preparación comercial es ia
cianocobalamina.
La absorción intestinal
por sitios receptores en
de vitamina B, está mediada
el íleon y requiere estar unida
-f)espr"rés de ser transportada en la sangre, Ia cobalantina
libre es liberada en el citosol de las céh"rlas como hidro-
o--
Q:
o
il
P-O
l
o
I
C
I
o-
o
tl
-C-
HN
'NH
lt
HC_CH
tl
HCH HC _
's-
Biotina-
enzima
o-o
o=+
_l
Oxaloacelato
Piruvato f
CHS CH'
tt
C=O C:O
tt
coo- coo-
\,/
tTRANSCAHBoiTLASAI
(CH:)¿a
I
ATP + HCO|
Mg'*_T
ADP
-\*
(CHz)¿
pr
C=O
ñ-"-trtH
tt
HC-CH
I
HCH HC *
ts-
B¡otina-
enzima
Anhídrido carbónico
fosfórico
U-U
Co2-biolina
I
enzrma
I
I Proteína ]
I acarreadora I
|
¿" o¡ot¡na
I
Figura 52-13. Formación del complejo CO¡biotina y su participación en la carboxilación del piruvato. En este ejemplo, la
enzima es la piruvato carboxilasa.

773. Estructurayfuncíón de las vitaminas hidrosrtlubles ' 729
(c H»
-
co N H2
?üi>"H2coN
H2
xicobalamina; posteriormente es convefiida en metilco-
balamina en el mismo citosol, o entra en 1a mitocondria
para ser transformada en 5'-desoxiadenosilcobalam
i na.
La desoxiadenosilcobalam¡na
es la coenz¡ma Para la conversión
de metilmalonil-GoA en succ¡n¡l'CoA
(figura 52-15)
Esta es una reacción clave en lavía de conversión del
propionato en un miembro del ciclo del ácido cítrico
y, por tanto, de importancia en.el proceso de la
gluconeogénesis (figura 2l-2), y de particular tras-
cendencia en los rumiantes, ya que el propionato es el
principal producto de la fermentación microbiana en
el nrmen.
La metilcobalamina partic¡pa como
coenzima en la convers¡ón combinada
1) de homocisteína a met¡on¡na
y 2) de metiltetrahidrofolato
a tetrahidrofolato (figura 52-15)
En esta reacción, el grupo metilo enlazado a la
cobalamina es transferido a la homocisteína para for-
mar metionina, y la cobalamina, posteriormente,
Porción
5,6-dimetilbenzimidazol
remueve el grupo metilo del Ns-metiltetrahidrofolato
para fomar tehahidrofolato. Los beneficios metabólicos
de esta reacción son que las reseras de metionina s:
conservan y el tetrahidrofblato se encuentra disptrr.-
ble para parlicipar en la síntesis de purinas, pirimidines
y ácidos nucleicos.
La defielencia de vitannina 8,,
conduce a una anemia rnegaloblástica
Cuando la absorción de la vitamin& 812 se ol-'sia'-ui,z:
por la falta de factor intrínseco (o por gastreci¡llll; .
se origina un trastorno llamado anemia perniciosr
Las personas vegetarianas se encuentran en ma L1r lle!-
go de desamoilar una def-rciencia dietética rea1. piestl
que la
-ritamina sólo se encuentra en alimenters cjt
":r-
gen animal o en microorganismos por 1o que 1os
alimentos contaminados representan cierto ben el-lc l.-'
al respecto. Esta deficiencia lleva a una alte¡ación de
la reacción de la metionina sintasa. La anemia resul-
tante se debe a un desorden en la síntesis de DNA. que
evita la división celular y la formación del núcleo de
nuevos eritrocitos con la consecuente acumulación. en
la médula ósea, de megaloblastos 1'
1a presencia en 1a
circulación de eritrocitos inmaduros. La síntesis alte-
rada de purinas y pirimidinas que resulta de la
deficiencia de tetrahidrofolato es consecuencia de que
Figura 52-14. Vitamina 8,2 (cobalamina). La R puede variar para originar las diferentes formas de esta vitamina; por eiem! -
R=CNencianocobalamina; n=OU en'hidroxicoL¡alamina; R=5'-desoxiadenosil en5'-desoxiadenosilcobalamina y R= 3i
en metilcobalamina.

774. SH
I
(CHzlz
I
H-C-NH^+
t"
coo-
Homocisteína
H3C-S
I
(CHr)z
I
H-C-NH^+
t"
coo-
Metionina
f
Metilcobalamina
Metil
-
H4folato
Brz
H4 folato
CH^
t'
H-C-COO-
I
C-S-CoA
il
o
r-Metilmalonil-CoA
Hidroxocobalamina
I 8,,
I
* e,,
Desoxiadenosilcobalamina
cH2 -
coo*
I
H-C-H
I
C-S-CoA
SucciniFCoA
il
U
Figura 52-15. Las dos reacciones ¡mporta:-
tes catalizadas por enzimas dependientes c:
la coenzrma viiamina 812. La deficiencia de esia
vitamina conduce a la inhibición de ambas
de la metilmalonil-CoA mutasa y metionin¿
sintasa, provocando una aciduria metilmaló-
nica, homocistinuria y persistencia del folatc
como metil-H4folato (trampa de folato).
el folato perrnanezcaen la foma de metiltetrahidrofo-
lato (lo cual se conoce como "trampa de folato,,) (figu-
ra 52-1 5). También se pueden presentar homocistinuria
y aciduria metilmalónica. El trastorno neurológico
asociado con la deficiencia de vitamina Br¡ puede ser
secundario a una deficiencia relativa de metionina, que
conduce a una metilación deflectuosa.
Han sido descritos cuatro trastornos hereditarios
de1 metabolismo de la cobalamina; dos afectan la sín-
tesis de desoxiadenosilcobalamina únicamente y en los
otros dos, los pacientes carecen de la capacidad para
sintetizar tanto desoxiadenosilcobalamina como
metilcobalamina.
rl;iri-¡1t,r..!¡ ! i,r: :i.,.t...
F'olacina es el término genérico del ácido fólico y sus-
tancias relacionadas que poseen una activiclad bioquí-
mica igual a la del ácido fólico.
El ácido fólico, o folato, consiste en una base pte-
ridina adherida a una molécula de ácidop-aminoben-
zoico (PABA) y una de ácido glutámico (figura 52 1 6).
Los anirnales no tienen la capacidad de sintetizar pABA
o de frjar glutamato al ácido pteroico y, por tanto, en
su dieta reqlrieren de folato. las levaduras. el hígado y
ios vegetales de hoja verde son las principales füentes
de esta vitamina. En las plantas, el ácido fólico está
presente como ult conjugado de poliglutantato cpre
consiste en una cadena polipeptídica de siete residuos
de glutantato unida en posición y. En el hígado, el ptin-
cipal fblato es un conjlrgado de pentaglutamil.
El folato act¡vo es el tetrahidrofolato
(H4folato)
Los derivados del folato de la dieta son degraoados por
enzimas intestinales específicas y convertidos en mono-
glutamil folato para su absorción; la mayor parte de éste
es reducido a tetrahidrofolato en las células intesti-
nales (figura 52-|7)porlaenzima folato reductasa, la
cualutlliza al NADPH como donador de los equiva-
lentes reductores. Los poliglutamatos de tetrañidro-
folato son posiblemente las coenzimas funcionales en
los tejidos.
El Hofolato es el acarreador de unidades
act¡vadas de un carbono
Las unidades de un carbono transportadas por el Hafolato
representan una serie en varios estados de oxidación
Hrr.r
¡-^ ) \.- rN-\
lá ll AÁl
t\-A'i'-^
OH
Pteridina
"
Tcoo-
?t, cH,
iU- > ¿-;
I ll H I
t-- )-c-¡rt-cl-t
"l* 3 Joo-
+
Ptero¡l (ác¡do glutámico)
Ácido glutámico
Fisura 52-16. Estructura fiIll:',lloio" de ros átomos der
ácido fólico.
7jo ' BioquímicadeHarper
Gqíúq
-.,]
METILMALONTL-CoA
MUTASA
\

775. Estructura y
función
de las vitaminas hid,9!9]"bl!!:2
Ácido tetrahidrof ólico
(H4folato)
Figura 52-17. La reducción del ácido fólico a ácido dihidro-
fólÉo, y de éste a ácido tetrahidrofólico mediante la enzima fo-
lato reiuctasa. El trimetoprim es un inhibidor selectivo de la
folato reductasa en las bacterias gramnegativas y tiene un
efecto mínimo sobre esta enzima en los mamíferos; de ahí
su uso como antibiótico. El metotrexato se une con mayor
fuerza y es utilizado contra el cáncer.
llamadas metil. metileno, metenil, formil y formimi-
no. Todos son metabólicamente interconvertibles (figu-
ra 52*18).
La serina es la fuente principal de unidades de un
carbono en la forma de un grupo metiieno, el cual se con-
vierte de modo reversible en Hofolato para formar
glicina y lVIM'-metileno-Hafolato; éste desempeña
úna frrnóión central en el metabolismo de las unidades
de un catbono, y puede reducirse aM-metil-Hofolato,
que desempeña una función importante en la metilación
áe homocisteína a metionina, involucrando a ia metil-
cobalamina como cofactor (figura 52-15). Además, como
otra alternativa, puede ser oxidado a Iúl'I{'0-metenil-
[Iofolato, el cual puede ser hidratado posteriormente
y llegar a formar Mo-formil-H¿folato o M-formil-
Hrfolato; este último también es conocido como áci-
do folínico, una forma estable que puede ser utilizada
para administrar fblato reducido'
El formiminoglutamato (Figlu), un catabolito de
la histidina, transfiere su grupo formimino al Hatblato
para así generar.^{5-formimino-H.,folato. En la defi-
ciencia de folato, el Figlu se acumula después de la
administración de histidina por vía oral.
:il'l':'.:.
:: :l. r:rllr '
"1''1rl'1!i'.';,r:r
'1 -i
La explicación de esta condición es similar a la seña-
lada en el caso de los efectos que produce la deficiencia
de vitamina B12. El M,M0-metilen-H¿folato propor-
ciona el grupo metilo en la formación de timidilato'
un precursor necesario en la síntesis de DNA v en la
formación de eritrocitos (figura 52-19)' Concurren-
temente, con la reducción del metileno al grupo metilo'
tiene lugar la oxidación del H¿folato a dihidrofoiato'
e1 cual debe convertirse de nuevo en Hafolato para ser
utilizado posteriormente. Por tanto, las células que sin-
tetizan timidilato (para formar DNA) son partit uisr-
mente vulnerables a los inhibidores de la folato reduc-
tasa, como el metotrexato (figuras 52-11 1 5l-19)'
Las complejidades de la interacción de la r itamina
B
12 y el folato son una consecuencia de su pani;ipacrón
.oáún en la reacción de la metionina sintasal así, la
anemia megaloblástica causada por deficiencra de vit'a-
mina B,, puede reverlirse con el consumo ertra de folato
en ladieta. Sin embargo, esteüatamiento no cura 1a homo-
cistinuria, la aciduria metilmalónica, ni los desórdenes
neurológicos típicos de la deficiencia de r rtamina B11
El ómplemento dietético de 400 ¡ig
de ácido fólico
diario durante el periodo de la periconcepción puede
reducir notablemente la incidencia de dete;tos del tubc
neural, como la espina bífida. También es importanie
mantener una adecuada ingesta de ácrC¡ tólico en la'
últimas etapas del embarazo y, aun después, cuand'
las mujeres con un estado de nutrición lnrdecuado p'--
drían sufrir cambios megaloblásticos
La estructura del ácido ascórbico iigura 52-20) es
semejante a la de la glucosa, de 1a .-u:' se deriva en 1i
mayoi pate de los mamíferos (fi gura li J t Sin embargo'
en los primates, humanos y varías espe;res r p' ej ', cobayos,
algunós murciélagos, pájaros, peces
'
invertebrados)'
1aáusencia de la enzima L-gluconolactona oxidasa evita
esta síntesis.
HrN -.'l \,§
tll
-*
OH
Ácido fólico
ryn
I
ffi?",
HN
¡''.
I rornro I Y
I nroucusr | [
FJ:
Trimetoprim
NADPH + H+
NADP+

776. 732.
Metionina
H
-y'Nt.'-H,
Jl , -[,-N'
'cH"
rl-
I il'I.
H
HrN
-.-) -,-
N --- H,
l' lr i
N¡. A
' -kH
YNcH^
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H
¡'
N10
H"'
H
...-
N ..-,- H,
III-*
.
N'
-CH,
*r* .1.,"
ffi@t* N -
#ffi.* ;; '-
ffin
§Gffi ,,,,,,,,,,,,,
H
...- N..r-
H,
.Jl . -["-N- -CH,
ffi,1'l
gs.¡., Glicina
11
. '
*,'o
Y-Y:'
';;r:"-i" ^*
?r,
mÑ':..
-o
+
o--J-* VarP
Formato
f^or,.,
H4folato
/Vlo -Formil-Hofolato
/v! /v1o -Metileno-H4fotato
ru! atlo-metenit-H4folato
l.:
H
Y*)-n'
-ll_ , tH
i?"
o--c- g I'1
ñ
N5-Metil-Hofolato
\
'uoo"-J"
X^síntesisdeDNA
) " Deficiencia de folato
.L/
|
o de v¡tan.tina Br2
*l??*
+
H
N--H,
I
-zH
N- cH^
H
¡'
N'o
t"'
o--c- H
Heo
I
4
^r5
-Form¡mino-H4f olato
I
|
-.-o,r,rr",oDd"i?l?:¡J'dt|
|

u+rotato
N-Formiminoglutamato
(Figtu)
l
I
I
Véase figura 32-4
L-Hist¡dina
^/5-Formil-H4folato
(ácido fotínico)
Figura 52-18. lnterconvers¡ones de las unidades de un carbono adher¡das al tetrahidrofolato.
La vitamina c activa. es el propio ácido un potenciar de hidrógeno de + 0.0gv, que Ie confiere
ascórbico, un donador de equivalentes la óapacidad de reducir compuestos como oxígeno
reductores molecular, nitrato y citocromás a y c. Elmecanismo
cuando el ácido ascórbico actúa como un donador de Íi"":::'*r1""',.x,ffi::13:'"::tfi[:l;,[", :ü.,i:l-
equivalentes reductores, es oxidado a ácido dehidro- ,"r ro" utgur"r ¿" rÁ p.o""ro, -.¡á docurnentados
ascórbico, el cual puede actuar como fuente de dicha qr. l;."q;;;;;. En muchos de estos procesos, el ácrdo
vitamina' El ácido ascórbico es un agente reductor con ascórbico no pafiicipa directamente, pero es necesario
Homocisteína
NHo*
. \u ,

777. Estructura y
función
de lot ,i!*tuot hifuotolublnt ' ffi
H4folato
Serina
^"{
vRxx
n'o
A¡x!,.
fri,l

I\¡etotrexato
\2
[*J,o,?Ii.o I X. H*-{
f:x:,,,
I
^rl
N1o-metileno-H4folato
o
A-*
*T
it
oAru--n
I
cl",o
-l
,/ (¡ ¡)
*H,
OHH
Enzima ausente
en primates Y
cobayos
o:c---l
g-OH
ó
il
-o '/
N.
H"
Dihidrofolato
o
**A'-.ffi
rll
oAu n
o:?__--)
9:o ¿
á:o I
rl
H-c
I
HO-C-H
I
cH2OH
clr.o.
HH
H
Oz'
|/
P
,/l
U
O7
|,/
P
I
o-
OHH
2',-Desoxitimidilato
(drMP)2'-desoxiuridilato
(duMP)
Figura 52_1g. Transferencia de un grupo metiro desde er M,N10-metileno-H.forato
ar desoxiuridirato
para generar desocitimrc ¿::
y dihidrofolato (Hrfolato).
para lnantener un metal cot-actor en estado reducido'
i""irv.t¿" al Cu' de ias monooxigellasas y al Fe, de
las dioxigenasas.
1) En la síntesis de colágena es requerido para la
hidroxilación de prolina y lisina (capítulo 57' fi-
gura 30-1 1).
2) Én la degradación de tirosina' la oxidación del
p-hidroxifenilpiruvato a homogenistato requie-
ie de vitamina C, la cual puede mantener el estado
reducido del cobre, necesario para una actividad
máxima (figura 32-13). El paso subsecuente es
catalizado por 1a homogentisato dioxigenasa' que
es una enzima que contiene hierro fenoso u-''''
también requiere ácido ascórbico'
3) En la síntesii de adrenalina a partir detirosin¡ :'
requerido en el paso de la dopamina B-lT
idror' : l'' :''
(figura 49-l ).
4) En la formación de ácidos biliares es reqrlenc'--
'"
'
.t puro inicial de ia 7 a-hidroxilasa
(capítulc' i'
5) Licorteza suprarrenal contiene grandes c'1i'1 1':'
des de vitarnina C, la cual disininuye rápidan:;:-' -
cuando 1a glándula es estimulada por 1a i''l: :'
na adrenoórticotrópica' Latazón de estt' il :'
es aún desconocida' pero la esteroidoge:''s
'
implica varias sintasas reductoras'
i2Hl
I
C-OH"
I
H-c
I
HO-C-H
I
CH20H
I
HO-c-H
I
*o-"-t, I
"1__)
U-U_
I
HO-C-H
I
cH20H
Gulonolactona
Ácido ascórbico
Ácido deshidroascórbicc
Figura 52-20. Ácido ascórbico, su fuente en mamíferos, excepto primates y cobayos, y su oxidación a ácido deshid16¿cso¡b1cc
(Aéterisco: se ioniza en ascorbato)'

778. 734 .
Bioquímica de Harper
(Capírui,., Í
-
6) La absorción de hierro es significativamente
incrementada por la presencia de vitamina C.
7) El ácido ascórbico puede actuar como un antio_
xidante hidrosoluble general, por ejemplo, para
reducir el tocoferol oxidado en lal membránas
(figura 53 12) y puede inhibir la formación de
nitrosaminas durante la digestión.
ñ*a deficiencia de ácido ascórbice
provoea eses!.butCI
El escorbuto es el síndrome típico de la deficiencia de
vitamina C; está relacionado con una síntesis defec_
tuosa de colágena, la cual se manifiesta mediante
hemorragias subcutáneas y de otros sitios, debilidad
muscnlar, edema gingival blando y pérdida dental. Su
cura se logra con el consumo de frutas y vegetales frescos.
Las reservas normales de vitamina C són suficientes
por 3-4 meses antes que aparezcan signos de escorbuto.
RESUMEN
1. Las vitarninas son nutrientes orgánicos con múlti-
. ples funciones metabólicas esenciales, requeridas
en pequeñas cantidades en la dieta, ya que no pue_
den ser sintetizadas por el cuerpo humano.
2. A excepción de lavitamina C, lai vitaminas hidroso_
lubles son miembros del complejo B y actúan como
cofactores enzimáticos.
3. La tiamina es un cofactor de 1a descarboxilación oxi_
dativa de los cr-cetoácidos y de una importante en_
zima de la vía de los fbsfatos de pentosa, la trans;;-
tolasa.
.1. La riboflavina y la niacina son cofactores intportanre:
en las reacciones de oxidorreducción. La riboflar rn;..
está presente como grupo prostético de las enzintas
llamadas flavoproteínas, como el mononucleótlclc
de flavina y el dinucleótido de flavina y adenina. en
tanto que la niacina está presente en los cofactores
NAD y NADP de muchas enzinras deshidrogenasas.
5. El ácido pantoténico estápresente en la coeñzinra A
y en la proteína transportadora de acilos, las cuales
actúan como transportadoras de grupos acilo en mu_
chas reacciones imporlantes; en cambio, el fosfato
de piridoxal es la coenzima de varias eluimas del me_
tabolismo de aminoácidos, incluyendo las transa_
minasas.
6. La biotina es la coenzima de varias enzimas carboxila_
sas, incluso acetil-CoA carboxilasa, enzima regulado_
ra de la lipogénesis y piruvato carboxilasa,Impor_
tante en la gluconeogénesis.
7. lndependientemente de tener funciones distintas. Ia
vitamina B,. y el ácido fólico parlicipan en proveer
residuos de un carbono para la síntesis de ácidos
nucleicos.
8. El ácido ascórbico es un antioxidante hidrosoluble
que mantiene a muchos metales cofactores en esta_
do reducido.
9. La ausencia de vitaminas hidrosolubles en 1a dieta
provoca estados de deficiencia múltiple. La caren_
cia de una sola vitamina conduce a un síndrome por
deflciencia específico. I
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779. 53
Estructura Y función
de las vitaminas liPosolubles
Peter A. MaYes, PhD, DSc
Las vitaminas liposolubles son moléculas hidrófobas
apolares derivadas del isopreno (figura 53-i) No
pueden ser sintetizadas por e1 organismo en cantidad
iuficiente, por lo que deben ser obtenidas de la dieta;
sólo pueden ser absorbidas de manera adecuada cuan-
do háy una absorción normal de grasa; como cualquier
otro lipido apolar, una vez absorbidas, deben ser trans-
portad-as .n1u turgt" como lipoproteínas. o hjadas a
proteínas de unión específicas. Las vitaminas liposo-
iubles tienen diversas funciones, por ejemplo, la vita-
mina A en la visión; la vitamina D en el metabolismo
clel calcio y fosfato; la vitarnina E como antioxidante;
1.
la vitamina K en la coagulación sanguínea' Aunque
álgrnu vez se le clasificó exclusivamente como una
viiamina. la vitamina D en realidad es una prohormona'
Los trastomos que afectan la digestión y la absorción
de 1as vitaminas liposolubles, col¡o la esteatol-rea y
las alteracion.. ., él sistema biliar, pueden conducir a
estados de defrciencia. Las dietas inadecnadas o insu-
ficientes debidas a una malabsorción causan síndromes
que af-ectan al funcionamiento fisiológico de las vita-
minas: la deficiencia de vitarnina A provoca cegtlera
nocturna y xeroftalmía; la deflciencia de vitamina D
produce ráquitismo en los niños y osteomalacia en los
ud.rlto.; la bef,rciencia de vitamina E es poco común,
pero pr,rede originar trastornos neurológicos y anemia
én eliecién nacido; la deficiencia de vitamina K, tam-
bién es rara en los adultos, puede causar hemorragias
en el neonato. Debido a que el cLlerpo humano tiene la
capacidad de almacenar vitaminas liposolubles por
arriba de las necesidades de consumo, se puede llegar
a presentar una intoxicación por la ingesta excesiva
de vitaminas A y D. La vitamina A y el
B
caroteno, 1a pro-
vitamina A y la vitamina E, son antioxidantes; y su
posible participación en la prevención de arterioescle-
iosis y cáncer ha sido relacionada con esta propiedad'
VITAMINA A
La vitamina A o retinol es un compuesto poliisopre-
noide que contiene un anillo ciclohexenilo (fi gora53-2)'
"Vitamina A" es un término genérico que se refiere a
todos los compuestos de origen animal que presentan
la actividad blólOgica de esta vitamina; es almacenada-
principalment", ó*o ésteres de retinol en el hígado'
bn el órganismo las principales funciones de lavitamina
Ason dÉvadat u
"ibo
por el retinol y sus dos deriva-
dos, retinal y ácido retinoico. El término retinoides
ha sido empleado para describir tanto las formas natu-
rales como los análogos sintéticos del retinol'
La vitamina A tiene una prov¡tamina,
el B caroteno
En los vegetales, la vitamina A existe como una
provitamila en la forma del pigmento amarillo p
'caroteno,
el cual consiste en dos moléculas de retinal
unidas por la terminal aldehído de sus cadenas de car-
CH.
I
H"C C'r
,/ \.C
CH.
H
Figura 53-1. Dos representaciones del isopreno
\A
735

780. 736 . Bioquímica de Harper
(Capítulo 5j
Figura 53-2. RetinoF(vitamina A).
bono (figura 53-3). No obstante, debido a que el p
caroteno no es metabolizado de manera eftcaz a vita-
mina A, posee sólo una sextaparte de eficiencia como
fuente de vitamina A, comparado con el retinol, en
cantidad equivalente; los compuestos semejantes al
B
caroteno son conocidos como carotenoides.
La digestión de la vitamina A
acompaña a la de los lípidos
y sufre transformac¡ones
poster¡ores en Ia mucosa intestinal
Los ésteres de retinol disueltos en la grasa de la dieta
se dispersan en gotas de bilis y son hidrolizados en la
luz intestinal, para después ser absorbidos directamente
en el epitelio intestinal. Los
B carotenos ingeridos pue-
den ser descompuestos por oxidación mediante el p
caroteno dioxigenasa (figura 53-3). Este proceso
emplea oxígeno molecular y es facilitado por ia pre-
sencia de sales biliares generando dos molécu1as de
retinaldehído (retinal). Esta reacción no puede darse
en el gato, cuya dieta debe contener vitamina .{
preformada. En la mucosa intestinal el retinal es redu-
cido a retinol mediante una retinaldehído reductasa
especílica que utiliza NADPH. Una pequeña fracción
del retinal es oxidada a ácido retinoico. La mayor pane
del retinol es esterificado con ácidos grasos saturados
e incorporado a los quilomicrones linliíticos (capítulo
27) que ingresan a la circulación sanguínea; posterior-
mente, son convertidos en quilomicrones remanentes
y son capturados por el hígado junto con su contenido
de retinol. Los carotenoides pueden escapar de algu-
nos de estos procesos y directamente volverse parte
de los quilomicrones.
La vitamina A es almacenada
en el hígado y liberada a la sangre
fijada a proteínas de unión
En el hígado, la vitamina A es almacenada como un
éster en los lipocitos, (células perisinusoidales en for-
ma de estrella), probablemente como un complejo
lipoglucoproteico, que es hidrolizado para poder ser
transportado a los tejidos, y así, el retinol liberado se
I
I s-c¡RoruNo I I
I óroxrcrrursa I I
I
o2
Sales biliares
CHs
H
c
\
o
1\
c
H
CHs
H.CA
wRetinaldehído
(retinal, vitam¡na Ar)
CHs cHs CHs
Retinaldehído
CHg Ácido retinoico
(todo-trarrs)
CHs
p-Caroteno
I
/z NADPH (NADH) \
¡ nertMlorHÍoo I t +H, \NAD,
I nroucrasn l/ eo
/
unoe,1runo
¡ \
cHs CH.
C§/\A/\
YCU,
CHs Retinol
(vitamina A)
Figura 53-3. El B-caroteno.y su descomposición en retinaldehído. La reducción del retinaldehído a ret¡nol yta oxidación del
retinaldehído a ácido retinoico también se muestra. También hay formación de ácido retinoico s-"is lii-cí".

781. Estrttctura y./Lutción de las vitaminas liposoluhles .
737
une a una proieína de unión del aporetinot (RBP,
del inglés apo-retinol-binding profeirz). El complejo
holo-RBP resultante es procesado en el aparato de
Golgi y secretado hacia el plasma; y se captura en los
tejidos vía receptores de la superf,rcie celular. El ácido
retinoico se transporta en el plasma unido a la albúmi-
na. Una vez que el retinol se encuentra dentro de ias
céluias extrahepáticas, se enlar-a a una proteina celu-
lar de unión del retinol (CRBP, del inglés cellular
retino l-bin ding proteii).
La intoxicación por vitamina A (hipervi-
tan,inosis A) se presenta luego de que se ha excedido
llcapacidad de las RBR y las células se exponen al
retinol libre. Esto puede sueede+ por eLconsumo ex-
cesivo de complementos de vitamina A, y ha sido
hallada en los exploradores del Á.tico por su consu-
mo f¡ecuente de hígado de oso polar, que es el eslabón
final de la cadena alimenticia de vitamina A. Las mu-
jeres embarazadas deben evitar consumir hígado por
los efectos teratogénicos de la vitamina en altas con-
centraciones.
El retinol, el retinal y el ácido retinoieo
tienen funciones biológicas únicas
El retinol y el retinal se pueden interconvertir en pre-
sencia de deshidrogenasas o reductasas dependientes
de NAD o de NADP, presentes en muchos tejidos. Sin
embargo, una vez que el ácido retinoico se forma a
partir del retinal, la reacción no puede ser revertida y
generar retinal o retinol, de nuevo. De esta manera, el
ácido retinoico puede participar en el crecimiento y
diferenciación, pero no reemplazar al retinal en la fun-
ción que desempeña en la visión, ni tampoco al retinol
en su participación en el sistema reproductor.
ffil netinsl y el ácido ret¡noieo
#ctúafi csnl§ l¡CIrr¡ronas
*ste§'*ieñes
Cuando el retinol es capturado por la CRBP, viaja por
toda la cé1üla enlazándose a proteínas nucleares,
donde probablemente se involucra en el control de la
expresión de ciertos genes. En este sentido la vitami-
na A actúa como hormona esteroide. Se han
identificado receptores nucleares para ácido retinoico
(todolrans) y para el ácido retinoico 9-cis; son miem-
bros de la superfamilia de proteínas de los receptores
a los esteroides, la hormona tiroidea y el ácido
retinoico. El ácido retinoico ha sido implicado en la
regeneración de las extremidades en anfibios y en el
control de la síntesis del fosfolípido surfactante pul-
monar. A esta función se le atribuye el requerimiento
de vitamina A para la reproducción normal.
El retinal es un componente
del pigmento visual rodops¡na
La rodopsina está presente en las células bastón de la
retina, las cuales son responsables de la visión en la
oscuridad o cuando existe poca \uz. EI 11-cis-retinal,
un isómero del todo-trans
-retinal,
se une específi-
camente a la proteína visual opsina para formar
rodopsina (figura 53 4). Cuando la rodopsina se ex-
pone a la luz, se disocia y decolora para formar
todo-trans-retinal y opsina. Esta reacción se acompa-
ña de un cambio conformacional que induce una
modificación en la permeabilidad a los cationes, in-
cremento en la polarización de membrana y el disparo
de un impulso nervioso. En esta secuencia interviene
una proteína G, la transducina, que perrnite la hidrólisis
del cCMP por la fosfodiesterasa, provocando un de-
cremento en lapermeabilidad al Na* con el consecuente
aumento en la polarización de la membrana retinal.
EJ ícido retino¡co partic¡pa
en ¡a síntes¡s de glucoproteínas
Esto explica parcialmente la acción del ácido retinoico
como promotor del crecimiento y la diferenciación de
1os tejidos. Se ha propuesto que el retinoil fosfato fun-
ciona como un transporlador de oligosacaridos a través
de la capa bilipídica celular, por medio de una iso-
merización enzimáttca fuans*cis análoga a la ya
descrita isomerización trans-cis de la rodopsina. Es
fuerte la evidencia de que el ácido retinoico está im-
plicado en la síntesis de glucoproteínas, puesto que
una deficiencia de vitamina A resulta en la acumula-
ción de lípidos-oligosacáridos anormales de bajo peso
moiecular, intermediarios en la síntesis de glucopro-
teínas (capítulo 56).
La falta de vitamina A causa síntomas
de deficiencia característicos
La deficiencia de vitamina A causa síntomas debidos
a la disfunción de varios mecanismos celulares en los
que participan los retinoides. Una de las primeras
manifestaciones es lavisión nocturna defectuosa, que
se presenta cuando las reservas hepáticas de esta vita-
mina casi se han agotado; la depleción posterior
conduce a una queratirizaciór de los tejidos epitelia-
les ocular, pulmonar, gastrointestinal y del tracto
genitourinario, acompañada de una reducción en la
secreción de moco. El deterioro del tejido ocular,
xeroftalmía, lleva a la ceguera. La vitaminaAtambién
parece ser esencial para combatir las infecciones de-
bido a su participación en la respuesta inmune. La
deficiencia de vitamina A ocure principalmente en
poblaciones que subsisten cori dietas básicas insuh-

782. 738 . Bioquímica de Harper (Capít:, :
han demostrado que la administración de retinoides
disminuye el efecto de algunos carcinógenos.
El
B caroteno es un antioxidante y puede desent-
peñar una función importante en la captura de radicales
libres peroxi en los tejidos expuestos a bajas presio-
nes de oxígeno. La capacidad del p caroteno para
actuar como un antioxidante se debe a la estabiliza-
ción de radicales libres de peróxido orgánico dentro
de su estructura alquilo conjugada (figura 53 5). Ya
que el
B caroteno es efectivo a bajas concentraciones
de oxígeno, complementa las propiedades antioxidan-
tes de la vitamina E, la cual sólo es efectiva a altas
concentraciones (capítulo l6). La propiedad antioxi-
dante de estas dos vitaminas liposolubles se relaciona
con su posible actividad anticancerígena. Las bajas
concentraciones séricas de
B caroteno y cr tocoferol se
relacionan con el desarrollo de cataratas seniles. Las
LDL son el transpoilador principal del p caroteno.
CH,l
Figura 53-5. Formación de un radical con carbono central estabillzado por resonancia a partir de un radical peroxilo (ROO')
y
B caroteno. (Con una pequeña modificación y reproducida con autorización de Burton GW, lngold KU: p-carotene: An
unusual type of lipid antioxidant. Science 1984;224:569. Copyright O 1984 por the American Association for the Advancement
of Sciencie.)
ffi
I
rsoruen¡sn
I
Figura 53-4. El 11-cr§retinal, formado a partir del todo-trans-retina/, se combina con la opsina para lormar rodopsina en la
células bastón del ojo. La absorción de un fotón de luz por la rodopsina provoca su decoloración y descomposición a opsina
y todo-frans-retinal. El retinal es necesario para mantener este ciclo de reacciones. EI término "retinal isomerasa" denota una
serie de reacciones en las que el éster de retinil es un intermediario.
cientes en las que hay escasez de vegetales que,.de
otra manera, suministrarían la provitamina
B-caroteno.
Los alcohólicos son particularmente susceptibles de
presentar una deficiencia de vitamina A, pero están
aún más proclives a padecer una hipervitaminosis cuan-
do emplean complementos vitamínicos.
Tanto los refinoides como los
ant!cancengena
Muchos cánceres en el humano se originan en tejidos
epiteliales que dependen de retinoides paruladiferen-
ciación celular normal. Algunos estudios epidemioló-
gicos han mostrado una relación inversa entre la can-
tidad de vitamina A contenida en la dieta y el riesgo
de desarrollar cáncer; asimismo, varios experimentos
,?
O?sina
\
nr)
noooptinu
(fotón de luz)
CHs Todo-frars-retinal
ROO.
\

783. Esft"ttcturct 1:.ftmción c{e lus vitamina,s liposoluble's ' 739
VITAMINA D
La vitamina D es una prohonnona esteroide; está re-
presentada por los esteroides que se encuentran en
inimales, plantas y levaduras' Mediante varios proce-
sos metabólicos que tienen lugar en el organismo, da
origen a una hormona conocida como calcitriol, la
".ril
d"t"-p"ña una función central en el metabolis-
rno del calcio y del fosfato (capilwlo 47).
La vitamina D se genera a Partir
de la provitamina deshidrocolesterol
med¡ante la acción de la luz solar
El ergosterol está presente en plantas, y el 7-deshidro-
colesterol en animales; el primer compuesto difiere
del segundo sólo en su cadena lateral, la cual es insa-
turadly contiene un grupo metilo extra (figura 53-6)'
La radiación ultravioleta rompe el anillo B de ambos
compuestos. El ergocalciferol (vitamina D2) puede
producirse comercialmente de plantas mediante el pro-
ceso mencionado; mientras que en los animales, el
colecalciferol (vitamina D3) se forma a partir del 7-
deshidrocolesterol (un precursor en la biosíntesis del
colesterol) en la piel expuesta al sol. Ambas vitami-
nas, D2 y D3, tienen la misma potencia.
El hígado y el riñón están
implicados en la síntes¡s de calcitriol
La vitamina D3 fonnada a partir del 7-deshidrocoles-
terol mediante la acción de la luz solar, y la vitamina
D: (o Dz) de la dieta, son absorbidas como micelas en
el intestino y posteriotmente transportadas en los lin-
fáticos, circulando en la sangre unidas a una globulina
específica, la proteína de unién de la vitamina D'
Lá vitamina D3 se captura en el hígado, donde es hi-
droxilada en la posición 25 por la vitamina D3-25-
hidroxilasa, una enzima del retículo endoplásmico
considerada como limitante de la velocidad de esta
vía metabólica (figura 53-7). La 25-hidroxivitamina
D3 es la forma principal de vitamina D en la circula-
ción y de almacenamiento en el hígado, aunque el tejido
adipóso y el músculo esquelético han sido identifica-
dos comó sitios importantes de resela. Una fracción
significativa de 25-hidroxivitamina D3 se dirige a la
ciiculación enterohepática y cualquier alteración en
ff[;il:.t"
puede conducir a una deficiencia U"
"?
4
En los túbulos renales, el hueso y la placenta,la
..'1
2S-hidroxivitamina D3 es hidroxilada en lá posici ón 1 ?\;
por la 2S-hidroxivitarnina Dr-1-hidroxila§4, u11a en-
zima mitocondrial. El producto es la 1o,,25-dihidro-
t
,/",/
¿vq
4
CHs
CH
CH:
CHs
CHe
I lHs ,cHs
H-C-CH:CH-C--CH
CHs
hv
Fctólisis
comercial
Ergosterol
(plantas, p. ei., levaduras)
\
CHe
hv
Fotólisis
HO
(luz solar)
Ergocalciferol
(vitamina D2)
Colecalciferol
{vitarnina
D3)
cHs
I
H --C -cH2 -
cH2- cH2 -
cl'l
l/
H-C-CH2-CH2-cH2-cH
CHo CH:
GH¡
7-Deshidrocolesterol
(animaies)
Figura 53*6. El ergosierol y el 7-deshidrocolesterol y su ccn..,ersión mediante fotólisis en ergocalciferol y colecalciferol' res-
pectivamente.

784. 740 .
Bioeuímica de Harper
-
CHs
I
t('¿ '
yr"
-
cHz - cHr_#I
CH.
CHe
CH.
I
1,25-D¡hidrox¡colecalcirerol
(1,25-dihidroxiv¡tamina
D3 )
(calcitriol)
,CH,
1;9 -
cH2 -
cH2
-
cH, -ffiffi r-1_ c -
cH,
25-H idroxicolecalc¡ferol
(25-hidroxivitam¡na
D3)
_
1d-H|DBOX|LASARENAL.
OSEA, PLACENTARIA, INTESTINAL
CHs
I
"(*'
CHs
25-HIDROXILASA
HEPÁTICA
Colecalciferol
(vitamina Ds)
24. HIDfiOXILASA BENAL. OSEA,
PLACENTARIA, INTESTINAL
O CARTILAGINOSA
?'. ffi 9H'
-
cH. -
.ffi-
(- o,
CHs
1;9 -
cH2
-
cH2- CH,
-
2só-=-*oH
CHs
24,25-D¡hidrox¡colecalciferol
(24,25-dihidroxivitamina
D3)
Figura 53-7' El colecalciferol puede ser hidroxilado en la posición cru mediante una enzima hepática. El 2s-hidroxicolecalciferoles metabolizado posteriormente a 1c¿,25-dihiáráxicálecalc¡te
rol o a 24,25-dihidroxicolecalciferol.
xivitamina D' (calcitriol), el ,,etabolito más potente carencia de calcio y foslbto. Los pescados grasosos
9:yy:
D' Su.producción está ..gutuÁ-po, ., (el bacalao), iu y.,r,u de huevo y el hígado son fuentespropla concentración, por la hormona paratiroldea y ricas de vitáminá D. La exposiciá, ,"ii ¿. una personapor el fosfato sérico'
.--:,_
'
depend. ¿. .i"rtu, características geográficas del lu-
La 2S-hidroxivitamina
D-, puede tanrbién ser-
gai donde habrta, como latitud, las estaciones del año.
hidroxilada en la posición 24 a távés ¿. ,ro .rril"
ásÍ como ot ur ru.to.., qr. irn,,yürou.. lu clase de
r¡itocondrial presente en tirbulos renales. ;iú;".
alimentos drsponibles d" ;pi;l;s requerimientos
intestino
v
placenta. El nir el de 2a,25-dihid;;;d;- de vitarnina D'. Et consumo
"i;;i;;;.
esra vitamina
mina D., está relacionaclo reciprocam.*..o,r.t'á" lieva a una hipervitaminosis.uiu.Lrlru¿u p";;ii;;
l'25-dihidroxivitamina
D. sérica y es biolOgicarnente
conce¡traciones sanguineas de calcio y una calciflca-
inactir a. ción de los te.lidos blandos.
. . fara
mayores detalles sobre la regulación v fun_
cióri del calcirriol en el metabtrlismo ¿el iaic¡ol rárturo
véase el capítLrlo 47. Existe evidencia a. quJ ü vita_ 1,I : :.-:11
mina D, así como Ia vitarnina A. llevan ;;"b" ;;,
lLrnciones mediante senes activado..r.rp".inaor. r-u Eristen varios tipos naturales de tocoferol; todos scrnvitamina D también Istá invoh-rcrado .,., ru Jii¿..n.lr- 6hidroxicrorranos
sustitLridos isopre,oides (tocoles¡ción cefi-rlar y en la función inmunitaria. (figura 53_g).
EI o-cr-tocoferol tiene la distribución más extelt_
s.a y la mayor actividad biológica. Otros tocoferoles
de irnporlancia clietética se indi*can .n .l .uuj- S:_l
El raquitismo se presenta en niños y la osteomalacia La absorción activa de grasa
en adultos, que no se exponen con ñecuenci u
^;i;;
favorece la absorción de vitamina Esolar o no reciben cantidades adecuadas ¿e vliamirra
D a través de los alimentos' Se.
"u*"t".irun
po, ,o La alteraciónen la absorción de grasa conduce a unaablandamiento de los huesos, el cual resulta á" ,n, deficiencia de vitamina E debido a que el tocoferol se
hi---

785. Estructura y
función
de las vitaminas liposolubles '
741
CH.
;t-
(cH,)3
CH. CHg CH,
rtl
-
cH(cH2)3 -
cH(cH2)s -
cH
-
cH3
encuentra disuelto en la grasa de los alimentos y es
liberado y absorbido durante la digestión lipídica.
Además, el tocoferol es transporlado en la sangre por
lipoproteínas primero, incorporiíndolo a los quilomi-
crones, los cuales distribuyen la vitamina en lostejidos
que contienen lipoproteinlipasa, y después al hígado
en quilomicrones remanentes; y segundo, transport.iín-
dolo fuera del hígado mediante las lipoproteínas de
muy baja densidad. El tocoferol es almacenado en el
tejido adiposo. Puede originarse una deficiencia de
vitamina E en situaciones relacionadas con disfunción
en cualquiera de los mecanismos ya señalados, por
ejemplo en esteatorrea crónica, abetalipoproteinemia,
enfermedad hepática colestásica, en fibrosis quística
y en individuos sometidos a una resección intestinal'
La vitamina E, representa la prirnera línea de defensa
contra la peroxidación de los ácidos grasos poliinsa-
turados contenidos en los fosfolípidos de la membrana
celular y subcelular (capítulo 16). Los fosfolípidos de
la mitocondria, del retículo endoplásrnico y de la mem-
brana plasmática poseen afinidad por el o tocof-ero1,
por 1o que la vitamina suele concentrarse en estos si-
tios. Los tocoferoles actúan como antioxidantes
rompiendo la reacción en cadena de los radicales li-
bres, como resultado de su capacidad para transferir
un hidrógeno fenólico a un radical libre peroxilo pro-
cedente de un ácido graso poliinsaturado peroxidado
(figura 53 9; capítulo 16). Los radicales libres fenoxi
generados pueden reaccionar con 1a vitamina C para
fomar de nuevo tocoferol (frgura 53 l2), o reaccio-
nar con otro radical libre peroxilo, de manera que el
anillo cror¡ano y ia caderia lateral se oxidan lonlando
un producto no radical libre, el cual muestra en la fi-
Cuad]o 53-1 ,TocoÉrcbs naürabs
de in po rtanc h d bÉtba
Tocobrcl
I
Sustit¡t s
5 7 I -tri¡ e til bco I
Figura 53-8. cr-tocoferol.
gura 53 10. Este prodr.rcto de la oxidación se conjuga
con el ácido glucorónico mediante el grupo 2-hidro-
xilo, y es excretado por la bilis. Si el tocoferol reac-
ciona de esta manera, no es reciclado después de haber
llevado a cabo su acción, por lo que deberá ser reempla-
zado completamente para continuar con sus funciones
biológicas en la célula. La acción antioxidante del
tocoferol es efectiva en altas concentraciones de o,r.i-
geno, por 1o cual no es sorprendente que tienda a
acumularse más en aquellas estructuras lipídicas que
están erpuestas a las presiones parciales de O¡. tna.
altas, por ejemplo la membrana eritrocitaria, las rnenl-
branas del árbol respiratorio y la retina.
La glutatión peroxidasa, de la cual el selenlo es un
conrponente integral (capítulo 22'),brinda una seg'ril-
da línea de defensa contra los hrdroperórrdos alii-s
que puedan dañar las membranas y otros colllpLrnen-
tes celulares (figura 53 12). Así el tocoferol ¡' el sel:nr,-'
se reluerzan mutuan'lente en sus accions5.Lrtll[; . '
peróxidos lipídicos. Además, el selenio es ne.esr:l.'
para lograr una tunción pancreática normal. I s,-
".1
indispensable para la digestión y absorción de 1:p : '
incluyendo la vitamina E. De manera inversa. i:
"
- -.-
mina E reduce los requerimientos de selenic, ¡1 - --.:
la pérdida de este elemento en el organistrlo i rll-'-r-i;-
niéndolo en forma activa.
Existe ia posible necesidad de recomenda¡ suplemen-
tos de tocoferol en la dieta de las mujeres durante el
embarazo y lactancia, así como para los recién naci-
dos en quienes puede desarrollarse anemia como
ROO.+ TocOH + ROOH + TocO'
ROO.+ TocO. + ROOH +
Producto no radical libre
Figura 53-9. Actividad antioxidante de los tocoferoles
(TocOH) que rompe la reacción en cadena de los radicales
peroxilo (ROO').
Alh
Bets
Ganma
De ia
i 5 8D inetil bco I
TEDinet¡l bcol
8M etil bco I

786. 742 .
Bioquímicct de Harper
(('opir:
OH CH.
,l
l/"-i:"
o 2cH -'c,
I
CHr\l
CH,
-CH,
Figura 53-10. Producto de la oxidación del c¿{ocoferol. Los
números permiten relacionar los átomos con aquellos del
compuesto progenitor.
consecuencia de una insuficiencia de vitamina E. La
anemia se puede deber a una producción disminuida
de hemoglobina y a un acortamiento en el ciclo vital de
los eritrocitos.
El requerimiento de vitamina E se incrementa
cuando existe un aumento en el consumo de srasas
poliinsaturadas. La ingesta de aceites mineraies, la
exposición a oxígeno (p. ej., uso de escafandras) o la
presencia de enfermedades que conducen a una ab-
sorción ineficaz de lípidos, puede provocar deficiencia
de esta vitamina y llegar a originar algún trastomo
neurológico.
La vitamina E se destruye mediante el procesa-
miento y preparación comerciales de los alimentos,
incluyendo la congelación. El germen de trigo, las se-
millas de girasol y el aceite de semillas de girasol, el
aceite de maizy de soja, son fuentes ricas en vitamina
E. Aunque los aceites de hígado de pescado son fuen-
tes abundantes de vitamina A y D, la cantidad de
vitamina E que contienen es poco significativa.
Especies react¡vas del oxígeno (ERO)
pueden desencadenar enfermedades
Un radical libre es un átomo o molécula que tiene uno
o más electrones impares; su consecuente tendencia a
adquirirun electrón apartir de otras srrstancias lo con-
viefte en un compuesto altamente reactivo. Sin embargo,
no todas las especies oxígeno-reactivas son radicales
libres, por ejemplo, el oxígeno solo y HrOr. Cuando el
oxígeno es reducido a agua por la citocromo oxidas¿r
adquiere cuatro electrohes (figura 53-11). No obsranie.
lós electrones pueden ser ganados uno a la vez me-
diante una reducción univalente, la cual representa de
1 a 5oA del consumo total de oxígeno. Las molécula:
individuales en una reacción univalente son altamente
reactivas y tienen el potencial de dañar los tejidos; son
el radical libre superóxido, el peróxido de hidrógeno
y el radical libre hidroxilo. Este último es altamente
tóxico, pero de vida muy corla, por lo que actúa mur-
cerca del sitio de su producción mediante las reaccio-
nes de Haber-Weiss y de Fenton catalizadas por Fr
(cuadro 60-4). Otras fuentes de especies reactivas son
la xantina oxidas4 la cual genera superóxido (p. ej., du-
rante el daño por reperfusión a órganos isquémicos).
y la ciclooxigenasa y lipooxigenasa (capítuio 25), que
producen radicales hidroxilo yperoxilo. Los neutrófi-
los estimulados producen superóxido como mecanismo
de destrucción bacteriana (capítulo 60). El superóxido
también puede ser producido durante el metábofismo
de xenobióticos por el citocromo p450. puesto
que
estas moléculas son tan reactivas, pueden achtat in situ
muy cerca de donde fueron generadas, por tanto, la
mayoría de las estrucfuras celulares son vulnerables.
incluyendo membranas, proteínas estructurales, enzimas
y ácidos nucleicos, 1o que puede inducir mutaciones y
muerte celular.
Los nutrientes antioxidantes
pueden evitar enfermedades
Ya han sido analizados los mecanismos individuales
de defensa en los tejidos que evitan el inicio de reac-
ciones en cadena de radicales libres o que promueven
su finalización, por ejemplo, superóxido dismutasa
(capítulo 13), antioxidantes lipídicos (capítulo 16),
glutatión peroxidasa y selenio (véase antes), vitamina
C (capítulo 52),vitamina A y
B caroteno (véase an-
tes), y vitamina E (véase antes). En el cuadro 53-2 se
Figura 53-1'!' FroducciÓn de especies reactivas tjel oxÍgeno durante la reducción del oxígeno a agua. La reducción de 1 mol
de 02 mediante el sistema de ia citocromo ox¡dasa de tá cadena reso¡tratár¡aieqri.rrJJ+"=. siñ;;r;;;ciertas reaccio-
nes pe;miten que esta reducciÓn tenga lugar por una ser¡e de reducciones univalentes, cada una de las cuales necesita de un
solo e . Especies oxígeno reactivas son generadas en esta via. (Radicar libre .).
Sistema mitocondrial de la cilocromo oxidasa
(_ ¿n2v
I "
e-+2H e+H*
'l,o "-*H
i
t=!*
"-.-\-,

787. Estructttra.v-.función de las vitantinos liposolubles ' 743
y sus antioxidantes
,o,
o2
oH.
RO.
ROO.
HrO,
LOOH
Cuadro 53-2. Especies oxígeno-react¡vas
Especies reaclivas Antioxidante
la correlación estadística entre la incidencia de enfer-
medades y las bajas concentraciones de nutrientes
antioxidantes en la sangre o en la dieta. Éste es el caso
del selenio, vitanrina A,
B
caroteno, vitamina C y vita-
mina E con respecto al cáncer. También existe una
relación inversa entre la incidencia de enfermedades
cardiovasculares y el estado de las vitaminas E y C.
Estos descubrimientos concuerdan con otros estudios
donde se demuestra que las LDL oridadas son captu-
radas por macrófagos y células espumosas más fácil y
rápidamente que las LDL normales; y que el probucol,
un Iármaco antioxidante. tiene un efecto benéfico so-
bre estos procesos. Existen datos sugestivos de que la
vitamina E tópica puede proteger a la piel contra los
efectos perjudiciales de 1os rayos ultravioleta. Ifasta
la fecha. no se han realizado estudios sobre los com-
plementos vitamínicos generales con alguno o todos
los antioxidantes mencionados, por lo que habrá que
esperar los resultados de estudios experimentales a
largo plazo, que están en desar:rollo actualmente. Sitt
embargo, se recomienda el aumento en el consulno de
cereales, nueces, fiutas y vegetales
-todos
son fLlen-
tes ricas de antioxidantes.
Ox(leno sólo.
Radical libre superóxido
Radical libre h¡droxilo
Badical libre alcoxilo
Radical libre peroxilo
Peróxido de hidrógeno
Peróxidos lipidicos
Vitamina A, B-caroteno,
ütamina E
Superóxido dismúasa,
ütamina E,
B-caroteno
Vitamina E, vitamina C,
Catalasa, glutatión perox¡-
dasa
Glutatión peroxidasa
*
Los electrones en la molécula O, se encuentran a un nivel más
alto de energia.
resumen las principales especies reactivas y los meca-
nismos disponibles para su destrucción. La interacción
de algunos mecanismos antioxidantes se describe en
la figura 53 12. Cadavez existe mayor evidencia de Ia
implicación de los radicales libres y otras moléculas
reactivas en procesos patológicos; la evidencia prin-
cipal surge de estudios epiderniológicos que mLlestran
Reacción en cadena
de rad¡cales libres
+
I
PUFA
-
OO.
PUFA
-
H
(en el fosfolÍpido)
TocO.
A-
:A-
MEMBRANASx
clro-sol-
Vitamina Cox,
GS-SG
o,
Superoxidasa
Vitamina C,"d,
GSH
ooH,-i'\z:
rl ."Yreffi
,f ,T".*"
PUFA
-
OH
Figura 5&-12. lnteracción y sinergia entre los sistemas antioxidantes que operan en la fase lipídica (membranas) celular y en
la fase acuosa (citosol). (R', radical libre; PUFA-OO', radical libre peroxilo de un ácido graso poli¡nsaturado en la membrana
fosfolipídica; PUFA-OOH, ácido graso poliinsturado hiroxiperoxi en la membrana fosfolipídica liberado como un ácido graso
libre hidroxiperoxi en el citosol mediante la acción de la fosfolipasa Ar; PUFA-OH, ácido graso poliinsaturado hidroxiperoxi;
TocOH, vitam¡na E [cr,-tocoferol]; TocO, radical libre de o tocoferol. Se, selenio; GSH, glutatión reducido; GS-SG, glutatión
oxidado, el cual regresa al estado reducido después de reaccionar con NADPH, una reacción catalizada por la glutatión re-
ductasa; PU FA-H, ácido graso poliinsaturado.)

788. Las vitaminas que pertenecen al grupo K son naftoqui_
nonas con poliisoprenoides sustituidos (figura 5 3_ 1 3 ).
La menadiona (§), compuesto pariente de la serie de
vitaminas K, no se encuentra de manera nafural, pero
si se administra intencionalmente es alquilada in vivo
en_una de las menaquionas (§). La filoquinona (K1)
es la forma principal de vitamina K encontrada en las
plantas. La menaquinona-7 es una de las varias for-
mas de vitamina K de poliprenoides insaturados
encontrada en tejidos animales y sintetizadapor bac-
terias en el intestino.
La malabsorción de grasas es la causa más común de
deficiencia de vitamina K. Los derivados naturales de
vitamma K existentes son absorbidos sólo en presencia
de sales biliares, como otros lípidos, y son distribui-
dos como quilomicrones en la circulación a través de
los linfaticos. La menadiona, que es hidrosoluble, es
absorbida aun en ausencia de sales biliares, pasando
directamente a la vena portahepáfica. Aunque la vita-
mina K se acumula inicialmente en el hígado, su con-
centración en dicho órgano desciende rapidamente y
su almacenamiento es limitado.
La vitamina K ha moshado estar involucrada en el
mantenimiento de los valores normales de los facto.
res fI @rotrombina), II, IX y X de Ia coagulación,
todos sintetizados en el hígado inicialmente cómo p.o-
teínas precursoras inactivas (capítulo 59).
La generación de factores de la coagulación biológica-
mente activos involucra la modificación postraduc-
cional de residuos de glutamato (Glu) de lás proteínas
precursoras a residuos de la y-carboxiglutamato (Gla)
a través de una proteín-carboxilasa dependiente de
vitamina K (figura 53-14). La protrombina (factor II)
contiene l0 de estos residuos, lo que permite la que-
lación de calcio en una interacción proteína-calcio-
fosfolípido específica, que es esenci alparasu función
biológica (figura 53-15). Ya han sido identificadas en
varios tejidos otras proteínas que contienen residuos
de Gla dependientes de vitamina K.
744 .
Bioquímica de Harper
(Capirui,-, :
-:
La reacción de carboxilasa dependiente de vitamina K
tiene lugar en el retículo endoplásmico de muchos te-
jidos y requiere oxígeno molecular, dióxido de carbono
(no HCO3) y la forma hidroquinona (reducida) de
vitamina K. En el retículo endoplásmico del hígado
existe un ciclo de la vitamina K (figura 53-16), en el
cual el producto 2,3-epóxido de la reacción de car-
boxilación es convertido por la 2,3 -epóxido reductasa
a la forma quinona de vitamitaK,vtllizando un reduc-
tor ditiol que hasta el momento no ha sido identificado.
Esta reacción puede ser inhibida por la clase de antico-
agulantes del tipo 4-hidroxicumarina (dicumarol), como
o
.a-)-'-a"'"
lltti
w
o
Menadíona (vitamina K3)
o
,r"-,,/)t\-,"cHs
t- 1l ll cH. cH.
-\_,^\-..,-
I
"
li CH2CH=C-CH2-(CHz-CH2-CH-CH2)3-H
o
Filoquinona (vitamina Ki, fitonadiona, Mefitón)
o
cH.
CH.
I
(CHrcH=c-CHrn-H
o
Menaqu¡nona-n (v¡tam¡na K2; n = 6, 7, o 9)
Figura 56-13. Las vitaminas K. La menadiona es una 2_metil_
1,4-naftoquinona. Las otras vitaminas K son poliisoprenoides
sustitutdos.
coo-
I
CH^
t'
CH,
f-
_C-CH-N-
ll H
U
co^
\'
.-#
I
cnneoxrusn
I
-ooc coo-
CH
I
CH,
t-
-c-cH-N-
ll H
o
Figura 56-14. Carboxilación de un residuo de glutamato
catalizada por la carboxilasa dependiente de vitamina K.

789. Estrucfura .y función de las vitantinas liposolubles ' 745
-C-CH-N-
li
H
o
Figura 53-15. Quelación del ion calcio por el residuo de
7-
carboxiglutamil en las proteínas de los factores de la coa-
gulación
la warfarina (figura 53-17), utilizada también como ra-
ticida. La reducción subsecuente de la foma quinona
a hidroquinona mediante el NADH completa el ciclo
de la vitamina K, y así se regenera la forma activa de
1a vitamina.
Un uso terapéutico importante de la vitanrina K
es corlo antídoto en caso de intoxicación por fárma-
cos del tipo del dicumarol. Las fotmas quinona de la
vitamina K pueden superar el efecto de la epóxido
reductasa inhibida, convirliéndose en fuente potencial
de la forma hidroquinona activa de vitamina K.
Existen datos recientes que señalan una nueva
función de la vitamina K en la síntesis de proteínas
óseas, por ejempio, osteocalcina, la cual también con-
tiene residuos Gla que se unen al Ca2'.
l""J
Figura 53-16. Ciclo de la vitamina K en el hígado. Se indica
el sitio de acción de Ios anticoagulantes del tipo del dicumarol.
Los detalles de algunas de las reacciones aún son inciertos
(1.! monooxigenasa; .lr proteín carboxilasa;
r.r, 2,3-epóxido
reductasa; C reductasa). (Modificado y reproducida con au-
torización de Suttie JW: The metabolic role of vitamin K. Fed
Proc 1980;39:2730.)
OH
l
c-\
I
OH
-c_.O' \-O o-/
-o
Figura 53-17. Antagonisias de la vitamina K utilizados como
anticoagulantes. A: Dicumarol. B: Warfarina
La enfermedad hemorrágica del recién
nac¡do es ocasionada por deficiencia
de vitamina K
La vitamina K se encuentra ampliamente distribuida
en plantas y tejidos animales utilizados como alimen-
to y, en los adultos, la producción de esta vitami4a es
llevada a iabo por la microflora del intestino, y así se
asegura que, virtualmente, no exista una deficiencia.
Sin embargo, los recién nacidos son l'ulnerables a la
def,rciencia, ya que la placenta no permite el paso efi-
caz de la vitamina hacia el feto; además, el intestino
del neonato se encuentra estéril en el periodo inmedia-
to al nacimiento. En los niños sanos, la concentración
plasmática disminuye después del nacimiento de for-
ma inmediata, pero se recupera al llevarse a cabo 7a
absorción de nutrientes de la dieta. Si los valores de
protrombina caen demasiado puede aparecer el sín-
drorne hemorrágico. El ganado vacuno alimentado con
trébol dulce putrefacto padece de lesiones hemortá-
gicas debidas a la formación y presencia de dicumarol
en estas condiciones.
La deficiencia de vitamina K puede deberse a una
malabsorción de grasa, la cual puede estar relaciona-
da con una disfunción pancreática, enfermedad biliar,
atrofia de la mucosa intestinal o cualquier causa de
esteatorrea. Además, la esterilización del intestino
gmeso por el uso de antibióticos puede culminar en
una dehciencia vitamínica cuando el aporte dietético
es insuficiente.
RESUMEN
.
1. Las vitaminas liposolubles tienen rasgos en común,
como el ser moléculas hidrófobas apolares y ser deriva-
dos del isopreno. Todas requieren de una absorción
o
\
ffi
o- -o
CH^ :
,/
'
-¿
C
CH
I
CH,
I
::"n
'. //
C
OH
\,,
U- /
I
-c-
O-
\-O
_r
l- Y =Y-
\,-fn
v:.:
@Y
o
\DPH
o
lt
a'Y f
\-.-y^
o

790. 746 ' Bioquí*i"o d" Horp",
(copíturo 53t
normal de grasa para que, a su vez, sean adecua_
damente absorbidas; por ello, cualquier defecto en
este mecanismo puede provocar la aparición de sín_
tonras por dellcielrcia.
2. La vitamina A (retinol) está representada no sólo
como tal en la dieta, sino también como la prov,i_
tamina
B caroteno de los vegetales. El retinol y el
ácido retinoico son considerados como agentes que
controlan la expresiórr de genes, mientras que el
retinal participa en la visión. y tiene una función en
ia síntesis de glucoproteínas.
3. La vitamina I) es una prohormona esteroide cuya
actividad es llevada a cabo por su derivado hormo-
nal, calcitriol, utilizado en la reguiación dei metabo-
lismo del calcio y fost-ato; su omisión en la dieta
conduce a raquitismo y osteomalacia.
4. La vitamina E (tocoferol) es el antioxidanre nras
imporlante del organismo; actua en Ia capa lipídic;.
de las membranas celulares y protege contia loi ef-ec_
tos tóxicos de los radicales libres, como el radicai
peroxilo, sobre todo como intemrptor de la reacciór.
en cadena de este tipo de compuestos. El requeri_
miento de tocoferol aulrenta a medida que se in_
cremente la ingesta de grasas poliinsaturadas.
5. La vitamina K es necesaria para la síntesis de vario.
factores de la coagulación sanguínea (p. ej.. II, VII.
IX y X). Funciona como colirctor de una carborilasa
que actúa sobre los residuos de glutamato de pro-
teínas precursoras de factores de la coagulación.
permitiéndoles quelar el calcio. La interrupción del
ciclo de regeneración de la vitar¡ina K por conr-
puestos del tipo del dicumarol es la base de su propie-
dad anticoagulante. I
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791. 54
Nstrición
Peter A. Mayes, PhD, DSc
,. ''--,.r.J,."
.,',.
I fr i:.j;.it: 1,,
r,., ::!:,":i1
La nutrición es una ciencia que estudia los requeri-
mientos de calidad y cantidaá necesarios en la dieta
para mantener un buen estado de salud. Todos los cor.l.r-
ponentes dietéticos necesarios para conseñ'ar la vida
parecen ya haber sido identifrcados, puesto que es
posible mantener a humanos u otros animales con die-
tas diseñaclas químicamente. Sin embargo, aún esiste
discusión y controversia respecto a los requerimien-
tos cuantitativos de cada componente en la dieta,
particularmente por su variación según la edad. sexo r,'
estilo de vida de cada individuo. La bioquímica meta-
bólica ha proporcionado abundante inlbrmación para
el entendimiento de conceptos actuales en nutrición,
-v
ya ha sido tratada en capítulos previos de este libro.
De hecho, las funciones bioquímicas desempeñadas
por las vitaminas hidrosolubles y liposolubles han sido
descritas en los dos capítulos precedentes.
, ': i i-1.::: irl l.lir' . .-
La deficiencia nutricional real es poco común en las
regiones más pobladas, aunque puede presentarse algún
grado de deficiencia nutricional en las personas de edad
avanzada y grupos con requerimientos nutricionales
especiales, por ejemplo los niños en crecimiento, las mu-
jeres embarazadas o en lactancia. los pacientes enfer-
mos y convalecientes, los alcohólicos; asimismo, los
individuos con dietas restringidas por necesidad, como
los pacientes bajo alimentación intravenosa. o por
gusto, como los vegetarianos (vegetarianos absolutos).
En las poblaciones de mayor privación, son más fre-
cuentes los estados por deficiencia, por ejemplo la
deficiencia de proteínas (kwashiorkor), de vitaminas
(vitamina A en la xeroftalmía), de n.rinerales (hien-o,
originando anemia), y de energía (inanición). La
malabsorción puede conducir a una deliciencia de
nutrientes y provocar condiciones patológicas; así, la
qglgbpfc¡-Ó¿.&-vitaai-naB,2qa¡¡s4-44-e-miq-Aunque
la obesidad siempre se ha relacionado con g-¿cesode
coqsqmo, el concepto del consumo excesivo de
nutrientes particulares y su asociación con la preva-
lencia de ciertas enfermedades típicas de las sociedades
desarroliadas, cada yez tiene mayor reconocimiento
esta aseveración, por ejemplo su relación.con la arte-
rioesclerosis y con la enfermedad coronaria,diabetes,
. 9án9e¡
ma4i¡io v de"olón,lá énférmédadláicü[ar
cerebral, y cirrosis hepática.
ACTUALMENTE PUEDEN
ESTABLECERSE
LOS REQUERIMIENTOS
NUTRIC¡ONALES
El cuadro 54-1 resume los requerimientos nutri-
cionales.
SE REQUIERE ENEREÍA PENA LLEVAR
A CABO TODAS LAS FUNCIONES DEL
ORGANISMO
El organismo de los mamíferos requiere de nutrientes
en cantidad suficiente para proveer la energialibre para
la producción diaria de los requerimientos dqjfgs.lalos
d_e ¡ltA-
g+ gr_g:1
*(AIP
princ ip almente), así c omo de
e(uivalentes reductóies (2H) necesarios para llevar a
cabo todas las funciones orgánicas (figura 17-1).
Los carbohidratos y las grasas son !a
pr¡nc¡pal fuente de energía en la dieta
Los nutrientes que proporcionan energía son suminis-
trados por carbghidratos,
{asas,
y, en menor importan-

792. 748 . Bioquímica de Harper
Cuadro 5¿t-1. Requerim¡entos de nutr¡entes esenciales
i }::::lr::l"lños
preescotares y probabtemente en escotares y adutros.
' Hueoe.ser es-encial en forma parcial en los preescolares.
-
i1.:i*"ffi,::sina
y el ácidb araquidónic'o prootrcen un ahorro en Íos requerimientos de met¡onina, fenitatanina y ácido linoteico, res-
§
Aún no está claro s¡ el ácido o{inolén¡co es esencial en la dieta humana.
" Es sintetizada por los microorganismos intestinale", po, tár'to, su requerimiento en la dieta no se ha definido con e)acütud.I
La exposición de ta piet a la tr-L solar redu." J¿qffiri;nto en la o¡eta.
cia, por las proteínas de la dieta, en proporciones va_
riables entre las distintas poblaciones humanas y
animales. El consumo de alcohol puede también pro_
porcionar cantidades signilicatir ai de energía.
.Un
peso corporal que se mantiene consiante, bajo
condicio.nes de requerimientos de energía que no se
alteran, indica que la energía provista por lá aieta es
suficiente para cubrir las neceiidades iñmediatas.
En el cuadro 54 2 se indica la cantidad de ener-
gía disponible en las fuentes de alimento principales.
La mayor cantidad de energía contenida pór gramo de
grasa comparada con la proporcionada por las proteí_
nas o carbohidratos, y el contenido energético relati_
vamente alto del alcohol, son dos hechos sobresalien_
tes. Asimismo, en el cuadro 54-3 se indica la cantidad
de aporte de energía recomendada para los grupos de
personas seleccionados.
Son muchos los factores
que afectan el gasto de energía
Bajo condiciones de equilibrio energético (balance
de calorías), el consumo de energía débe ser igual al
gasto de energía; este último varía amplia-"Iot"
"n
Humanos Diferencias seleccionada
en otras espec¡es
Amínoácidos
Histidina,' isoleucina, leucina, l¡sina, metio_
nina.(cisteína+), fenilalanina (tiros¡na-).
treonina, triptófano, valina
La argininal es necesaria en las ratas y gatcs e-
crecimiento, ygatos aduftos. La gl¡cina es rÉcesara
en los pollos y la taurina en los gátos, La mayo.ta ::
los aminoácidos no esenciales son necesanos e-
los rum¡antes; en otros herbívoros se pue¡e
prescindir de sus requerimientos debido a'h g.a.
población de microorganismos intestinales.
Ac¡dos grasos
Acid_o linoleico (ácido araquidón¡6s+), ácido
crlinolénico§
Elácido araquidónico es un requerimien:c
especffico en los gatos.
Vitaminas
Hidrosolubles
Liposolubles
Ácido ascórbico (C), biotina., cobatamina
(8,.), ácido fólico, niacina, ácido pantotén¡-
co,.piridoina (Bu), riboftaüna (B,), tiamina
(8,)
Vitam¡na A, Dr, E, K,
La mayoría de los mamíferos puede sintetiza.
ácido ascórbico, pero es esencial en la d¡eta
de los primates, cobayos y el murciélag.
f rugívoro de la lndia. Las vitaminas hidñ-
sofubles no son esenciales en los rumiantes:
en otros herbívoros se puede prescíndir de
sus.requerimientos por la gran població¡
de microorgan¡smos intestinales
La mayoría de las especies puede ut¡i¡zar el
P-caroteno como f uente de vitam¡na A
(ret¡nol); debe ser proporcionado en forma
de retinol en los gatos.
Minerales
Macrominerales
Microminerales (oli goelementos)
Calcio, cloruro, magnesio, fósforo, potasio,
sod¡o
Cromo, cobre, yodo, hieno, manganeso, mo-
l¡bdeno, selen¡o, cinc
El s¡l¡cón,.vanad¡o, niquel, arsénico, fluoruro y
estaño han mostrado ser esenciales en mú_
chas espec¡es y pueden ser necesarios en
los humanos. El cobalto es necesario en las
síntesis de cobaÍamina, llevada a cabo por
los microorganismos del rumen.
Fibra
Necesaria para mantener un estado de salud
ópt¡mo
Agua
El componente más crft¡co de la dieta
Energh
Utilización de carbohidratos, grasas y proteí.
nas en proporc¡ones variables

793. Cuadro 54-2. Energía y calor de combustión
disponibles a partir de fuentes principales
de alimentos*
'Adaptado de Daüdson-S et al.. Human Nutrítion and Dietet¡cs,7lh
ed. Churchill Liüngsfóñe, 1979.
t Los factores de conversión se obtienen al redondear las cifras
de calor de combustión y corrigiendo la efic¡ercia de absorción,
para obtener una estimación aproximada.
,
Oxidación de una proteína corregida con base en la pérdida de
grupos amiro excretiados en la orina como ufea.
distintas condiciones. Puede ser cuantificado al colocar
un animal dentro de una cámara aislada cuantificando
la pérdida de energía representada por el calor y los
productos de excreción generados. Sin embargo, es
más conveniente medir el consumo de oxígeno, ya
que en la mayoría cie las situaciones, 1 L de 02 consu-
mido equivale, aproximadamente, a 20 kJ (4.83 kcal)
de energía utilizada.
El gasto de energía de un individuo depende
de cuatro factores principales:
1) El índice metabólico basal es el gasto de ener-
gía necesario para mantener las funciones
fisiológicas básicas en condiciones estandari-
zadas; el sujeto debe estar en reposo, despierto y
en un ambiente con temperatura tibia; las medi-
ciones deben llevarse a cabo al menos 12 horas
después de la última comida. El índice metabó-
Cuadro 5rt-.3. Aporte energét¡co
recomendado en hombres y mu¡eres*
Categoría
Edad
(años)
Peso
Necesidades
energéticas
(ks)(tb)
(kcal) (MJ)
Pro-
med¡o
Rango
Varores 23-50 70 1542900 2300-31 00 12.1
Mu.ieres
Embarazadas
Lactando
23-50 55 1202200
+300
+500
1 600-2400 9.2
*
Datos obtenidos de Recommended D¡etaryAllowances, loth ed. Food
and Nutrit¡on Board. National Research Council-National Academy of
Sc¡ences, 1989.
Nutrición . 749
lico basal es proporcional al peso corporal ma-
gro y al áreade la superficie corporal. ESlp índic.e
es más alto.en.varones-que en mujeres, en niños
y-én personas con [etre,.e tipertiro,idis-Ilo; es
más bajo en caso de hipotiroidismo e inanición.
2) El efecto termogénico (acción dinámica espe-
cífiia) de los alimentos equivale a w, 5 a l\Yo
del gasto total de energía, y es aJribuido al gasto
energético producido por la digestión y a cual-
quier estimulación del metabolismo causado por
el influjo de un nuevo sustrato.
3) La acfividad física es la variable que más afecta
el gasto de énergía; el inüervalo es de mas de 10 ve-
ies enne e1 reposo y la actividad atlética máxima.
4) Cuando la temperatura ambiental es baja, pro-
voca un aumento en el gasto de energia debida
al temblor y a la termogénesis no ocasionada por
el temblor muscular rápido, en animales que tie-
nen grasa parda (f,rgura 27-10). A tempe¡aturas
por arriba de la sanguínea, se produce un gasto
extra de energía para lograr el enfriamiento.
LAS PROTEÍNAS PROPORCIONAN
AMINOÁCIDOS ESPECíFICOS
Y NITRÓGENO AMINO PARA
LA SíNTESIS DE COMPUESTOS
NITROGENADOS IMPORTANTES
L4s proteínas generalmente suministran el requerimien-
to corporal de nitrógeno y de aminoácidos específicos.
Las proteínas de los alimentos son digeridas e ingre-
san"'á la circulación como aminoácidos individuales.
Los tejidos requieren de 20 aminoácidos para la sínte-
sis de proteínas específicas y otros compuéstos que
contienen nitrógeno como las purinas, pirimidinas y
el grupo hem.
Los aminoácidos esenc¡ales no
ser s¡ntet¡zados por el organism
por lo que deben obtenerse de li
pueden
o.
Existen nueve aminóacidos esenciales en los humanos:
histidina, isoleucina, leucina. lisina, metionina, fenila-
ianina, treonina, triptófano y valina (cuadro 54 1).
Otros dos aminoácidos, cisteína y tirosina, pueden ser
formados a partir de metionina y fbnilalanina, respec-
tivamente. Si existe la suficiente cantidad de cisteína
y tirosina en la dieta, se puede prescindir de los reque-
rimientos de metionina y fenilalanina.
Cuando hay cantidades suficientes de aminoáci-
dos esenciales en la dieta. los aminoácidos restantes
requeridos parala síntesis de proteínas y otros objeti-
vos, pueden ser formados mediante la transaminación
y otras reacciones (figura 29-1).
5.4 (22.6)
9.3 (38.e)
4.1 (17.2)
7.1 (29.7\
4.1 (17.2)+
s.3 (38.s)
4.1 (17.2)
7.1 (29.71
Energía kcaUg (kJ/g)
Calor de
combustión
(calorímetro
de bomba)
Oxidación
humana
Factores
de
conversión
estándarr
Proteiqa
Grasa
Caóohidrato
Etanol
4
I
4
7

794. 750 . Bioquímica de Harper
El equilibrio de nitrógeno se mant¡ene
por su ingesta en la dieta (capítulo 31)
Un animal adulto en estado de equilibrio metabótrico
requiere de proteínas en la dieta para reemplazar los
aminoácidos esenciales y lapérdida de nitrógeno (con-
tenido en los aminoáci«los) durante el recambio meta-
bólico. El nitrógeno se pierde por la orina, las heces,
la saliva, así cómo pór la descamación de piel, pelo y
_úñas.
Los requerimientos diarios de proteínas totales
y"de-aminoácidos esenciales en los humanos se en-
cuentran en el cuadro 54-4. Si estos requerimientos
se calculan con base en el peso corporal, es evidente
que habrán de incrementarse de manera necesaria du-
rante el crecimiento en la infancia y adolescencia. El
embarazo,la lactancia, la reparación tisular posterior
a ün daño, la recuperación de una enfermedad y el
incremento en la actividad fisica son situaciones que
requieren de un mayor aporre dietético de proteínás.
En la mayoría de las condióiones, una dieta es adecua-
da si 12%o de su apofte energé1ico es sumiqistrado por
proteínas.
La eficiencia con Ia cual se utiliza Ias
proteínas de la dieta determina
la cantidad de proteína total requer¡da
La cantidad requerida de protqinas se altera por tres
factcifés prinóipáles: calidad proteica, aporte db ener-
gía y aclividad fisica.
A. Calidad proteica
Esta se mide comparando la proporción de aminoáci-
dos eieríóiálé§ en un alimento, con la porción requerida
para una buena nutrición. Mientras más se acerque .:
proporción de un alimento a laidea1, mayor es 1a calr-
dad proteica. Las proteínas del huevo y la leche st-:
proteínas de alta calidad; son utilizadas de maner.,
eficiente por el organismo, y empleadas corlr-
estándares de referencia en la evaluación de otras prc,-
teínas. La proteína de ia carne es de alta calidac.
mientras que muchas proteínas vegetales utilizada.
como fuente principal en la dieta son relativament.
deficientes en ciertos aminoácidos esenciales. pci
ejemplo triptófano y lisina en el maí2, iisina en el tri-
go, y metionina en algunos granos. En una dieta mi.rt¿.
la dellciencia de un aminoácido en una ploreína c-
compensada por su abundancia en otra; estas proter-
nas han sido denominadas complementarias: por
ejemplo, Ia proteína de1 trigo combinada con la de lc',s
granos proporciona nn aporte satisfactorio de amino¡-
cidos. Bajo tales circunstancias, debe consumirse una
cantidad total mayor de proteínas para satisfacer sus
requerimientos. Los aminoácidos que no se incorpo-
ran a nuevas proteínas y que no son necesarios para
cubrir los requerimientos inmediatos, no pueden ser
almacenados, por lo que se degradan con rapidez, y e1
nitrógeno es excretado como urea y otros productos,
B. Aporte de energía
La energía derivacla de carbohidratos y grasas altera
los requerimientos proteicos, ya que se desaprovechan
las proteínas como fuentes de energía. Para utilizar
eficientemente las proteínas de alta calidad de los a1i-
mentos, y reducir sus requerimientos al mínimo, es
necesario asegurar un suministro adecuado de energía
a partir de filentes no proteicas, como los carbohidratos.
Consumo
(g/día)
Consumo estimado
en adultos en EUAt
Proteínas
Animales
Vegetales
Aminoácidos esenciales
Histidi¡ra
lsoleucina
Leucina
Lisina
Metion¡na (y cisteína)
Fenilalanina (y t¡ros¡na)
Treonina
i riptófano
Valina
(3 a 4 meses)
28
70
161
'103
58
125
87
93
" Datos obten¡dos del Recommended Dietary Allov'ances, 1oth ed. Food and NLrtrition Board, national Flesearch Counc¡FNat¡onal Academy
of Sciences, 1 989.
t
Datos obtenidos de Munro HN, Crim M: The proteins and am¡no acids. En: Goodhart RS, Shils ME: Modern Nutrition in Health and Disease.
6th ed. Lea & Feb¡ger, 1980.
101
71
30
?
5.3
8.2
ó.t
2.1
4.7
4.1
1.2
5.7
Cuadro 54-4. Consumo y requerimientos estimados de proteínas y aminoácidos en humanos*
Adu,tos
i ff::ffi:sffi"ü;
?
28
44
22
22
28
J.ó
25
10
10
14
12
13
14
7
3.5
10
0.70
0.70
0.98
0.84
0.91
0.98
0.49
0.25
o.70
(Capírtri,,.'-
lnfantes
(4 a 6 meses)
N¡ños
(10 a 12 años)
1 100 800 56

795. Nutición .
751
La malnutrición prote¡co-energética
causa marasnno y kwashiorkor
La malnutrición proteico-energética comprende un
espectro de trastomos por inanición y malnutrición que
involucran 1a deficiencia de otros nutrientes como vi-
taminas y minerales, además de la deficiencia de
proteínas y de energía proporcionada por grasas Y
carbohidratos. En su tipo grave, se presenta en niños
en etapa de crecimiento, generalmente menores de 5
años de edad, en regiones en vías de desarrollo de Asia,
África y América del Sur. Se reconocen dos formas
extremas: el marasmo y el kwashiorkor (capítulo 65).
En el marasrno, hay un desgaste generalizado debido
a la deficiencia tanto de proteínas como de energía; se
presenta con mayor frecuencia en países del tercer
mundo que padecen hambre y escasez crónica de ali-
mentos, aunque también puede existir en países desa-
rrollados, en el caso de individuos con carencias nutri-
cionales importantes o en aquellos que sufren bulimia
con el objeto de evitar e1 ingreso de las proteínas a la
vía de la gluconeogérresis.
C. Actividad física
La actividad fisica incrementa la retención ctre nitróge-
no proveniente de las proteinas dietéticas.
rasmo y el kwashiorkor típicos; existe controversia res-
pecto a si la deficiencia única de proteínas provoca
kwashiorkor. Es evidente que las dos condiciones se
agfavan con una deficiencia general de otros nutrientes
esenciales como vitaminas y minerales.
LOS REQUERIMIENTOS DE GL¡,,,COSA
PUEDEN SER CUBIERTOS POR
MUCHOS CARBOHIDRATOS
La glucosa es requerida en forma específica por muchos
tejidos, pero no tiene que ser provista necesariamente
por los alimentos, ya que otros carbohidratos de la dieta
pueden ser convertidos en glucosa, durante 1a diges-
tión (p. ej., almidón) o subsecuentemente en el hígado
(p.ej., fructosa, galactosa; capítulo 22).La glucosa
también se forma a partir de la porción glicerol de las
grasas y de los aminoácidos glucogénicos mediante la
gluconeogénesis (capítulo 21). Aunque sea recomen-
dado un apofte mínimo diario de carbohidratos (50 a
100 g) para prevenir la cetosis (capítulo 29) y lapér-
dida de proteínas musculares, una dieta balanceada
debe contener la mayor cantidad de carbohidratos en
forma de polisacáridos, con el fin de reducir la canti-
dad de grasa que de otra manera se requeriría para
generar la energía. Los principales alimentos que con-
tienen carbohidratos se describen en el capítulo 15.
LA FIBRA ES NEGESARIA
PARA CONSERVAR UN ESTADO
DE SALUD ÓPTIUO
Lafibrade la dieta comprende a todos los componen-
tes de Ia pared celular de los vegetales que no pueden
ser digeridos por las enzimas propias de los animales,
por ejemplo celulosa, hemicelulosa, lignina, gomas,
pectinas y pentosanos. En los herbívoros como los
rumiantes, la fibra (celulosaprincipalmente) es la fuen-
te principal de energía después de haber sido digerida
por 1os microorganismos del rumen y conveftida a
acetato, propionato y butirato, los cuales son absorbi-
dos en la vena porta. La fermentación colónica puede
también contribuir a los requerimientos energéticos en
los humanos (de2 a7'Ya en los consumos más bajos de
fibra). Gases como el C02, H2, y, a veces, el CHa son
también producidos.
En ios humanos, las dietas con alto contenido de
fibra ayudan a la retención de agua durante el paso
de los alimentos a 1o iargo del intestino, producien-
do heces más suaves y de mayor volumen. Este tipo de
dietas está relacionado con una disminución en 1a in-
cidencia de diverticulosis, cáncer de colon, enferme-
dad cardiovascular y diabetes mellitus. Las fibras
más insolubles, como ia celulosa y lignina encontra-
das en el salvado de trigo, son benéficas para la función
colónica, en tanto que las fibras más solubles encon-
tradas en legumbtes y frutas, por ejemplo, gomas y
pectinas, disminuyen el colesterol sanguíneo, proba-
blemente por unir al colesterol de los alimentos con
los ácidos biliares. Las fibras solubles también provo-
can retraso en el vaciamiento gástrico, retrasan y
atenúan la elevación posprandial de la glucosa en 1a
sangre, con la consecuente disminución en 1a secre-
ción de insulina. Este efecto beneficia a las personas
diabéticas y a las que estiín bajo tratamiento para reduc-
ción de peso, porque disminuye el efecto hipoglucé-
mico de rebote que estimula el apetito.
LOS LíPIDOS ACTÚAN COMO
VEHíCULO DE LAS VITAMINAS
LIPOSOLUBLES Y PROVEEN
Ácroos cRASos ESENcTALES
Aunque los lipidos son proveedores importantes de
energía a través de los alimentos, ésta no es una fun-
por edema y una distensión abdominal prominente
debido al crecimiento hepático por acumulación de
grasa, el aporle energético puede ser adecuado, pero
existe una deficiencia tanto en cantidad como en ca-
lidad de proteinas. Hay cond
con frecuencia, como estados
se presentan.
entre el ma-

796. 752 .
Bioquímica de Harper
ción esencial. Además de incrementar la sensibilidad
del paladar a los alimentos y producir ia sensación de
saciedad, Ios lípidos de la dieta tienen dos funciones
esenciales en la nutrición de los mamíferos. Actúan como
vehículo dietético de las vitaminas liposolubles, y pro-
porcionan ácidos grasos poliinsaturados esenciales
que no pueden ser sintetizaclos por el organismo. Tres áci-
dos grasos poliinsaturados han sido identificados como
esenciales en la dieta de algunos animales: ácido lino-
leico (oú, l8:2), ácido «-linolénico (crr3, 18:3) y el ácido
araquidónico (a6,20:4¡. Estos ácidos se encuentran
en los lípidos de alimentos de origen vegetal y animal
(cuadro 16 2). Véase también el capítulo 25 para in-
formación sobre su metabolismo.
En los humanos, el ácido araquidónico puede for-
marse a partir del ácido linoleico y no es esencial si
existe la suficiente cantidad de ácido linoleico en la
dieta. Continúa el debate respecto a si el ácido cr,-lino-
lénico es en verdad esencial en los humanos. La defi-
ciencia de ácido linoleico es poco frecuente, pero
puede presentarse en niños alimentados con dietas
compnestas de leche descremada y en pacientes con
alimentación parenteral carente de lípidos.
Una de las principales funciones de ios ácidos
grasos esenciales es actuar como precursores de leuco-
trienos, lipoxinas, prostaglandinas y tromboxanos
(figura 25-6), Ios cr-rales funcionan como "hormonas
locales". Un régimen dietético que apofte de 1 a 2%o
del requerimiento total de energía derivada de ácidos
grasos esenciales previene una deficiencia que pueda
manifestarse clínicamente.
Numerosos estudios han demostrado la con'elación
existente entre 1a enfermedad coronaria cardiaca,
el colesterol sanguineo y el consumo de grasas, parti-
cularmente, saturadas (capítulo 28). El alto consumo
de grasa también se asocia con el desarrollo de cáncer
mamario y de colon. La fuente principal de grasas sa-
turadas en la dieta de los humanos es la carne derivada
de rumiantes, los productos lácteos y Ia manteca. El
colesteroi se encuentra sólo en alimentos de origen
animal y, en particular, en la yema de huevo.
(Capírui,
ciones bioquímicas; casi nunca pueden ser sinterr:.-
das por el organismo, por lo que deben ser pror ist=,
por los aiimentos. Los hnmanos requieren cantidade.
ya sea en miligramos o microgramos, de cada vitam:-
na diariamente. Las vitaminas se clasifican en dc.
grupos principales: las vitaminas hidrosolubles. des-
critas con mayor detalle en el capítulo 52: r, las
vitaminas liposolubles, descritas en el capítulo _53.
Las vitaminas hidrosolubles incluyen a los conr-
ponentes del con,plejo B (tiamina, riboflavina, niacrn¡.
ácido pantoténico, vitamina Bu, biotina, vitamina B
_
y ácido fólico) y al ácido ascórbico (vitamina C). Las
vitaminas hidrosolubles son absorbidas en la vena pon:
hepática, y el exceso de la mayoría de estas vitaminas
es excretado en la orina. Así, existe un almacenamien-
to limitado de las vitaminas libres, por 1o que se
requiere su reposición continua mediante la dieta. Una
parte del almacenamiento de ácido fólico tiene lugar
en el hígado. Tienen que pasar varios rneses para que
exista una depleción de ácido ascórbico, y algunos
años, para Ia vitamina 812 (tan,bién almacenada en ei
hígado). La ingesta excesiva generalmente es bien to-
Ierada, excepto por los efectos colaterales que se pre-
sentan con grandes dosis de niacina (en la tbrma de
ácido nicotínico), de ácido ascórbico o piridoxina (vi-
tamina 86).
Cuadro 5¿l-5, Síndromes vitamínicos. Son
ejemplos de defectos especfficos en el metabolismo
de cofactores vitamínicos que pueden ser
corregidos mediante la terapia con v¡tam¡nas,
habitualmente necesarias a dosis elevadas*
Transporte de trip-
tófano
Descarboxilasa de
ácido glutámico (¿?)
Cistationinasa
Cistationina-sintasa
LAU V
GRAN
TAM¡NAS DE
VARIEDAD D
íuucns
N UNA
NES
Hiperalaninemia
Acidosis láctica que res-
ponde a tiamina
Piruvato deshidro-
genasa
Las vitaminas son nutr:ientes orgár.ricos necesarios en
pequeñas cantidades para Ilevar a cabo muciras fun-
*
De: Herman RH, Stifel SF, Greene HL: Estado deficiente de üta-
minas y otras enfermedades relacionadas. En: Disorders of t¡e
Gastrointesitnal Tract; Disorders of the Livet Nutritonal Disorderc.
DietschyJM (editor). Grune & Stratton, 1976.
Vitamina Enfermedad
Defecto
bioquím¡co
Biotina Acidemia propiónica Propionol-CoA car-
boxilasa
Vitamina 8,, Aciduria metilmalónica Formación de la coen-
zima cobamida
Ácido fólico Malabsorc¡ón de folatoTransporte de ácido
fólico
Niacina Enfermedad de Harthup
Piridoxina
(ütamina Bu)
Conwlsiones infantiles
Cistat¡on¡nuria
Homocistinur¡a
'lramina

797. Las vitaminas liposolubles (vitaminas A, D, E y
K), presentes en los lípidos de los alimentos, tanto de
origen vegetal como animal, son digeridas con la gra-
sa, absorbidas en el intestino e incorporadas a los
quilomicrones. Después, son transpoúadas, principal-
mente en los quilomicrones remanentes, inicialmente
hacia el hígado, el cual linciona como el almacén prin-
cipal de vitamina A, D y K. El tejido adiposo es 1a
fuente principal de almacenamiento de la vitamina E.
Las vitaminas liposolubles no se excretan en la orina,
Elementos Func¡ones
lvu|1icióy .
753
por lo que su consumo excesivo puede conducir a una
intoxicación (vitaminas A y D principalmente).
Algunas enfermedades relacionadas con el meta-
bolismo de cofactores, que responden al tratamiento
con vitaminas específicas, se listan en el cuadro 54-5.
La falta de disponibilidad de vitaminas, debida a
factores dietéticos u otras razones (p. ej., defectos de
absorción), resulta en síndromes por deficiencia
característicos. Los detalles de estos trastomos se dan
en el capítulo 52 y 53.
Fósforo
Constituyente de hue-
sos, d¡entes; regula-
.ción neMosa, furción
muscular
quido extracelular. Re-
gula el volumen plas-
mático, el equilibrio
ácido-base, la furción
nerviosa y muscular,I nervrosa y mu
I Na'/K{ATPasa
Su absorción requiere
de una proteÍna de
unión de calcio. Regu-
lado por la ütamina D,
hormona paratiroidea,
calciton¡na, etc.
Enfermédad o
síntomas por
deficienc¡a
En niños: raquitismo.
En adultos: osteoma-
lacia. Puede contribuir
al desarrollo de osteo-
porosis
Enfermedad o
síntomas por
intoxicaciónt
Aparecen en caso de
absorción excesiva de-
b¡da a hipeMtam¡nosis
D o hipercalcem¡a cau-
sada por hiperparatiroi-
dismo o hipercalcemia
idiopátlca.
La relación sérica Ca'z*:Pi
baja estimula un h¡per-
paratiroidismo secun-
dario; puede conducir a
pérdida ósea.
Hipertensión (en ¡ndiv¡-
duos susceptibles).
Fuentes+
Productos lácteos,
semillas, vegetales
de hoja
Aditivos alimentic¡os
que cont¡enen fosfato
Sal de mesa; sal
adicional en alimen-
tos preparados
En niños: raquitismo.
En adulios: osteoma-
Se desconocen bajo
i una dieta normal; se-
cundarios a trauma o
enfermedad
intermediarios mela- j (¿ütamina D?). Nive- j lacia
bólicos fosforilados. I les séricos regulados
Ácidos nucléicos por la reabsorción
renal.
i Catión principal del lÉRegulado por aldoste-
rona
Potasio También regulado por
la aldosterona
Aparecen secunda-
rios a enfermedad,
trauma o terapia diu-
Ética; debilidad mtscu
lar, parálisis, confusión
mental
i En niños alimentados
I con fórmulas l¡bres de
sal. Secundarios a
vómito, terapia diuré-
l
tica, enfermedad renal
I
i Secundarios a una
r malabsorción o dianea,
alcol¡clismo
Paro cardiaco, úlceras
intestinales pequeñas.
Vegetales, fruta,
nueces
Magnesio
Equilibrio líquido y
electrolft ico ; transporte
de HCO.- en los eri-
trocitos
Constituyente de hue-
I
sos, dientes; cofactor
l
enzimático (cinasas,
]
Depresión de los refle-
jos tendinosos profun-
dos y de la respiración.
Vegetales de hoias
verdes (que contie-
nen clorofila)
etc.)
.
En general, los minerales requ¡eren de proteínas transportadoras para su absorción, la cual en pocas ocasiones es completa; se afecta por
otros nutrientes y compuestos dietéticos (p.ej. oxalatos y f¡tatos que producen quelación de cat¡ones d¡valentes). Su transporte y
almacenamiento requiere de proteínas especiales. Su excreción es através de las heces (minerales no absorb¡dos y presentes en Ia bilis),
de la orina y del sudor.
r
El consumo excesivo de minerales produce síntomas de intoxicación. A menos que se especifique, los síntomas incluyen náusea, diárrea e
irritab¡lidad inespecficas.
+ Los requerimientos de minerales se cubren mediante una d¡eta variada que contenga cantidades adecuadas de cereales de grano entero,
legumbres, vegetales de hoja verde, carne y productos lácteos.
Cuadro 54-6, Macrominerales esenciales: resumen de sus características principales
Metabol¡smo*
Calcio
Sodio
lar,
Cloruro Sal de mesa

798. 754 . Bioqttímica de F[arper
Elementos
Cobalto
Enfermedád o
síntomas por
intoxicac¡ón*
Fuentes ricasi
Cobre
Yodo
Hierro
I
Co
I del
na,
l
:
nsl,tuyente de enzimas
grupo hem (hemoglob¡-
cilocromos, etc.)
Manganeso
I
Cofactor de hidrolasas,
descarboxilasas y transfe-
rasas. Síntesis de g¡uco-
proteínas y proteoglu-
canos. Superóxido dismu-
tasa m¡tocondrial
Molibdeno Constituyente de oidasas
i
(Enüna oxidasa)
Constituyente de la gluta- Ant¡oxidante sinér.
Cinc
Transportado como Arem¡a (h¡pocrómica,
transferrina; alma- microcitica).
cenado como ferri-
t¡na o hemosiderina:
se p¡erde a través de
células descama.lás
y de hemorragias. i
Secundarios a nutr¡-
ción parenteral-
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Iismo de glucosam¡noglu- da de polvo de s-ili-
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z¡mas: lactato deshidro- tornos en elcrecimien- teslinal, vóñrito.
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I anhidrasa carbónica, etc. I reparac¡ón de las
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El consumo excesivo de minerales produce síntomas de intox¡cación. A menos que se espec¡fique, los síntomas ¡ncluyen náuseas, diarrea
e ¡rr¡tabilidad inespecfiicas.
t Los requerimientos de minerales se cubren mediante una d¡eta variada que conienga cant¡dades adecuadas de cereales de grarc entero,
legumbres, vegetales de hoja verde, carne y productos lácteos.
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Aún no se ha demostrado que sean esenciales en los humarcs, pero síson necesarios en muchos animales.
§
El fluoruro es esercial para el crecim¡ento de las ratas. Aunque no se ha demostrado que sean esenciales en la nutrición humana, los fluoruros
sí desempeñan una función muy b¡en definida en la prevención y el tralamiento de la car¡es dental.
nutric¡ón parenteral
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i Enfermedad o
Funciones Metabol¡smo i síntomas por
Cuadro 54-7' Microm¡nerales esenciales (oligoelementos): resumen de sus características principales
cromo tr¡valente, un consti- i rolerancia a la glucosa I carne, hígado, leva-
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triyodotiron¡na glárdu¡atiro¡descomo En adultos: bocio e i ypescados.
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y. además. refuerza queso.
la furc¡ón de la ¡nsulina
Necesar¡o sólo como cons- lgual que elde Ia vita- Def icienc¡a de v¡ta- Alimentos de orioer
tituvente de la ütaminá B miná R mina R
Necesar¡o sólo como cons- lgual que elde Ia vita- Def icienc¡a de v¡ta- Alimentos de c
tituyente de la ütamina B , m¡na Brr. mina Br2. animal.
Constituyente de enz¡mas Transportado por Anemia (hipocróm¡ca. Baros: secundariosa Hígado
ñYi.láe2a.ñYidác,dAl.it^-,lh'imiñ..'lñid^.ló-¡^"^^l'i^^'.^^^,.^oxjdasas: o¡dasa del cito- albúmina: unido a la microcíticá): secun- enfermedad de W¡l-
cromo c, etc. Superóxido ceruloplasm¡na. dar¡os a malnLrtrición. son.
dismutasa del c;tosol. lnter- SÍndrome de Menke.
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viene en la absorción de
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800. 756 . Bioquímica de Hurper
(Capítulo 5,1)
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801. Nutrición .
757
LOS MINERALES SON NECESAR¡OS
PARA FUNGIONES BIOQUÍMIGAS
Y FISIOLÓGICAS
Los minerales pueden dividirse de forma arbitraria en
dos grupos: l) macrominerales, los cuales se requie-
ren en cantidades mayores de 100 mg/día; y 2) micro-
minerales (oligoelementos), necesarios en cantidades
menores de 100 mgldia. El cuadro 54-6 resume las
propiedades de los macrominerales, y el cuadro 54-7,
las de los microminerales.
RAC¡ONES DIETÉTICAS
RECOMENDADAS
(RDA, del inglés recommended
dietary allowance)
La revisión de las necesidades diarias de los nutrientes
esenciales ha sido publicada con el nombre de racio-
nes dietéticas recomendadas por the Food and
Nutrition Board of the National Research Council
(cuadro 54-8); éstas fueron establecidas con el objeto
de proporcionar las variaciones individuales posibles
en la mayoría de las personas que viven bajo condi-
ciones ambientales habituales. No consideran los
requerimientos extra en caso de enfermedad o trastor-
nos patológicos. Las dietas deben tener como base
Ia variedad de alimentos para poder cubrir los re-
querimientos establecidos y proporcionar otros
nutrientes cuyos requerimientos han sido definidos con
menor exactitud. El cuadro 54-8 muestra las raciones
recomendadas de proteínas, diez vitaminas y seis mi-
nerales. Se dispone de muy poca información respecto
a las RDA de las vitaminas y minerales restantes; sin
embargo, los rangos de consumo de estos nutrientes
que parecen ser seguros y adecuados se presentan en
el cuadro 54-9. Todos los requerimientos nutricionales
deben ser cubiertos para prevenir enfermedades y con-
servar un buen estado de salud. La ignorancia y las
malas condiciones económicas son casi siempre la
causa original de no satisfacer los requerimientos
nutricionales. Por otro lado, algunas enferrnedades
comunes están asociadas con el desarrollo de diabe-
tes mellitus no insulinodependiente. La arterioescle-
rosis y la enfermedad coronaria se relacionan con die-
tas de un alto contenido en grasas totales y grasas
saturadas. Asimismo, el cáncer mamario, de colon y
próstata se correlacionan con un consumo excesivo
de grasas. La alta incidencia de enfermedad vascular
cerebral e hipertensión está relacionada con una in-
gesta excesiva de sal.
Muchos comités de todo el mundo han investiga-
do la composición de las dietas humanas y han dado
algunas recomendaciones para su mejoramiento. Es-
tas recomendaciones se resumen de la siguiente
manera: 1) Si existe sobrepeso. el aporte total de ener-
gía debe reducirse hasta lograr el peso corporal óptimo.
2) ConTo regla general debe incrementarse el consu-
mo de carbohidratos y disminuir el de grasas. 3) La
mayor parte de los carbohidratos deben ser consutni-
dos como carbohidratos corrplejos y el resto como
azúcares. 4) La mayor cantidad de grasas debe ser con-
sumida en forma poliinsaturada y tnonoinsaturada,
¡r
ia menor parle debe ser en forma saturada. 5) Debe
haber una disminución etr el consumo de colesterol y
de sal. 6) Debe incrementarse el consumo de fibra. 7) Debe
haber un aumento en el consumo de frutas y vegeta-
les, en parlicular de nutrientes antioxidantes.
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1. La nutrición estudia los requerimientos tanto cuali-
tativos como cuantitativos de la dieta. A1 parecer,
todos los requerimientos cualitativos ya han sido
establecidos, pero aún existe controversia respecto
a la cantidad necesaria de cada nutriente para man-
tener un estado de salud óptimo.
2. La dieta debe suministrar la energía suficiente para
que se lleven a cabo todas las funciones del orga-
nismo. El requerimiento de energía varía con 1a edad,
sexo, actividad física y temperatura ambiental.
3. Son veinte los aminoácidos necesarios para la sín-
tesis de proteínas, de los cuales, nueve son esenciaies
en la nutricién y deben ser proporcionados por los
alimentos. La cantidad de proteínas requerrda se
afecta por la calidad proteica, el aporte energético
y la actividad física.
4. Los requerimientos de glucosa pueden ser cubier-
tos por otros carbohidratos, en particular, por el
almidón; sin embargo, los requerimientos de 1ípi-
dos son más específicos, puesto que ciertos ácidos
grasos poliinsaturados de las familias n-3 y n-6 no
pueden ser sintetizados y deben ser proporciona-
dos por los alimentos.
5. Las vitaminas son también esenciales en la dieta.
Las vitaminas hidrosolubles del grupo B son prin-
cipalmente cofactores enzimáticos, mientras que el
ácido ascórbico (vitamina C), también hidrosoiuble
y antioxidante, es necesario para mantener a los
metales cofactores en estado reducido. Las vitami-
nas liposolubles tienen una gran variedad de
funciones desde la visión (vitamina A), metabolis-
mo de calcio y fosfato (vitamina D) y coagulación
(vitamina K), hasta las propiedades antioxidantes
de la vitamina E y el B-caroteno
(provitamina A).
6. La nutrición actual también está relacionada con
los excesos en la dieta, puesto que se les asocia con
el desarrollo de enfermedades como obesidad, dia-
betes mellitus no insuiinodependiente, arterioes-
clerosis, cáncer e hipertensión. I

802. 758 .
Bioquímica de Harper (Capírtrlr., il t
'., t .,: 1,,;,,,,a
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I
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803. 55
Digestión y absorción
Peter A. Mayes, PhD, DSc
!trdTffifri¡:'ti{:{:ir;H
La mayoría de los alin-rentos comestibles son ingeri-
dos en fbrmas poco disponibles para el organismo, ya
que no pueden ser absorbidos por el tubo digestivo
hasta que hayan sido degradados a moléculas más pe-
queñas. Esta descomposición de las sustancias alimen-
ticias naturales en formas más eficientes de asinlilación
constituye el proceso de digestión.
Los cambios químicos que ocurren durante la di-
gestión se logran con la participación de enzimas hidro-
lasas del tracto digestivo que catalizan la hidrólisis de
proteínas originales a aminoácidos, de ahnidones a
rnonosacáridos y de triacilgliceroles a monoacilgli-
ceroles, glicerol y ácidos grasos. Durante e1 curso de
estas reacciones digestivas, los minerales y las vita-
minas de los alimentos tienen también una mejor
asimilación.
En el capítulo 51 se proporciona un recuelrto sis-
temático de la naturaleza y las funciones de 1as
hormonas gastrointestinales.
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Algunas condiciones clínicas se originan por defectos
en los procesos digestivos, como la ulceración por
exceso de IfCl gástrico, o disminución en la secreción
de este ácido provocando aclorhidria. Las alteraciones
en ia secreción biliar conducen a la fbmación de litos
biliares o a una posible digestión defectuosa de lípi-
dos. La insuficiencia pancreática exocrina en la fibrosis
quistica causa esteatorea. La malabsorción de nutrien-
tes es debida a una amplia variedad de trastornos que
a menudo llevan a una deficiencia nutricional; por
ejemplo. la malabsorción de vitamina B,:
Y
de lolato
causa anemia; los def-ectos del calcio y ntagnesio con-
duce a tetar-ria; y la malabsorción de vitamina D pro-
voca raquitismo y osteomalacia; el síndrome general
de malabsorción incluye éstos y otros defectos. La de-
ficiencia de lactasa origina una intolerancia a la leche,
y los trastornos en la absorción de aminoácidos neutros
están presentes en la enfermedad de Hartnup.
i-A DIGESTIÓN COMIENZA
EN LA CAVIDAD ORAL
La saliva, secretada por las glándulas salivales, está
cornpuesta casi en 99 .5oA por agua; contiene la gluco-
proteína mucina, que actúa como lubricante durante
la masticación y deglución. La adición de agua a los
alimentos secos sirve como u1l medio en el que las mo-
1éculas pueden disolverse y en el cual las hidrolasas
pueden iniciar la digestión. La masticación subdivi-
de los alimentos, aumentando su solubilidad y área de
acción para el ataque enzimático. La saliva es tam-
bién un vehículo parula excreción de ciertas drogas
(p. ej., etanol y morfina), de iones inorgánicos corno
K*, Ca2', HCO3-, tiocianato (SCN ) y yodo; y tam-
bién de inmunoglobulinas (IgA).
El pH de la saliva habitualmente es casi de 6.8,
aunque puede tener variaciones hacia la acidez o
alcalinidad.
La saliva contiene una amilasa
La o-amilasa salival puede realizar la hidrólisis de
almidón y glucógeno a maltosa y otros oligosacáridos
al actuar sobre 1os enlaces o (1+ 4) glucosídicos. La
amilasa salival se inactiva cuando el pH es de 4.0 o
menor, por 1o que la acción digestiva sobre ios ali-
mentos en la boca puede detenerse tan pronto como e1
ambiente ácido del estómago penetre en las paftículas
alimenticias. En muchos animales, la amilasa salival
está por completo ausente. Una lipasa lingual es
secretada por la superficie dorsal de la lengua (glán-
dulas de Ebner), pero las investigaciones indican que
759

804. 760 . Bioquímica de Harper (L'ti1tii...
.'-'
esta enzima no tiene mayor impoftancia en los huma-
nos en comparación con la rata y el ratón, en los cuales
representa la única lipasa preduodenal.
LA DIGESflÓN DE PROTE¡NAS
COMIENZA EN EL ESTÓMAGO
La secreción gástrica se conoce como jugo gástrico,
el cual es un líquido claro de color amarillo pálido,
compuesto de 0.2 a 0.5Yo por HCl, con un pH de casi
1.0. El jugo gástrico se compone de97 a99yo de agua,
y el resto consiste en mucinay sales inorgáncias, enzi-
mas digestivas (pepsina y rennina), y una lipasa.
El ácido clorhídrico desnaturaliza
proteínas y destruye bacterias
Las céIulas parietales (oxínticas) son la füente de pro-
ducción dei HCl gástnco, el cual es originado de acuerdo
a las reacciones que se mueslran en la figura 55 1. El
proceso es sin-rilar al de "comimiento de cloruro" des-
crito para ios glóbulos rojos cle la sangre. Existe
requeridas para generar AIP y así activar la H--K-
AIPasa. El HCO3- ingresa al plasma por intercambio
con el Cl-. lo cual se produce de forma simultánea a
la secreción de H* hacia la luz gástrica. Las células
parietales también secretan factor intrínseco, una
glucoproteína que facilita la absorción de vitamina B"-
pol el íleon.
Como resultado de su contacto con el HCI gástri-
co, las proteínas son desnafuralizadas; por tanto, la
estructuraterciaria de algunas proteínas se pierde como
resultado de la destrucción de los enlaces de hidrógeno.
Esto permite que la cadena polipeptídica se desdoble.
conviftiéndose en una estructura más accesible a la
acción de enzimas proteolíticas (proteasas). El pH bajo
también tiene como efecto la destrucción de la mayo.
ría de los microorganismos que se introducen al tracto
gastrointestinal.
La pepsina inicia la digestión
de las proteínas
Ésta es la función digestiva primordial del estómago.
La pepsina se produce en las células principales como
un cimógeno inactivo, pepsinégeno; éste es activado
por la pepsina mediante H*, el cual desprende uo
polipéptido protector para dejar expuesta la pepsina
activa; y es mediante esta última que se activan rápi-
damente otras moléculas de pepsinógeno (autocaiá-
lisis). La pepsina corta a la proteína desnaturalizada
en grandes derivados polipeptídicos; desempeña la fun-
ción de una endopepüdasa, puesto que hidroliza los
enlaces peptídicos internos de la estructura primaria
de los polipéptidos, efiyez de los enlaces adyacentes
a los residuos de la terminal amino o carboxilo, la cual
es una característica de las exopeptidasas. La pepsina
es específica para los enlaces peptídicos formados por
aminoácidos aromáticos (p. ej., tirosina) o paralos
aminoácidos dicarboxílicos (p. ej., glutamato).
La rennina (quimosina, rennet)
coagula la leche
La rennina es importante en los procesos digestivos
de los niños porque previene el paso rápido de la leche
del estómago al intestino. En presencia de calcio la
rennina modifica la caseína de la leche, a paracaseina
de forma irreversible, sobre ésta actua posteriormente
la pepsina. Los reportes señalan la ausencia de rennina
en el estómago de los adultos. Es utilizada en ia ela-
boración de queso (rennet).
Las Iipasas cont¡núan la digestión
de los triacilgliceroles
El calor generado en el estómago es importante para
la licuefacción de los lípidos de la dieta; su emulsifiu-a-
también ciefio parecido con 1os ismos tubulares
renales donde hay secreción de H-, la fuente de
H- es la lbrmación de H,CO. a parlir de H2O y COr,
reacci ón catalizad.a por la anhidrasa
pués de la ingestión de alimentos, la
alcalina ("marea alcalina"), como resultado de la for-
mación cle bicarbonato durante el proceso
de ácido clorhídrico. La secreción cle H*
gástrica es un proceso activo dirigido por I
ATPasa local situada en la membrana celyes
lulasinsensible a 1a acción de la or-rabaína. Las
parietaies contienen una gran cantidad de mi
uica. Des-
se t,uelve
la luz
H*-K*
Figura 55-1. Producción de ácido clorhídrico gástrim (-, H.-K-
ATPasa).
Plasma

805. ción tiene lugar con la ayuda de las contracciones pens-
tálticas. El estómago secreta una lipasa gástrica que
en los humanos es la principal lipasa preduodenal. Las
lipasas lingual y gástrica inician la digestión de lípi-
dos al hidrolizar ios triacilgliceroles
-compuestos
de
ácidos grasos insaturados de cadena corta, mediana y,
sobre todo, de cadena larga- para formar, principal-
mente, ácidos grasos libres y 1,2-diacilgliceroles, siendo
e1 enlace éster s¡z-3 el sitio principal de la hidrólisis.
Las enzimas se destruyen a un pH bajo, pero perma-
necen activas después de las comidas, debido al efecto
amoftiguador de las proteínas de la dieta en el estó-
mago. ElpH óptimo varíade 3.0 a6.0 aproximadamente.
Las lipasas preduodenales son de particular importan-
cia durante el periodo neonatal cuando la lipasa
pancreÍrticatiene poca actividad y la grasa de la leche
requiere ser digerida. Debido al tiempo de retenciór
gástrica del bolo alimenticio
-de
2 a 4 horas, aproxi-
madamente- el 30%o del triacilglicerol puede ser
digerido en este periodo, la mayor parte durante la
primera hora. La grasa de la leche contiene ácidos,
grasos de cadena corta y mediana, los cuales tienden a
ser esterificados en la posición sn-3. Así, la grasa de
Itfe-heaarece ser un buen sustrato para la lipasa. Los
ácidos grá§oshidrófilos de cadena cortay mediana
liberados son'atrsqrbidos por la pared gástrica e ingre-
san a la vena porta], en tanto que los ácidos grasos de
cadena larga se disüelven en gotas de grasa y pasan a1
duodeno. El análi§is del cDNA de 1a lipasa lingual de
la ruta y de la lipá.ga gástrica humana señala una
homología de 78oA on la secuencia de aminoácidos
entre estas dos enzimas.
1i
ii
LA DIGESTIÓN CONflNÚA
EN EL INTESTINO
........
El contenido gástrico, o
fiuimo;durante
la digestión se
va introduciendo de forma inteimitente en el duodeno
a través de la váhula pilórica. El contenido aicalino de
las secreciones pancreática y biliar rrcutraliza el ácido
del quimo y modifica el pH de este material haciala
alcalininidad; tal regulación del pH es necesaria'para
la actividad de las enzimas presentes en el jugo intes-
tinal, aunque inhibe la acción posterior de la pepsina.
La bilis emuls¡f¡ca, neutral¡za y excreta
colesterol y pigmentos biliares
Además de sus numerosas funciones en el metabolismo
intermedio, el hígado, al producir bilis, desempeña
una función importante en la digestión. La vesícula biliar
almacena la bilis producida por el hígado entre cada
comida. Durante la digestión, se contrae la vesícula
biliar y rápidamente suministra bilis hacia el duodeno
a través dei conducto biliar cornún para ambos. Las
secreciones pancreáticas se tnezcian con ia bi1is, priesto
que son verlidas en el conducto común, poco antes de
su entrada al duodeno.
A. Composición de la bitis
l-a composición de la bilis hepática diflere de Ia bilis
de la vesícula en algunos aspectos. Tal como se mues-
tra en el cuadro 55 1, la bilis de la última está mas
concentrada.
B. Propiedades de la bilis
I
"
Ernulsilicación: Las sales biliares poseen uníi capa-
cidad considerable para disminuir la tensión super-
ficial; esto les permite emulsificar grasas en ei in-
testino y disolver ácidos grasos yjabones insolubles
en agua. La presencia de biiis en el intestino e's un
coadyuvante irnporlante para lograr la digestión ¡'
absorción de grasas" así como ia absorción de 1as
vitaminas liposolubies A, D, E y I(. Cuando iray
trastomos en la digestión de grasas, otros comesti-
bles son digeridos de manera no óptima. ya que la
grasa cubre las partículas alimenticias evitanclo que
sean sometidas a un ataque enzinlático. Bajo estas
condiciones. la actividad de las bacterias intestinales
provoca una putrefacción significativa,v produce gas.
Cuadro 55-1 . Composición de la bilis hepática
de la vesícula biliar
2.52
l
'14.08
1.93
2.98
Colesterol
9.14
Acidos grasos I
esterificados l
y no esterifi-
ficados
Sales inorgá-
nicas
5.6 0.32
i
0.14
I Bilis hePática I Bilis de la
(como es secretada) I
vesícula biliar
porcentaie
t:r_":l]]ry
porcenraie
de bilis de s.ólidos
i" iir-J'ü[,
total totales
Adua 92.00 85.92
:
Gravedad es-
pecffica
Digestióny absorción ' 761
Sólidos
0.06
pH

806. 762 , Bioqttímica de l{arper (Capítulo 551
2. Neutralización del ácido: Además de participar en
la emulsificación, la bilis, con un pH ligeramente
por arriba de 7, neutraliza el quimo ácido provenien-
te del estómago y lo prepara para la digestión intes-
tinal.
3. Excreción: La bilis es un vehículo imporlante para
la excreción de los ácidos biliares y del colesterol,
pero también retira de la circulación a muchos fár-
macos, toxinas, pigmentos biliares, así como a muchas
sustancias inorgánicas como cobre, cinc y mercurio.
El origen de los pigmentos biliares a partir de la he-
moglobina se describe en el capírulo 34.
l-e s*r:r*¡:it;ñl &i*lt*t'*ati*:;: ce¡nti*n*
*?'r¿i!,'iliás QU{i ;**?u*i: s$hi-#
§r:rs pri*;:i¡:fr $*s 4:en:estibl*§
La secreción pancreática es un líquido acuoso no viscoso
semejante a la sáliva en cuanto a su contenido de agua;
y contiene algunas proteínas y otros compuestos orgá-
nicos e inorgánicos
-principalmente
Na*, Kt, HCOr-
y Cl
-
aunque también están presentes en pequeñas
cantidades Ca2*, Zrf' , HPOa2 y el SOa2 . El pH de la
secreción pancreática es claramente alcalino. 7.5 a 8.0
o mayor.
Muchas enzimas se encuentran en la secreción
pancreática; algunas son secretadas como cinrógenos.
La tripsina, quimotripsina y elastasa son endo-
peptidasas. La acción proteolítica de Ia secreción
pancreática se debe a tres endopeptidasas: tripsina,
quimotripsina y elastasa, 1as cuales afacan a las pro-
teínas y polipéptidos liberados desde el estómago para
producir polipéptidos, péptidos, o ambos. La tripsina
es especílica de los enlaces peptídicos de los aminoá-
cidos básicos; y 1a quimotripsina es específica de los
enlaces peptídicos que contienen residuos de aminoá-
cidos sin carga eléctrica, cotllo los an.rinoácidos aro-
máticos. La elastasa, tiene una especificidad muy
amplia paraatacff los enlaces cercanos a los residuos
de aminoácidos pequeños con.ro glicina, alanina y serina.
Estas tres enzimas son secretadas como cimógenos.
La activación del tripsinógeno se debe a otra enzima
proteolítica. 1a enteropeptidasa (enterocinasa), secre-
tada por la mucosa intestinal. Esta enzima hidroliza
un enlace peptídico de lisina del cimógeno, Iiberando
un polipéptido pequeño que le pemite a la molécula
desdoblarse y formar una tripsina activa. Una vez for-
mada la tripsina, atacaráno sólo las moléculas adicio-
nales de tripsinógeno, sino también otros cimógenos
de la secreción pancreática, quimotripsinógeno, proelas-
tasa y procarboxipeptidasa, liberando así quimotrip-
sina, elastasa y carboxipeptidasa, r:espectivamente.
La carboxipeptidasa es una exopeptidasa. El
ataque subsecuente de los polipéptidos, producido por
la acción de las endopeptidasas, es llevado a cabo por la
exopeptidasa llamada carboxipeptidasa, la cual actúa
sobre el enlace peptídico de la terminal carboxilo, li-
berando ar.t.rinoácidos individuales.
La amilasa ataca el almidón y el glucógeno. La
acción de la secreción pancreática que descompone el
almidón es debida a la u-amilasa pancreática. Su acción
es semejante a la de la amilasa salival, la cual hidroliza
almidón y glucógeno a maltosa, maltrotiosa (tres resi-
duos de cr-glucosa unidos por enlaces crl + 4), e
hidrodliza también una mezcla de oligosacáridos
ramificados (l -) 6) (a-dextrinas lírnite).
oligosacáridos no ralniflcados y algunos tipos de glu-
cosa.
La lipasa ataca la unión éster primaria de los
triacilgliceroles. La lipasa pancreática actúa en la
interfase agua-aceite de las gotas de lípidos
emulsificados en fonna adecuada, generadas por agi-
tación mecánica en el intestino en presencia de los
productos resultantes de la actividad de las lipasas
lingual y gástrica, sales biliares, Ia colipasa (unapro-
teína presente en la secreción pancreática), fosfolípidos
y fosfolipasa A, (también presente en la secreción
pancreática). La presencia de ácidos grasos libres ge-
nerados por la acción de las lipasas lingual y gástrica.
facilita la hidrólisis mediante la intervención de la
lipasa pancreática, particularmente del triacilglicerol
de la leche. La fosfolipasa A2 y la colipasa son
secretadas en foma de proenzimas que requieren ser
activadas mediante la hidrólisis tríptica áe enlaces
peptídicos específicos. La activación de la prolipasa
involucra la remoción de un pentapéptido del extremo
arnino terminal. Este pentapéptido actúa como señal
de saciedad para los lípidos y ha sido nombrado
enterostatina. Sin embargo, su función fisiológica aún
debe ser dilucidada. El Car* es necesario para la acti-
vidad de la fosfblipasa A2. La hidrólisis limitada del
enlace éster en Ia posición 2 del fosfolípido por la
foslblipasa A. (figura 26 6) resulta en la unión de Ia
lipasa con la interfase sustrato y en un índice veloz de
hidrólisis de triacilglicerol. Al parecer! la lipasa
pancreática es inhibida por las saies biliares. La fun-
ción de la colipasa es reveftir esta inhibición r-rniéndose
con la lipasa en Llna relación de l:l y también con la
interfase de triacilglicerol cubierta por sales biliares.
De esta manera. la colipasa ancla la lipasa a su sustra-
to triacilglicerol. La hidrólisis completa de
triacilgliceroles produce glicer:ol y ácidos grasos. Sin
ernbargo. los ¿icidos grasos segundo y tercero son
hidrolizados a partir de los triacilgliceroles con ma-
yor dificLritad. La lipasa pancreática es, vir-tualmente,
específica para la hidrólisis de las uniones éster pri-
marias, es decir, en las posiciones I y 3 de los
triacilgliceroles. Durante la digestiórr de grasas, la f-ase
acLrosa o "r¡icelar" contiene mezclados micelas en
fbrma de disco y liposomas de sales biliares satura-
dos con prodr-rctos lipolíticos (figura 16 2g).

807. D
La presencia en la leche humana de una lipasa
activada por sales biliares es un factor adicional para
asegurar la digestión completa de la grasa de la leche
al ponerse en contacto con las sales biliares en el duo-
deno. Esta lipasa es de particular importancia en los
niños prematuros, cuya secreción pancreáfica aún no
es del todo funcional, y tiene una amplia especific!
dad por los sustratos triacilglicerol. Recientemente, se
ha demostrado que esta enzima es idéntica a la lipasa
pancreártica activada por las sales biliares, también de
una gran especificidad.
Debido a la dificultad para lograr la hidrólisis de
la unión éster secundaria en los triacilgliceroles. lle-
vada a cabo por la lipasa pancreática, la digestión del
triacilglicerol tiene lugar sólo mediante la remoción
de los ácidos grasos terminales para producir 2-mono-
acilglicerol. Puesto que este último ácido graso está
unido mediante una enlace éster secundario, para ser
removido requiere de su isomerización a una unión
éster primaria para así lograr la hidrólisis cornpleta.
es un proceso relativamente lento; como resulta-
, los 2-monoacilgliceroles son los principales
tos finales de la digestión del triacilglicerol, y
menos de la cuarla parle del triacilglicerol ingerido es
por completo en glicerol y ácidos grasos
(figura 55 2).
ésteres de colesterilo son desdoblados por
una hidfohsa específica. Bajo las condiciones pre-
sentes en la luz intestinal, Ia hidrolasa del éster de
colesterilo
(colesterol
esterasa) cataliza la hidrólisis
de los
por el
de colesterilo. los cuales son absorbidos
en la forma libre no esterificada.
La leasa (RNasa) y la desoxirribonu-
cleasa (DNasa) son responsables de la digestión de
los ácidos nucleicos de la dieta (capítulos 38 y 39)
La fosfolipasa A2 hidroliza el enlace éster de la
posición 2 de los glicerofosfblipidos
-tanto
de origerr
biliar como de la dieta- para formar lisofosfblípidos"
los cuales al ser detergentes, ayudan a la emulsificación
y digestión de lípidos.
Las secreciones intestinales
completan el proceso digestivo
Las secreciones intestinales secretadas por las glán-
dulas de Brunner y de Lieberkühn contienen enzimas
digestivas, incluyendo las siguientes:
Aminopeptidasa, la cual es una exopeptidasa que
ataca los enlaces peptídicos adyacentes a los aminoáci-
dos de la terminal amino de polipéptidos y oligopép-
tidos, y dipeptidasas de gran especificidad, algunas
de las cuales se encuentran dentro del epitelio intesti-
nal. Estas últimas completan la digestión de dipéptidos
a aminoácidos libres.
Disacaridasas y oligosacaridasas específicas,
por ejemplo, u-glucosidasa (maltasa), la cual remueve
los residuos de glucosa libres a parlir de oligosacáridos
y disacáridos que poseen u.
zando por las terminales r,
sucrasa-isomaltasa, el cr
proenzima en una cadena por
sucrosa y los enlaces (1 + 6
glucosidasa (lactasa), para r
--.-urosa
de
lactosa, pero también actúa sobre'1a celobiosa y otros
B-glucósidos,
y además tienen un segundo sitio cata-
lítico que descompone glucosilceramidas; y trealasa
que hidroliza trealosa. Muchas de estas hidrolasas per-
manecen adheridas al borde en cepillo del enterocito,
mientras que sus dominios catalíticos se encuentran
libres en la luz intestinal para reaccionar con e1 sustra-
to correspondiente.
Una fosfatasa, la cual remueve fosfato de ciertos
fosfatos orgánicos, como los fosfatos de hexosas,
glicerofosfato y nucleótidos derivados de la dieta y de
la digestión de ácidos nucleicos por las nucleasas.
Polinucleotidasas, las cuales descomponen áci-
dos nucleicos en nucleótidos.
Nucleosidasas (fosforilasas de nucleósidos) que
catalizanlafosforólisis de nucleósidos para dar labase
nitrogenada libre más fosfato de pentosa.
Una fosfolipasa que ataca los fosfolípidos para
producir glicerol, ácidos grasos, ácido fosfórico y ba-
ses como la colina.
Los principales productos
de la digestión son asimilados
El resultado flnal de la acción de las enzimas digesti-
vas es reducir los productos comestibles de la dieta a
formas que puedan ser absorbidas y asimiladas. Estos
productos finales de la digestión son, para los carbohi-
dratos, los monosacáridos (principalmente glucosa); para
las proteínas, los aminoácidos; para los triacilgliceroles,
los ácidos grasos, glicerol y monoacilgliceroles; y para los
ácidos nucleicos, las nucleobases, nucléosidos y pentosas.
Los polisacáridos de la pared celular de los vege-
tales y la lignina de la dieta no pueden ser digeridos
por las enzimas presentes en los mamíferos, constitu-
yendo la fibra dietética que forma la mayor parte del
volumen de residuos generados por la digestión. La
fibra desempeña funciones importantes, aportando más
volumen a la dieta (fue discutido este aspecto en el
capítulo precedente). El cuadro 55-2 resume los pro-
cesos digestivos principales.
LA ABSORCIÓN EN EL TRACTO
GASTROINTESTINAL RESULTA
EN EL PASO DE NUTRIENTES A LA
VENA PORTA HEPÁTICA
O A LOS L¡NFÁTIGOS
Existe una pequeña absorción de etanol y ácidos grasos
de cadena corta y rnediana en el estómago.

808. Digestióny absorción .
763
La presencia en la leche humana de una lipasa
activada por sales biliares es un factor adicional para
asegurar la digestión completa de la grasa de la leche
al ponerse en contacto con las sales biliares en el duo-
deno. Esta lipasa es de particular importancia en los
niños prematuros, cuya secreción pancreática aún no
es del todo funcional, y tiene una amplia especifici-
dad por los sustratos triacilglicerol. Recientemente, se
ha demostrado que esta enzima es idéntica a la lipasa
pancreática activada por las sales biliares, también de
una gran especificidad.
Debido a la dificultad para lograr la hidrólisis de
la unión éster secundaria en los triacilgliceroles, lle-
yadaa cabo por la lipasa pancreática, la digestión del
triacilglicerol tiene lugar sólo mediante la remoción
de los ácidos grasos tetminales para producir 2-mono-
acilglicerol. Puesto que este último ácido graso está
unido mediante una enlace éster secundario, para ser
removido requiere de su isomerizactón a una unión
éster prirnaria para ast' lograr la hidrólisis completa.
Este es un proceso relativamente lento; como resulta-
do, los 2-monoacilgliceroles son los principales
productos f-rnales de la digestión del triacilglicerol, y
menos de la cuafia parle del triacilglicerol ingerido es
desdoblado por completo en glicerol y ácidos grasos
(figura 55 2).
Los ésteres de colesterilo son desdoblados por
una hidrolasa específica. Bajo las condiciones pre-
sentes en la luz intestinal, la hidrolasa del éster de
colesterilo (colesterol esterasa) cafaliza la hidrólisis
de los ésteres de colesterilo. Ios cuaies son absorbidos
por el intestino en la forma libre no esterihcada.
La ribonucleasa (RNasa) y la desoxirribonu-
cleasa (DNasa) son responsables de la digestión de
los ácidos nucleicos de la dieta (capítulos 38 y 39).
La fosfolipasa A2 hidroliza el enlace éster de la
posición 2 de los glicerofosfolípidos tanto de origen
biliar como de la dieta para formar lisofosfolípidos,
los cuales al ser detergentes, ayudan a la emulsificación
y digestión de lípidos.
Lx* s*cne*imcTes i ntesÍlr'r*§es
***-mp¡*t*ffi ei B!'*c*s€§ dig*stiv*
Las secreciones intestinales secretadas por las glán-
dulas de Brunner y de Lieberkühn contienen enzintas
digestivas, incluyendo las siguientes:
Aminopeptidasa, 1a cual es una exopeptidasa que
ataca los enlaces peptídicos adyacentes a los aminoáci-
dos de la terminal amino de poiipéptidos y oligopép-
tidos, y dipeptidasas de gran especificidad, algunas
de las cuales se encuentran dentro del epitelio intesti-
nal. Estas últimas corlrpletan la digestión de dipéptidos
a aminoácidos libres.
Disacaridasas y oligosacaridasas específrcas,
por ejemplo, u-glucosidasa (maltasa), la cual remueve
los residuos de glucosa libres a partir de oligosacáridos
y disacáridos que poseen uniones cr(l -+ 4), comen-
zando por las terminales no reductoras; complejo
sucrasa-isomaltasa, el cual se encuentra como
proenzima en una cadena polipeptídica e hidroliza la
sucrosa y los enlaces (1 -+ 6) o-dextrinas límite;
B-
glucosidasa (lactasa), para remover galactosa de
lactosa, pero también actua sobre la celobiosa y otros
B-glucósidos,
y además tienen un segundo sitio cata-
lítico que descompone glucosilceramidas; y trealasa
que hidroliza trealosa. Muchas de estas hidrolasas per-
manecen adheridas al borde en cepillo del enterocito,
mientras que sus dominios catalíticos se encuentran
libres en la luz intestinal para reaccionar con el sustra-
to correspondiente.
Una fosfatasa, la cual remueve fosfato de ciertos
fosfatos orgánicos, como los fosfatos de hexosas,
glicerofosfato y nucleótidos derivados de la dieta y de
la digestión de ácidos nucleicos por las nucleasas.
Polinucleotidasas, las cuaies descomponen áci-
dos nucleicos en nucleótidos.
Nucleosidasas (fosforilasas de nucleósidos) que
catalizarlafosforólisis de nucleósidos para dar la base
nitrogenada libre más fosfato de pentosa.
Una fosfolipasa que ataca los fosfolípidos para
producir glicerol, ácidos grasos, ácido fosforico y ba-
ses como la colina.
Los principales productos
de la digestión son asimilados
El resultado final de la acción de las enzimas digesti-
vas es reducir los productos comestibles de la dieta a
formas que puedan ser absorbidas y asimiladas. Estos
productos finales de la digestión son, para los carbohi-
dratos, los monosacáridos (principalmente glucosa); para
las proteínas, los aminoácidos; para los triacilgliceroles,
los ácidos grasos, glicerol y monoacilgliceroles; y para 1os
ácidos nucleicos, las nucleobases, nucléosidos y pentosas.
Los polisacáridos de la pared celular de los vege-
tales y la lignina de la dieta no pueden ser digeridos
por las enzimas presentes en los mamíferos, constitu-
yendo la fibra dietética que forma la mayor parte del
volumen de residuos generados por la digestión. La
fibra desempeña funciones impofiantes, aportando más
volumen a la dieta (fue discutido este aspecto en el
capítulo precedente). El cuadro 55-2 resume los pro-
cesos digestivos principales.
LA ABSORCIÓN EN EL TRACTO
GASTROINTESTINAL RESULTA
EN EL PASO DE NUTRIENTES A LA
VENA PORTA HEPÁTIGA
O A LOS L¡NFÁTICOS
Existe una pequeña absorción de etanol y ácidos grasos
de cadena corta y mediana en el estómago.

809. 764 . Bioquímica de Harper ((ci!:: ''
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810. Cuadro 55-2. Restmen de los procesos digestivos
Fuente dé secreción
]
y estímulos para la
secreción
Glándulas salivales: se-
cretan saliva como res-
puesta refleja a la presen-
cia de alimento en la ca-
üdad oral
Enz¡ma
Am¡lasa salival
Método de activación
y condiciones óptimas
para su actividad
lon cloruro necesario. pH
6.6 a 6.8
Digestión y absorción .
765
Productos f¡nales
o acción
i Maltosa más glucósidos
i 1:6 (oligosacáridos) más
I maltótriosa.
l
Sustrato
Alm¡dón
Glucógeno
rGlándulas salivales
Glándulas gástr¡cas: las
células princ¡pales y célu-
las parietales secretan
iugo gástrico en respues-
ia a la estimulación refleja
y acción de la gastr¡na.
Lipasa lingual
tt"r"*
n «*o"l
Pepsina B (piloro)
I
L Lipasa gástrica
Un¡ón ésterprimaria en sr}3Ácidos grasos más 1,2dia-
c¡lglicerolés.
Rango de pH de 2.0 a 7.5;
óptimo de 3.0 a 6.0 de los tr¡acilgliceroles
Peps¡ nó geno convert¡do a
pepsina activa por el HCl,
bri o" t.o u z.o
t'-
tgual que para la lipasa lgual que para la l¡pasa
lingual lingual
para su actividad. pH 4.0
P rote ína Péptidos
Párrreas: la presenc¡a d€
quirno ácido proven¡ente
dbl estómago provoca
Tripsina
rElastasa
Cañoxipept¡dasa
Tripsinógeno convertido a
tripsina act¡va por la ente-
i roi:eptidasa intestinal a un
I
pH de 5.2 a 6.0- Auto-
I Pr
I uE J.4
I catalft¡ca a un pH de 7.9
Secretada como quimo-
tripsinógeno y convert¡do
a su forma activa por la
misma tripsina. pH de 8.0.
por la tripsina.
El calcio es necesario CaseÍna de la leche
i
i lgual que para !a l¡pasa
I tinguat
Coagula la leche
lProteína
Péptidos
Proteína lgual que para la tripsina.
Más poder para coagular
la leche.
I
Péptidos
i Maltosa más glucósidos
1 :6(oligosacáridos) más
I maltotriosa
Triacilgl¡cerol;ésteres, por Ac¡dos grasos Iibres, vita
ejemplo éster de coles- minas. colesterol.
terilo. ésteres de ütamina:
lisofosfolípidos
que el duodeno produzca j
1 ) secretina, la cual es-
ümula de manera honno-
nal el fluio de jugo pancreá-
üco; 2) coleocistoquinina,
la cual estimula la prodE-
c¡ón dé énzimas.
Secretada como proelas- Proteha Polipéptidosoeurtrtdud uurrru Prusra§-
I vrrPsyuuv
tasa y convertida a su for- Péptidos Dipéptidos
ma activa por la trip-s¡na.
Secretada como procar- Pol¡péptidos en el extre- Pequeños pépt¡dos
boxipept¡dasa, activada mo. carboxilo libre de la Aminoácidos libres
pH7 -1
Activación combinada por
sales biliares, fosfolípi-
dos. colipasa pH 8.0
Activada por las sales
biliares
Ác¡dos desoirribonuclei- Nucleótidos
cos
i Activada por las sales : Ésteres de colesterilo Colesterol libre más áci-
I bil¡ares I
dos grasos-
Hígado y vosícula b¡liar: i
(Alcalis ysales bil¡ares)
La coleoc¡sloqu¡n¡na, una
i
Ácidos grasos, lisofosfo-
traliza al quimo ácido ; sos y sales biliares; y mi-
celas de sales b¡liares-
grasa neutra finamente
emuls¡f¡cada y liposomas
hormona de la mucosa l
intestinal
-y
posiblernen-
te tamb¡én la gastrina y
secret¡na- est¡mula a la
\€sbula y al hoado para
la secreción dé bilis. i
Lipasa l activada por sales
biliares (la misma enzima
presente en la leche)
.
Tal vez la m¡sma enzima.
{.q:"_
Renina
Qu¡motripsina
Amilasa pancreática Almidón Glucógeno
L¡pasa Un¡ones éster primarias
del triacilglicerol
Ácidos grasos,2-mono-
acilgl¡ceroles, gl¡cerol.
Ribonucleasa Acido ribonucle¡co Nucléotidos
Desoxirribonucleasa
Hidrolasa del éster de co-
lesterilo*
Fosfol¡pasa A, Secretada como proen¿-
ma, activada por la tripsi-
na y Ca'z*.
Fosfoli.D¡dos

811. 766 .
Bioquímicct de Harper (Capítttlo 551
55-2. Resumen de los procesos'digestivos (continuación)
Fuente de seeÍeciór
y estímulgg para la
se!Íéc¡ón
Enzima
Método de
activación
y condiciones
óptimas
para su actividad
Sustrato
Productos finales
o acción
lntestino delgado: secrecio-
nes de las glándulas de Brunner
del duodeno y de las glándu-
lás de Lieberkühn
Aminopeptidasa Polipeptidasas en la ter-
minal amino libre de la
cadena
Pequeños péptidos
Aminoácidos libres
Dipept¡dasas Dipéptidos Aminoácidos
Sucrasa pH 5.0-7.0 Sucrosa Fructosa, glucosa
Maltasa pH 5.8-6.2 Maltosa Glucosa
Lactasa pH 5.4-6.0 Lactosa Glucosa, Galactosa
Trealasa Trealosa Glucosa
Fosfatasa pH 8.6 Fosfatos órganicos Fosfato libre
lsomaltasa o glucosidasa
1:6
Glucósidos 1:6 Glucosa
Polinucleotidasa Acido nucleico Nucleótidos
Nucleosidasas (fosfori-
lasas de nucleósidos)
Nucleósidos de purina o
pirimidina
Bases de purina o pirimidi-
na, fosfato de pentosa.
El intestino delgado es el sitio principal de absor-
ción; casi 90"/, de los comestibles ingeridos se absorbe
durante su paso por este órgano donde, al mismo tiem-
po, se lleva a cabo la absorción de agua. Una cantidad
considerablemente mayor de agua es absorbida des-
pués de que los residuos alimenticios han pasado hacia
el intestino grueso, de tal manera que el contenido in-
testinal, que en el iutestino delgado era en su mayoría
líquido, se vuelve gradualmente más sólido en el colon.
Existen dos vías para el transpofte de los materia-
les absorbidos: el sistema porta hepático, que los con-
duce directamente al hígado, transpofiando nutrientes
hidrosolubles, y los vasos linfáticos, que los condu-
cen a la circulación mediante el conducto torácico y
transporta nutrientes liposolubles.
Los carbohidratos son abssrbidos
coms fnonosacár¡dos
Los productos de la digestión de carbohidratos son
absorbidos en el yeyuno y pasan a la circulación del
sistema venoso pofia en forma de monosacáridos, prin-
cipalmente hexosas (glucosa, fructosa, manosa y galac-
tosa) y como azúcares pentosas (ribosa). Los oligosa-
cáridos (compuestos derivados de almidones que
producen de 3 a 10 unidades de monosacáridos después
de ser sometidos a hidrólisis) y los disacáridos son
hidrolizados mediante enzimas adecuadas que provie-
nen de la superficie mucosa del intestino delgado, que
pueden incluir la amilasa pancreática adsorbida a la
mucosa. Existe poca actividad de las disacaridasas en
la luz intestinal. La mayor parte de su actividad está
asociada a pequeños "nodos" presentes en el borde en
cepillo de las células epiteliales del intestino.
Dos mecanismos son responsables de la absor-
ción de monosacáridos: el transporte activo en contra
de un gradiente de concentración y la difusión facili-
tada que va en sentido del gradiente de concentración.
Las configuraciones moleculares necesarias para el
transporte activo, presentes en la glucosa y galactosa,
son las siguientes: el grupo OH del carbono 2 debe
tener la misma configuración que en la glucosa, un
anillo piranoso debe estar presente, y un grupo metilo
o metilo sustituido debe estar presente en el carbono
5. La fiuctosa se absorbe en forma más lenta. en com-
paración con la glucosa y galactosa. Su absorción
parece estar seguida por la difusión a favor del gra-
diente de concentración mediante un transportador que
realice la difusión facilitada dependiente de sodio
(GLUT 5). Este compuesto puede también ser emplea-
do por la glucosa y galactosa, si el gradiente de
concentración es favorable. Comúnmente, existen po-
cas cantidades de fructosa o galactosa en la sangre,
además de las derivadas de la dieta.
La absoneión activa de glucosa
se ¡nnBulsa por la bonrba de sodio
El borde en cepillo del enterocito contiene varios sis-
temas de transpofte, algunos muy semejantes a aquéllos

812. Digestión y absorción .
767
glucosa y el Na- en sitios separados y los transporta a
través de la membrana plasmática de las células intes-
, tinales. Se ha observado que tanto la glucosa como el
presentes en las membranas del borde en cepillo de
los riñones, los cuales se especializan en la captura de
diferentes ar.ninoácidos y azúrcares. Un transportador
de glucosa dependiente de sodio (SLGT l) enlaza a la
Na* son liberados en el citosol, permitiendo al trans-
poftador [evar más "carga". El Na* es transpofiado
en sentido de su gradiente de concentración, y al mis-
mo tiempo que el transportador lleve glucosa
en contra de su gradiente de concentración. La ener-
gía libre requerida para este transporte activo se obtiene
de la hidrólisis del AIP unido a la bomba de sodio
que expele Na' desde la célula en intercambio por K*
(figura 55 3). El transporte activo de glucosa es inhi-
bido por la ouabaína (un glucósido cardiaco), un
inhibidor de la bomba de sodio, y por Ia floricina, un
conocido inhibidor de la reabsorción de glucosa en el
túrbulo renal. Existe también un transportador indepen-
diente de sodio, GLUT 2, que f'acilita el trar.rsporle de
azircares luera de la célula.
SGLT 1
proteÍna
lransporta-
Glucosa
Galactosa Glucosa
Fructosa Galactosa
Borde
en cepillo
Hacia Ios capilares
GLUT 2
Figura 55-3. Transporte de glucosa, fructosa y galactosa a
través del epitelio intestinal. El transportador SGLT 1 se aco-
pla a la bomba de Na.-K-, permitiendo que la glucosa y la
galactosa sean transportadas en contra de su gradiente de
concentración. El GLUT 5 es un transportador en la difusión
facilitada no dependiente de Na-, que permite a la fructosa,
así como a la glucosa y a la galactosa, ser transportadas en
el sentido de su gradiente de concentración. La salida des-
de la célula de todos los azúcares es a través de la difusión
facilitada llevada a cabo por el transportador GLUT 2.
La hidrólisis de polisacáridos, oligosacáridos y
disacáridos es veloz, por tanto, los mecanismos de
absorción de glucosa y fiuctosa, como consecuencia,
se saturan rápidamente. Una excepción conspicua es
la hidrólisis de lactosa. la cual se realiza tan sólo a ia
mitad del índice de velocidad de la sucrosa, lo que
erplica el hecho de que la digestión de lactosa no con-
duce a la saturación de los mecanismos de transporte
de glucosa y galactosa. La adaptación, en caso de au-
mento del aporte dietético de carbohidratos ocurre a
través del aumento del núrmero de transportadores en
el borde en cepillo.
Los ?-monoacilgliceroles, ácidos grasos y pequeñas
cantidades de 1-monoacilgliceroles abandonan la fase
oleosa de la emulsión de lípidos y se difunden hacia
las micelas mixtas y liposomas compuestos de sales
biliares. fosfatidilcolina y colesterol, suministrados por
la bilis (figura 55-4). Debido a que las micelas son
solubles, permiten que los prodLrctos de la digestión
seall transpoftados a través del medio acuoso de la luz
intestinai al borde en cepillo de las células de la mu-
cosa. donde son absorbidos por el epitelio intestinal.
Las sales biliares pasan al íleon, donde la mayoría in-
gresa a 1a circulación enterohepática mediante un
proceso de transporte activo (capítulo 27). Los fosfo-
lípidos de la dieta y de origen biliar (p. ej., fbsfati-
dilcolina) son hidrolizados por Ia fbsfolipasa A, (pre-
sente en la secreción pancreática), a ácidos grasos y
lisofosfolípidos, qLle también son absorbidos por las
micelas. Los ésteres de colesterilo son hidrolizados
por la hidrolasa del éster de colesterilo del jugo pan-
creático, y el colesterol I ibre, j unto con la mayor parte
del colesteroi biliar, es absorbido por el borde en ce-
pillo después de su transporte en las micelas. Más de
98% de los lípidos de la dieta son absorbidos rlor-
malmente.
Dentro de la pared intestinal, los 1-monoacilgli-
ceroles son hidrolizados para producir glicerol libre y
ácidos grasos mediante una lipasa intestinal (ester-
hidrolasa de glicerol), la cual es distinta de la lipasa
pancreática. Los 2-monoacilgliceroles son convefii-
dos de nuevo a triacilgliceroles a través de la vía del
monoacilglicerol (figura 55 2). La utilización de los
ácidos grasos para la síntesis de novo de triacilgli-
ceroles requiere su conversión a acil-CoA mediante la
acil-CoA sintetasa. Los triacilgliceroles de cadena corta
y mediana pueden ser absorbidos cot11o iales, para
después ser hidrolizados por la esterhidrolasa de gli-
cerol. Esta enzima asume una mayor importancia en
los pacientes que sufien de una deficiencia de lipasa
pancreática alimentados con dietas compuestas de
triacilgliceroles de cadena mediana.
(

813. 768. Bioquimicu dc Harpet. (Capíntlo 551
Parece posible que ia síntesis de triacilgliceroles
se realiza en la mucosa intestinal de forma simiiar a la
llevada a cabo en otros tejidos, como se describió en
el capítulo 26. Los lisofosfolípidos, absorbidos junto
con la mayor parte del colesterol absorbido. son tam-
bién acilados de nuevo con acil-CoA para generar de
nuevo fosfolípidos y ésteres de colesterilo.
El glicerol libre liberado en la luz intestinal no es
reutilizado, pero pasa directamente a la vena pofta.
Sin embargo, el glicerol liberado dentro de las células
intestinales puede ser utilizado otra vez para la sinte-
sis de triacilglicerol después de su activación a glicerol
3-fbsf-ato por el AIP. De esta forma, las células de la
mucosa son empleadas en la refonlación de acilgli-
ceroles, particularmente los triacilgiiceroles.
Los triacilgliceroles, sintetizados en la mucosa in-
testinai, no son transporlados en la circulación venosa
portal; en cambio, la ma¡uoría de los lípidos absorbi-
dos, incluyendo fosfolípidos, ésteres de colesteriio y
vitaminas liposolubles, generan quilomicrones forman-
do un líquido lechoso, el quilo, ei cual es recolectado
por 1os vasos linfáticos de la región abdominal; así,
éstos pasan a la circulación sistémica a través del con-
ducto torácico.
l,a mayoría de los ácidos grasos absorbidos de
más de 10 átornos de carbono de longitud, indepen-
dientemente de la forma en que son absorbidos, se
encuentran como ácidos grasos esterificados en la lin-
la del conducto torácico. Los ácidos grasos con cadenas
de carbono más cortas de l0 a 12 átomos son trans-
portados en Ia sangre de la vena porla como ácidos
grasos no esterificados (libres); la explicación a esto
es que la acil-CoA sintetasa es específica para los áci-
dos grasos de 12 o más átomos de carbono. Algunos
ácidos grasos de cadena corta o rnediana presentes en
los triacilgliceroles mixtos pueden ser absotüidos como
2-monoacilgliceroles e ingresan al conducto torácico
mediante la vía del monoacilglicerol.
Ninguno de los esteroles vegetales (fitoesteroles)
es absorbido en el intestino, excepto el ergosterol ac-
tivado (provitamina D).
En condiciones normales, las proteínas de la dieta son
casi por completo digeridas a los aminoácidos que las
constituyen, y estos productos finales de la digestión
de proteínas son posterion-nente absorbidos de foma
rápida del intestino hacia la sangre venosa pofial. Es
posible que algunas reacciones de hidrólisis (p ej ,
por dipeptidasa) se compleren en la pared intestinal.
El isómero natural L
-pero
no el isómero D-
de un aminoácido es transportado en forma activa a
través del intestino de la mucosa a la serosa: la vitanii-
na Bo (fosfato de piridoxal) puede estar involucrada
en esta transferencia. Dicho transporte activo de L-alni-
noácidos es dependiente de energía, como se evidencia
por el hecho de que el 2,4-dinitrofenol, el desacoplador
de la fosfbrilación oxidativa (figura l4-9), inhibe el
transporte. Los aminoácidos son transpoftados a tra-
vés del borde en cepillo por una gran variedad de
acarreadores (transportadores), muchos de ellos con
mecanismo dependiente de Na* semejante al sistema
del transportador de glucosa (figura 55 3). De los
transportadores dependientes de Na*, existe uno que
traslada aminoácidos neutros, un transportador de feni-
lalanina y de metionina; uno específico para amino-
ácidos como prolina e hidroxlprolina. Los transportadores
independientes de Na' especializados en e1 transporte
de aminoácidos neutros y lipofilicos (p. ej., fbnilalanina
y leucina) o de aminoácidos catiónicos, ya han sido
identificados. El cuadro 55-3 resume los sitios de ab-
sorción intestinal de algunos nutrientes comunes.
La mayor parte de los alimentos ingeridos son absor-
bidos en el intestino delgado. Los residuos pasan al
intestino grueso donde se lleva a cabo la a6sorción
considerable de agua, lo que hace cada vez más sólido
el contenido intestinal previamente semilíquido. Du-
rante este periodo, existe una actividad bacteriana
importante. Mediante fefinentación y putrefacción, las
bacterias producen varios gases, como CO2, metano,
hidrógeno, nitrógeno y sulfuro de hidrógeno, así como
ácido acético,láctico, propiónico y butírico. La des-
composición bacteriana de la fosfatidilcolina puede
llegar a producir colina y otras aminas tóxicas relacio-
nadas como neurina.
CH.
to
HTC-N-CH'-CH,OH
I
CH,
Colina
NTEST¡NC
FtrAerilói
CH.
lo
H.C-N-CH:CH,
I
CH,
Neurina
Cuadro 55-3. S¡tio de absorción de nutr¡entes
Sitio
Ácidos biliares
Vitamina Bj2
Electrolitos
Agua

814. 4
Digestión y absorción .
769
Muchos arninoácidos sufien descarboxilación como
resultado de la acción de las bacterias intestinales ge-
nerando aminas tóxicas (ptomaínas).
ffin ffi
I""ffi
R_C_¡¡t,
-¡'
RCH,NH,
I
H CO, Una ptomaína
Este tipo de reacciones de descarboxilación produce
cadaverirra a pailir de lisina; agmatina, de arginina;
tiramina, de tirosina; putrescina, de ornitina; e hista-
mina a parlir de histidina. Muchas de estas aminas son
sustancias vasopresoras potentes.
El aminoácido triptófano pasa por una serie de
reacciones para fomar indol y metilindol (escatol).
las sustancias particularmente responsables del olor
de la materia fecal.
El aminoácido cisteína. el cual contiene sulfüro. sufre
una serie cie transfonnaciones para fonnar mercaptanos
como el etilo y rretilo mercaptano, así como H,S.
CH,
I
CH,SH
Etilo mercaptano
t2Hl
CH3SH
---\- ),
CH, + ¡1,5
El intestino grueso es fuente de cantidades considera-
bles de amoniaco, un producto de la actividad bacte-
riana sobre los sustratos nitrogenados. El amoniaco es
absorbido en la circulación portal, pero en con-
diciones normales, es retirado de forma rapida de la
circulación por el hígado. En el caso de enfermedad
hepática, esta función del hígado se ve alterada, ori-
ginándose un incremento de la concentración de
amoniaco en la sangre periferica hasta niveles tóxi-
cos. Se cree que la intoxicación por amoniaco puede
tener una participación importante en la génesis del
coma hepático en algunos pacientes. La administra-
ción oral de neomicina ha demostrado reducir la
cantidad de amoniaco liberado por el intestino hacia
la circulación, atribuyéndose este hecho a la acción
antibacteriana del fármaco. La alimentación con die-
tas de alto contenido proteico en pacientes que padecen
enfermedad hepática avanzada, y la presencia de he-
morragia gastrointestinal en estos enfermos, puede
contribuir al desarrollo de intoxicación por amoniaco.
Por tanto, la neomicina es de beneficio en estas cir-
cunstancias.
Las bacterias intestinales
también son benéf¡cas
La flora intestinal puede elaborar hasta 257o delpeso
seco de la materia fecal. En los herbívoros, cuya dieta
consiste en grandes cantidades de celulosa, las bacte-
rias intestinales o del rumen son esenciales para la
digestión, puesto que descomponen el polisacárido y
lo hacen disponible para su absorción. Además, estas
bacterias simbióticas logran la síntesis de aminóacidos
esenciales y de vitaminas. En los humanos, aunque la
flora intestinal no es tan importante como en los her-
bívoros, existe algún beneficio nutricional derivado
de la actividad bacteriana en la síntesis de ciertas vita-
minas, en particular, los tipos de vitamina K y algunos
'miembros
del complejo B (p.ej., biotina), facilitando
su disponibilidad para el organismo.
ASPECTOS CLíNICOS
La solubilidad Iimitada del colesterol
en la bilis or¡gina Iitos (piedras) biliares
El colesterol libre es, para fines prácticos, insoluble
en agua; como consecuencia, es incorporado a las
micelas de sales biliares y fosfolípidos (frgura 16-29).
De hecho, la fosfatidilcolina, el fosfolípido predomi-
nante en labilis, es insoluble en sistemas acuosos, pero
puede ser disuelta por sales biliares en las micelas.
Las grandes cantidades de colesterol presentes en la
bilis de humínos son solubilizadas en estas micelas
mixtas hidrosolubles, permitiendo al colestercl ser
transportado en 1a bilis a través del tracto biliar hacia
el intestino. Sin embargo, la solubilidad real del co-
lesterol en la bilis, depende de las proporciones
relativas de sales biliares, fosfatidilcolina y coleste-
rol. La solubilidad también depende del contenido de
agua en la bilis. Esto es de especial importancia en la
bilis hepática diluida.
Mediante el uso de coordenadas triangulares (fi-
gtra 55-4), Redinger y Small determinaron la
solubilidad máxima del colesterol en la bilis de la ve-
sícula humana. La referencia a la figura indica quer
cualquier punto del triángulo que caiga sobre la línea
ABC representaría un tipo de bilis cuya composición
es tal que el colesterol está en forma sobresaturada o
precipitada.
Se cree que en algún momento de la vida del pa-
ciente con litos biliares se forma una bilis anormal
CH,
'Metilo
marcaptano
CH35H
Met¡lo mercaptano
Metano y sulfuro
de h¡drógeno
I
H
Escatol
I
H
¡ndol

815. 770 . Bioquímica de Harper (Copítulo 55
100 80 60 40 20 0
Porcentaje de sales biliares -------{
Figura 55-4. Método de coordenadas triangulares para re-
presentar los tres componentes principales de Ia bilis (sales
biliares, fosfatidilcolina y colesterol). Cada componente es
expresado como un porcentaje molar del total de sales bi-
liares, fosfatidilcolina y colesterol. La línea ABC representa
la solubilidad máxima del colesterol en mezclas variables de
sales biliares y fosfatidilcolina. El punto P representa la com-
posición biliar normal, que contiene 5% de colesterol, 15%
de fosfatidilcolina y B0% de sales brliares, y además cae dentro
de la zona de fase única de líquido micelar. La bilis que po-
see una composición por arriba de la línea contiene un exceso
de colesterol, ya sea en forma sobresaturada o precipitada
(cristales o cristales líquidos). (Reproducida con autoriza-
ción de Redinger RN, Small DM: Bile composition, b¡le salt
metabolism, and gallstones. Arch lntern Med 1972:130:620.
Copyright A rc72 by the American Medical Associat¡on.)
sobresaturada de colestrol. Con el paso del tietrpo,
varios f'actores como infecciones, por ejemplo, sir.ven
como agentes de origen de una bilis sobresaturada en
la que el exceso de colesterol se precipita en cristales.
A menos que los cristales recién formados sean
excretados de manera pronta hacia el intestino a tra-
vés de la biiis, los cristales crecerán hasta llegar a
fbmrar litos. Cuando la actividad de 1as enzimas clave
en la formación de ácidos biliares es cuantificada en
el hígado de pacientes con litos biliares, la síntesis de
colesterol está elevada, pero la síntesis de ácidos
biliares reducida, provocando la elevación en las con-
centraciones hepáticas de colesterol.
Tal parece que la actividad disminuida de la 7cr.-
hidroxilasa conduce a Ia reducción del resen,orio
enterohepático de ácidos biliares, lo que sirve como
señal para que el hígado produzca más colesterol. La
bilis se encontrará, entoncesl sobrecargada de coles-
terol, y no podrá ser disuelta por con.rpleto en ias
micelas mixtas.
La infbrmación anterior respecto a la solubilidad
del colesterol, ha sido empleada con el objeto de tra-
tar de disolver los litos biliares o para prevenir su tbr-
mación ulterior. El ácido quenodesoxicólico parece
ofrecer un tratamiento médico específico para los litos
biliares radiolúcidos asintomáticos en vesículas fun-
cionales, debido a su acción inhibidora específica de
la HMG-CoA reductasa en el hígado, con la disnrinu-
ción consecuente de la síntesis de colesterol.
A. lntolerancia a la lactosa
La intolerancia a la lactosa , el azucar de la leche, pue-
de atribuirse a la deficiencia de lactasa. Debido a que
la actividad de esta enzintaes la limitante de 1a veloci-
dad de absorción de lactosa, cualquier deficiencia en
la enzima se reflejará de manera directa en la dismi-
l'lnción de la absorción de este carbohidrato. El sín-
drome no debe ser confundido con la intolerancia a la
leche que es el resultado de una sensibilidad a las pro-
teínas de la leche, habitualmente, la B-lactoglobulina.
Los signos y síntomas de la intolerancia a la lactosa
son los mismos, independientemente de la causa, e in-
cluyen: cólicos abdominales, diarrea y tlatulencia. Son
atribuidos a la acumulación de lactosa no digerida, la
cual es osmóticamente activa, por lo que hay reten-
ción de agua, y a la acción f-ermentadora del azúcar de
las bacterias intestinales produciendo gases y otros
productos que sirven como iritantes intestinales.
Existen tres tipos de deficiencia de lactasa
(hipolactasia):
1. Deficiencia hereditaria de lactasa: En este síndro-
me, relativanlente raro, los síntor-nas de intolerallcia
se desarollan poco después del nacimiento. La ali-
r¡entación con una dieta libre de lactosa resulta en
la desaparición de los síntomas. El consumo de
yogurt de cultivo natural no sólo provoca que la p-
galactosidasa activa ataque cualquier cantidad de
lactosa de la dieta, sino también que el calcio y la
energía reemplacen a la leclre. Las preparaciones
comerciales de p-galactosidasa también están dis-
ponibies.
2. Actividad baja secundaria de la lactasa: Debido
a que la digestión de la lactosa es limitada aún en
los humanos sanosl como consecuencia del desa-
rollo de enfenrredades intestinales. la intolerancia
a la leche no es infrecuente. Son ejemplos el esprue
tropical y no tropical (enfermedad celiaca), el
kwashiorkor, la colitis y la gastroenteritis. Incluso.
este trastorno puede ser percibido después de la in-
terr"ención quirúrgica por úlcera péptica.
3. Actividad baja primaria de la lactasa: Éste es un
síndrome relativamente común. en particular entre
las poblaciones que no son blancas. Puesto que ia
2 o más fases
(colesterol,cristales
y Iíquido micelar)

816. Digestión v absorcirjn .
771
intolerancia a Ia lactosa no es un rasgo frecuente etr
etapas tempranas de la vida de1 aclulto con este tras-
torno, se presume que es la representación de un
descenso gradual en 1a actividad de la lactasa en los
individuos susceptibles, debido a una reducción en
la expresión de esta enztma. Sin ernbargo, no es
debida a Ia falta del mRNA de 1a lactasa" por 1o que
es más factible clue la deficiencia se deba a un error
en el proceso de traducción.
B. Deficiencia de sucrasa
Existe una deficiencia hereditaria de las disacaridasas
sucrasa e isomaltasa. Estos dos trastornos coexisten.
debido a que la sucrasa y la isomaltasa se encuentran
de manera conjunta en r-rn compiejo enzimático. Los
síntomas se presentan en la inlbncia telllprana y son
los llismos que los descritos en la cieficiencia de
lactasa.
C. Disacariduria
Puede ol"rservarse un arrmento en la ercreción de di-
sacáridos en algunos pacientes con rieflciencia de
disacaridasas. Pueden ser excretados 300 mg o más
de disacáridos en la orina de estos individuos v elt iL)s
pacientes con daño intestinal (p. ej., esprue).
D" Malabsorción de monosacáridos
Existe una condición congénita debida a Llna muta-
ción única en la que la glucosa y galactosa son
absorbidas de manera muy lenta, a causa de un def'ec-
to en el nrecanismo de cotransporle realizado por el
transporlador Na -glueosa (SGLT 1). Debido a que la
tiuctosa no se absorbe a través de esle nredio, su ab-
sorción es normal" En pocos niños y adultos, ia
¡nalabsorción de fiuctosa-sorbitol ocasiona heces
liquidas, r¡alestar abdr¡minal
1,
producción de gas a
causa de la f'errnentación t-racteriana.
:
! a qmiluria es un trastonro en el que el paciente ex-
creta orina lechosa debido a 1a presencia de una
conexión anornral entre el tracto urinario y el sisterna
de drenaje iinfático del intestino, llamada fístLrla
quilosa. En una alteración semejante" quilotórax. exis-
te una conexión. también anorural, entre el espacio
pleural y el drenaje liniático ciel intestino delgado que
resulta en la acumulación cle 1íquido pleural lechoso.
l-a alimentación con triacilgliceroles cr"ryos ácidos
grasos sori de cadena merliana (menos de l2 carüo-
nos), en sustituci¿rn de las grasas de 1a dieta, resulta en
la, remisión de 1a quilLrria. En el quilotórax, e1 uso dei
triacilgliceroi de ácidcs grasos de cadena corta resulta
en la aparición de un liquido pleural de aspecto claro.
Ambos <lef'ectos -qon debidos al hecho de que los ácr-
dos grasos de cadena mediana son absorbidos en la
vena porta hepática, y no en el conducto torácico como
quilomicrones.
En la deficiencia de colipasa, los pacientes su-
fren de esteatorrea como resultado de la actividad
defectuosa de la lipasa pancreática.
l-a absorc!ón de polipéptidos
no digeridos p¡.rede gen€rar
reacciones antigénicas
Los individuos en quienes se presenta una respuesta
inmunológica a las proteínas ingeridas, deben tener la
capacidad de absorber algunas proteínas no hidroli-
zadas, puesto que las proteínas digeridas no son antigé-
nicas. E,sto no está indocumentado por completo, ya
que se sabe que los anticuerpos del calostro se encuen-
tran disponibles en el recién nacido.
Cadavez existe mayor información que apoya la
hipótesis de que el defecto básico en el esprue no tro-
pical se localiza dentro de 1as células de la mucosa
intestinal que pennite que los polipéptidos generados
por 1a digestión péptica y tríptica del gluten la prin-
cipal proteína del trigo- no sólo ocasionen un daño
Iocal en el intestino, sino que también sean absorbi-
dos en la circulación sistémica, con la producción con-
secuente de anticuerpos. Se ha establecido que 1os
anticuerpos circulantes contra el giuten del trigo o sus
fiacciones están presentes, a menudo, en los pacientes
con esprue no tropical. La entidad perjudicial es un
péptido compuesto por seis o siete aminoácidos.
Estas observaciones pueden aplicarse a una pato-
1ogía, la enf'errnedad celiaca infantil, que es, sin duda
aiguna, análoga a 1a del adulto; plantea la poslbilidad
de que los fiagmentos proteicos de mayor tamaño
molecular que los aminoácidos sean absorbidos en e1
intestino bajo ciertas condiciones específicas.
El cuadro 55 4. resume algunos trastomos oca-
sionales por la malabasorción.
RESUMEN
1. La digestión involucra la descomposición de las molécu-
las alimenticias mediante su hidrólisis a moléculas
más pequeñas que pueden ser absorbidas a través
del epitelio del tracto gastrointestinal.
2. Los carbohidratos como ei almidón y el glucógeno
son atacados en un inicio por la amilasa salival segui-
da de la amilasa pancreática en el intestino. La maltosa
resultante, más los oligosacáridos junto con otros
disacáridos de Ia dteta, son el blanco de hidrolasas
intesf inales específicas para formar monosacáridos,
principalmente glucosa, fructosa y galactosa.

817. 772. Bioquímica de Harper (Capítulo 55)
Cuadro 55-4. Resumen de los trastornos
debidos a malabsorción
3. La digestión de 1as proteínas se inicia por la endopep-
tidasa llamada pepsina en el medio ácido del
estómago y es continuada por otras endopeptidasas
de la secreción pancreática (p. ej., tripsina, quirno-
tripsina y elastasa) junto con la exopeptidasa
llamada carboxipeptidasa, la cual desprende los ami-
noácidos sucesivos de la terminal carboxilo. La di-
gestión de las proteínas se completa con las
secreciones intestinales, incluyendo la exopeptidasa
Ilamada aminopeptidasa, más algunas dipeptidasas
específicas, que resulta en la formación de amin¡,.-
cidos libres.
4. Las lipasas lingual y gástrica comienzan la hidrólisrs
de triacilglicerol en el estómago, para que poste-
riormente, e1 contenido sea emulsificado por 1as
sales biliares en el duodeno, y finalmente modifica-
do por la lipasa pancreática.
5. Los productos de la digestión son absorbidos en el
intestino, por ejemplo, monosacáridos, aminoáci-
dos, algunos dipéptidos, junto con glicerol, ácidos
grasos libres y 2-monoacilgliceroles derivados de
la digestión del triacilglicerol. Los monosacáridos
hidrosolubles, aminoácidos, glicerol, y ácidos grasos
de cadena corta y mediana son transportados hacia
el hígado en la vena porta hepática. Los ácidos
grasos de cadena larga y los monoacilgliceroles
resintetizan triacilglicerol en el epitelio intestinal para
tbrmar quilomicrones. Estos últimos son secretados
hacia Ia circulación a través del conducto torácico.
6. Los trastornos digestivos incluyen aquéllos debidos
a dehciencias enzimáticas como de lactasa y sucrasa.
Otros son ocasionados por una malabsorción, por
ejemplo defectos del cotransportador Na' -glucosa
(SGLI l) que conducen a una malabsorción de glu-
cosa y galactosa. Otras alteraciones pueden deberse
a respuestas inmunológicas desencadenaclas por la
absorción de polipéptidos no hidrolizados, como en
el esprue no tropical. Los iitos biliares se deben a
que el colesterol, por su baja solubilidad, es preci-
pitado en la bilis, lo que Ileva a su cristalización y
formación de litos. I
H¡erro, vitamina B1z, folato
Enfermedad de Hartnup (defec-
to del transportador de amino-
ácidos neutros)
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Tetania

818. 56
u nascoproteíGI
Robeñ K. Murray, MD, PhD
, ij
':
i..l t'": ¡.-: i ; !'. i.., i..
:.
Las glucoproteínas son proteínas que poseen cade-
nas de oligosacáridos (glucanos), unidos de manera
covalente a su estructurapoiipeptídica. Las glucopro-
teínas son una clase de carbohidratos complejos o
glucoconjugados; éstos son términos equivalentes
empleados para referirse a molécr-rlas que se compo-
nen de una o más cadenas de carbohidratos unidos a
proteínas mediante enlaces covalentes (para formar
glucoproteínas o proteoglucanos), o a lípidos (para for-
mar
91ucolípidos).
Los proteoglucanos se estudian en
el capítulo 57, y los glucolípidos en el capítulo 16.
Con excepción de la albúmina, casi todas las proteí-
nas plasmáticas humanas son glucoproteínas. Muchas
proteínas de la memtlrana celular (capítulo 43) con-
tienen cantidades considerables de carbohidratos. Un
gran número de sustancias del grupo sanguíneo son
glucoproteínas, en tanto que otras son glucoesfingo-
lípidos. Ciertas hormonas (p ej , la gonadotropina
coriónica) son glucoproteínas. Cada vez tiene mayor
aceptación la teoría de que ei cáncer es un trastolxo
resultante de anomalías en la regulación genética (ca-
pítuio 62). E1problema principal en dicha enfermedad
es Ia metástasis, fenómeno mediante el cual las célu-
las cancerosas abandonan su tejido de origen (p. ej.,
las glándulas mamarias), y migran hacia otro tejido
distante (p. ej., el cerebro), a través de la circulación;
posteriormente. estas células proliferan sin control. coll
resultados catastróf,icos para e1 individuo afectado.
Muchos investigadores en oncología piensan que las
alteraciones de la estructura de las glucoproteínas v
otros glucoconjLrgados localizados en 1a superficie de
las células cancerosas, son de gran trascendencia en e1
lenómerto de la rnetástasis.
LAS GLUCOPROTEINAS ESTAN
PRESENTES EN MUCHOS
ORGAN¡SMOS Y DESEMPEÑAN
NUMEROSAS FUNCIONES
Las glucoproteínas están presentes en la mayoría de los
organismos, desde las bacterias hasta los humanos.
Muchos virus también contienen glucoproteínas, algu-
nos de los cuales se han investigado de manera extensa,
en pade, porque son adecuados y accesibles para los
estudios biosintéticos. Numerosas proteínas con funcio-
nes diversas son glucoproteínas (cuadro 56-1); su con-
tenido de carbohidratos varía de t hasta 85% por peso.
;,1.L. :.
las glucoproteínas
Gonadolrop¡na coriónica, hor-
mona estimulante de la tiro¡des
Varias proteínas que participan
en interacciones célula-célula
(p. e.i., espermatozo¡de-ovoc¡to),
v¡ rus-célula, bacter¡a-célula y
hormona-célula
/ /J
lnteractúan con carlcohidratos j Lectinas, selectinas (lectinas de
especfficos
]
adhesión celular), anticuerpos
Función Glucoproteínas
Estructura molecular Colágenas
Agente lubricante y protector Muc¡nas
Molécula de transpoñe Transfenina, ceruloplasmina
Molécula inmunológica lnmunoglobul¡nas, antoenos de
histocompatibi¡idad
Hormonas
Enáma Varias, por e.iemplo, fosfatasa
alcalina
Sitio de reconocimiento
de unión celular
Anticongelante Algunas proteínas plasmáticas
de los peces de agua fría

819. 774 . Bioquímica de Harper
Se han realizado muchos estudios para establecer
con precisión la importancia de las cadenas de
oligosacáridos en las funciones desempeñadas por las
glucoproteínas. El cuadro 56-2 presenta un resumen
de los resultados de estos estudios; algunas de las fun-
ciones listadas ya se han establecidoion exactitud, y
otras aún siguen en investigación.
LAS CADENAS DE OLIGOSACÁN¡OOS
CODIFICAN INFORMAGIÓN BIOLÓGICA
Un gran número de enlaces glucosídicos puede gene-
rarse entre los azúcares. Por ejemplo, tres hexosas
distintas pueden unirse entre sí para formar más de
mil trisacáridos diferentes. Las conformaciones de los
azúcares de las cadenas de oligosacáridos varían se-
gún sus uniones y su,proximidad a otras moléculas
con las que los oligosaóáridos pueden interactuar. Exis-
te la creencia firmelu generaltzada de que las cadenas
de oligosacáridos
/codifican
información biolégica
importante, y que tal codificación depende de los
azicares que los constituyen, de su secuencia y de sus
conformaciones. Por ejemplo, los residuos de la
manosa 6-fosfato marcan a enzimas lisosomales re-
ciénsinteti/.adas hacia su blanco, los lisosomas (véase
después)
/
En el cuadro 56 3 se lista una gran variedad de méto-
dos utilizados para la detección, purificación y análisis
Cuadro 56-3. Algunos métodos imporlantes
.lt --.--
Cuadro 56-2. Algunas funciones de las cadenas
de oligosacáridos de las glucoproteínas.
. Modulan propiedades fisicoqui.nicas, por e1emplo, so¡ubilidac
üscosidad, carga eléctrica, conformación, desnaturalización v
sitios de unión para bacrerias y ürus
. Protegen contra la proteólisis, desde el interior y exterior de ¿
célula
.
Afectan el proceso proteolftico de proteínas precursoras de prc-
ductos más pequeños
. Participan en la act¡vidad biológica, por ejemplo, de la gonad:-
tropina coriónica humana (hCG)
. Afectan la inserción en las membranas, migración intracelular, ch-
sificación y secreción
.
Afectan el desarrollo y la diferenciación embrionaria
. Pueden afectar los sitios de metástasis seleccionados por ias
células cancer(genas
estructural de glucoproteínas. Los métodos conven-
cionales empleados para purificar proteínas y enzimas
(capítulo 8), también son aplicables a 1a purificación
de glucoproteínas; una vez purifi cadas éstas, se puede
identificar la estructura de las cadenas de glucanos
presentes en ellas, mediante el uso de la espectrome-
tría de masas y la espectroscopia NMR de alta reso-
lución. El análisis de glucoproteínas puede compli-
carse por el hecho de que, a menudo, estos
compuestos existen como glucoformas; éstas son pro-
teínas que contienen secuencias idénticas de aminoácidos,
pero de composición distinta a los oligosacáridos. Aun-
que los detalles de las uniones no se atalizat ert
este capítulo en particular, es fundamental advertir que la
naixa\ezaprecisa de los enlaces entre los azúcares de
Método Uso
Reactor ác¡do periódico de Shiff Detecta glucoproteínas como bandas rosas después de su sepa-
ración electroforética.
lncubación de células cultir¡adas con glucoproteínas como bandas
radioactivas
Tratamiento con exo o endoglLrcosidasas o fosforilasas adecuadas
Detecta un azúcar rad¡oactivo después de su separación electro-
forética.
Los corrimienlos en la migración electroforét¡ca awdan a distinguir las
proteínas con enlaces Nglucano, Gglucano o uniones GPl, también
N-glucanos complejos y de alto contenido de manosa.
Cromatografía en columna de sefarosaleclina Para purificar glucoproteínas o glucopépt¡dos que se enlazan a la
lecl¡na part¡cular utilizada
Análisis composicional de Ia hidrólisis ácida subsecuente ldent¡fica azúcares que constituyen glucoproteínas y su estequio-
metría.
Espectrometra de masas Proporciona información sobre la masa molecular, composición y
secuencia, y a veces, sobre la ramificación de una cadena de glucano
Para determinar las uniones entre los azúcares.
Espectroscopia NMR
Análisis de metilacíón (enlace)
Secuenciación de aminoácidos o de oDNA Determ¡nación de la secuencia de aminoácidos

820. Glucoproteínas .
775
las glucoproteínas es de gran importancia para deter-
minar la estructura y función de estas moléculas.
SON OCHO LOS AZÚCARES
QUE PREDOMINAN EN LAS
GLUCOPROTEíNAS
En 1a naturaleza se encuentran alrededor de 200
monosacáridos; sin embargo, sólo ocho se identifican
con mayor frecuencia en las cadenas de oligosacáridos
de glucoproteínas (cuadro 564). La mayor parte de
estos aácares se describe en el capítulo 15. Por 1o
común, el ácido iy'-acetilneuramínico §euAc) se en-
cuentra en las terminales de las cadenas de oligosacá-
ridos, fijado a la galactosa subterminal (Gal) o a los
residuos de /y'-acetilgalactosamina (GalNAc). Por 1o
general, los otros azucates listados están presentes en
posiciones más intemas. El sulfato se localiza a me-
nudo en glucoproteínas, casi siempre fijado a Gal,
GalNAc o GluNAc.
LOS AZÚCARES DE NUCLEÓNOOS
AGTÚAN COMO DONADORES
DE AZÚCARES EN MUCHAS
REACCION ES BIOSI NTÉTICAS
El primer azbcar de nucleótido reportado fue el difos-
fato de uridinay glucosa (uDP-Glu, del inglés uridine
diphosphate glucose); su estructura se muestra en la
figtxa2}-2. Los aácares de nucleótido más comunes
involucrados en la biosíntesis de glucoproteínas se
listan en el cuadro 564; la razón de por qué algunas
glucoproteínas contienen UDP y otras difosfato de
guanosina (GDP) o monofosfato de citidina (CMP)
no es clara. Muchas, pero no todas las reacciones de
glucosilación involucradas en la biosíntesis de gluco-
proteínas utilizan estos compuestos (véase después).
Larwl¡ralezaanhidro del enlace entre el grupo fosfato
y los azúcares es de alta energía, del tipo de alto po-
tencial de transferencia de grupo (capítulo l2). Los
azicares de estos compuestos son "activados" de esta
manera y pueden transferirse a aceptores adecuados
cuando se dispone de las transferasas apropiadas.
La mayor parle de los azúcares de nucleótido se
forma en el citosol, por 1o general a partir de reaccio-
nes en las que interviene el trifosfato del nucleósido
correspondiente. El ácido CMP-siálico se forma en el
núcleo. La formación de difosfato de uridipa y
galactosa [fDP-Gal) requiere de las dos reacciones
siguientes en los tejidos de mamíferos:
UTP + Glucosa 1-fosfatoaf-J>
UDP-Glu + Pirofosfato
UDP-Glu UDP-Gal
Debido a que muchas reacciones de glucosilación tle-
nen lugar en la luz del aparato de Golgi, los sistemas
transportadores (permeasas. acarreadores) son ne-
cesarios para trasladar azúcares de nucleótido a trar,és
de la membrana de Golgi. Los sistemas que conducen
UDP-Gal, GDP-Man y CMP-NeuAc hacia Ia cistema
de Golgi ya se ha descrito, y son sistemas antiporte; es
decir, el irflujo de una molécula de azúcar de nucleó-
tido se equilibra con la salida de una molécula del
nucleótido correspondiente (p. ej., UMP, GMP o CMP),
generada a partir de los azúcares de nucleótido. Este
mecanismo asegura una concentración adecuada de
cadaazúcar de nucleótido dentro del aparato de Golgi.
En dicho proceso, la molécula de UMP se fon.na a partir
de UDP-Ga1 de la siguiente manera:
+ Proteí- 'roteína-Gal + UDP
UMP + Pi
LAS EXO Y ENDOGLUGOSIDASAS
FACILITAN EL ESTUDIO DE LAS
GLUCOPROTE|NAS
Un gran número de glucosidasas de especificidad defi-
nida han mostrado ser útiles en el análisis de la estruc-
tura y función de las glucoproteínas (cuadro 56-5).
Este tipo de enzimas actúa en posiciones tanto futerna
(endopeptidasas) como externa (exopeptidasas) de las
cadenas de oligosacáridos. Son ejempios de exogluco-
sidasas las neuraminidasas y las galactosidasas; su
uso secuencial moviliza los residuos de NeuAc termi-
nal y de galactosa subterminal de 1a mayor parte de las
glucoproteínas. Las endoglucosidasas F y H son ejem-
plos de esta última clase. Estas enzimas rompen las
cadenas de oligosacáridos en los sitios específicos de
residuos GluNAc cercanos a la estructurapolipeptídica
(es decir, en los sitios intemos; figura 56-5) y, de esta
manera, son de gran utilidad parala liberación de ca-
denas largas de oligosacaridos y así lograr su análisis
estructural. Una glucoproteína puede tratarse con una
o más de las glucosidasas antes mencionadas, para
analizar los efectos de la movilización de azúcares
especíhcos en su compofiamiento biológico.
t uDP-crr_l
I
eervrenesr
I
€
UDP-Gal
na
FosFATAsADE
I DIFOSFATODE I
I Hucueósroo
J
-___-.-__>

821. 776 . Bioqttímicct de Harper
cuadro 56-4, Principales azúcares encontrados en las glucoproteínas humanas.
Su estructura se ilustra en el capítulo f 5
(Capítulo 56)
Comentarios
Encontrada frecuentemente en posición subterminal
con respecto al NeuAc en las glucoproteínas con
enlaces N. También está en la eslructura central de
trisacárido de los proteogll¡canos.
Presente durante Ia biosíntesis de glucoprotehas con
enlaces N, pero no lan frecuenlemente en las glucopro-
teínas maduras. También presente en algunos factores
de coagulación.
Az-,rcar común en las glucoproteínas con enlaces N.
Es con frecuencia el azucar terminal de glucoproteinas
tanto con enlaces N como O. Tamb¡én existen otros
t¡pos de ácido siálico, pero el NeuAc es la especie prin-
I
cipal en humanos. Los grupos acetilo también pueden
existir en especies O-acetilo, asícomo N-acetilo
Puede estar en posición externa en glucoproteínas tanto
con enlaces O como N, o interna, enlazada al residuo
GluNAc filado a la asparagina, en las especies con
I enlaces N. También puede ex¡stir en posición interna
fijado al grupo OH de serotonina (p. e.i., en t-PA y ciertos
factores de coagulación).
Presente en glucoproteínas formadas tanto por enlaces
O como N
El azucar está fiiado a Ia cadena pol¡peptiJica mediante
la asparagina en las glucoproteínas formadas por
enlaces N; también puede encontrarse en otros sitios
de oligosacáridos de estas proteínas. Muchas proteioas
nucleares poseen GluNAc fijado al grupo OH de
serotonina o treonina, como un azucar único.
La xilosa está fiiada al grupo OH de seroton¡na en
,
muchos proteoglucanos, también puede unirse a dos
Glucosa
UDP-Gal
GDP-Man
CMP-NeuAc
GDP-Fuc
UDP-GluNAc
-l
l
Ácido N-acetilneu-
ramhico
Desoxihexosa
_
mina
N-acetilgluc
mina
rciosa- i Aminohex
-T
;osa- Aminohex
l
N-acetilgalactosa-
|
Aminohexosa
N-acetilglucosa- Aminohexosa
Hexosa
Ácido siálico (nueve NeuAc
átomos de carbono)
Los experimentos realizados por Ashwell y sus cole-
gas al inicio del decenio de 1970, tuvieron gran
irnportancia, puesto que estaban centrados en el inten-
to de elucidar la trascendencia funcional de las cadenas
de oligosacáridos constituyentes de las glucoproteínas.
Ellos trataron la ceruloplasmina (una proteína plas-
mática; capítulo 59) del conejo, con unaneuraminidasa
in vitro. Este proceso permitió dejar expuestos los re-
siduos de Gal subterminal que, por lo común, están
enrrascarados por los residuos de NeuAc tenninal. La
ceruloplasmina radiactiva tratada con neuraminidasa
I
residuos de galactosa, formando un enlace trisacáridos;
iraluso, puede encontrarse en t-PA y c¡ertos factores de
coagulación.
desapareció riípidamente de la circulación, en contraste
con la lenta depuración de la proteína no tratada. Estu-
dios posteriores demostraron que las células hepáticas
contienen un receptor para la asialoglu'eoproteína
de los mamÍferos que reconoce la porción galactosil de
muchas proteínas plasmáticas desialiladas, responsa-
ble de su endocitosis. Este trabajo demoshó que un
azicar individual, como la galactosa, podía desempe-
ñar una función importante en el confiol de, al menos,
una de las propiedades biológicas (p. ej., tiempo de per-
manencia en la circulación) de ciertas glucoproteínas.
Las lectinas son proteínas que unen azúcares v. que
además, aglutirran células o precipitan glucoconjun-
Azúcar Tipo Abreviatura
Aaúcar
del nucleótido
Galactosa Hexosa Gal
Hexosa Glu UDP-Glu
Manosa Man
Fucosa Fuc
GalNAc UDP-GalNAc
GluNAc
Xilosa Pentosa xit UDP-XiI

822. Gltrcoproteínas .
777
de las glucoproteínas*
Cuadro 56-5. Algunas glucosidasas utilizadas
en el estudio de la estructura y función
*
Las enzimas se erEuentran disponibles a par¡ir de una gran varie-
dad de fuentes y son, a menudo, especfficas para c¡eftos t¡pos de
enlaces glucosfrlicos ytambién para su naturaleza anomérica. Los
sit¡os de acción de las glucosidasas F y H se muestran en la figura
5G-5. La F actúa sobre los oligosacáridos complejos y con alto
contenido de manosa, en tanto que la H actúa sólo sobre el segun-
do tipo.
gados; un gran número de lectinas son glucoproteínas.
Las inmunoglobulinas que reacciollan con azúcares
no son considel'adas lectinas. Estas proteínas poseen
por 1o menos dos sitios de unión con los azúcares; las
proteínas con un solo sitio de unión no aglutinan cé-
lulas ni precipitan glucoconjugados. La especilicidad
de una lectina se define, por 1«l común, con base en los
azúcares que mejor inhiben su capacidad de inducir
aglutina- ción o precipitación. Las enzimas. toxinas y
proteínas transporladoras pueden clasifrcarse como
lectinas si tienen la capacidad de unir carbohidratos.
Las lectinas se descubrieron por primera vez en plan-
tas y microbios, pero muchas lectinas de origen animal
ya han sido identificadas. El receptor para 1a asialo-
glucoproteína de mamíferos antes descrito. es un
ejemplo representativo de una lectina animal. Al,eunas
lectinas impor- tantes se listan en el cuadro 56-6.La
mayor parte de la investigación acfual se centra en las
funciones de muchas lectinas animales (p. ej..
selectinas) en las interacciones célula-célula que se
presentan en condicio- nes patológicas como inflama-
ción y metástasis (véase después).
Muchas lectinas se han purificado, y se encuen-
tran disponibles comercialmente; tres lectinas
vegetaies que se han utilizado mucho en experimentos
se listan en el cuadro 56-7. Los siguientes son tres de
los usos bioquímicos de las lectinas purificadas.
1) En la purificación y análisis de glucoproteínas:
Las lectinas como la concanavalina A (ConA) pue-
den unirse de forma covalente a su medio inerte de
apoyo, como la sefarosa. El complejo sefarosa-
ConA resultante puede emplearse en la purificación
de glucoproteínas que contienen cadenas de
oligosacáridos que interactúan con la ConA.
2) Como herramientas para estudiar las superfi-
cies celulares: Puesto que 1as lectinas detectan
azúcares específicos, pueden utilizarse para identi-
ficar, de manera general, los residuos de azúcares
expuestos en la superficie de las membranas celula-
res. Se han realizado muchos estudios con lectinas
para comparar las superficies de células normales y
células cancerosas (capítulo 62). Un hallazgo gene-
ral ha sido la identiflcación de pequeñas car.rtidades
de ciertas lectinas necesarias para la aglutinación
de células tumorales, y no de células normales: esto
sugiere que la organización o estructura de un nú-
mero considerable de glucoproteínas presentes en
la superficie de células tumorales, puede diferir de
la encontrada en células normales.
3) Para generar células mutantes carentes de cier-
tas enzimas para la síntesis de oligosacáridos:
Cuando las células de mamíferos, en cultivo tisular,
se exponen a concentraciones adecuadas de ciertas
lectinas (p. ej., ConA), la rrayor pafie se destru¡'e,
pero algunas llegan a sobrevivir. Tales células. a
menudo carecen de ciertas enzimas involucradas en
la síntesis de oligosacáridos, y muestran resistencia
debido a que no producen cacienas de oligosacáridos
Cuadro 56-7, Tres lect¡nas vegetales
y los azúcares con los que interactúan*
*
En la mayor parte de los casos, la§ lectinas muestran especifici-
dad hacia la naturaleza anomérica del enlace gllrcosilico (a o b);
lo cüal no se indica en el cuadro.
Cuadro 56-6, Algunas lectinas importantes
Concavalina A, lect¡na del chbharo
Agltninina del sal-
vado de trigo
Utilizada ampliamente en el estud¡o de las
superficies de células normales y canceri
gen¿ls
Glucoproteína c¡totóxica der¡vada de las se-
millas de la planta de r¡cino
Responsable de la fijación a células hués-
ped yfusión a membranas
Caracterizada por un dom¡nio de recono-
c¡miento de carbohidratos dependiente de
Ca,. (DHC); inclu],e el receptor de la as¡a-
loglucoproteína de mamñero, selecünas y la
proteina de unión de manosa
Lectinas animales de un¡ón a la p galactosi-
dasa con partic¡pación en las interacciones
célula-célula y célula-matrix
M¡embros de la superfamilia de ¡nmuno-
globulinas; porejemplo, la s¡aloadllesina que
media la adhesión de macrófagos a muchos
tipos celulares
Concanavalina A
Lect¡na de germen de soya
Aglutinina del salvado de trigo
Man y Glu
Gal y GalNAc
Gly y NeuAc
Enzimas Tipo
Neuraminidasas
Galactosidasas
F
H
Lectina Abreviatura Azúcares

823. que interactúen con la lectina utilizada. El uso de
células mutantes ha sido relevante para elucidar
numerosos aspectos relacionados con la biosíntesis
de glucoproteínas.
EXISTEN TRES CLASES PRINCIPALES
DE GLUCOPROTEíNAS
Basándose en la naturaleza de la unión entre sus cade-
nas polipeptídicas y sus cadenas de oligosacáridos, las
glucoproteínas pueden dividirse en tres clases princi-
pales (figura 56-1): l) aquellas que poseen enlaces
O-glucosídicos (es decir, enlaces O), involucrando la
cadena lateral hidroxilo de serina o treonina y wtazúcar
como laly'-acetilgalactosamina (GalNAc-Ser[Tr]); 2) las
que poseen enlaces N-glucosídicos (es decir, enlaces
N) e involucran el nitrógeno amida de la asparagina y
-ly'-acetilglucosamina (GluNAc-Asn); y 3) aquéllas uni-
das al aminoácido carboxilo terminal de una proteína,
a través de la porción fosforiletanolamina unida a un
oligosacárido (glucano) el cual, a su vez, está unido
cH2oH
I
ou ,9-o
, /l o I
t/ H ( J
c. ;, - c*o-cH2*c
r LJH n ,, t
I\i i,/1, I
" c-c ,,
ser
II
H H_N
I
C:O
I
cH.
cH2oH
I
H ,c-or H^H o r
t/ \lPl rl ,
-irl-
i,r"r'-^:-"*'-?
tl
H H*N
I
c:o
I
CH,
mediante una glucosamina al fosfatidilinositol (FI). Esta
última clase se conoce como glucoproteínas ancladas
por glucosilfosfatidilinositol (GPl-ancladas o Gpl-en-
lazadas).
El número de cadenas de oligosacárido fijadas a
una proteína puede variar de I a 30, y las cadenas de
azúcares pueden componerse sólo de I o 2 residuos, o
tener estructuras mucho más largas. Muchas proteínas
contienen más de un tipo de unión, por ejemplo, la
glucoforina (una glucoproteína importante de Ia mem-
brana eritrocitaria, capítulo 60) posee oligosacáridos
unidos por enlaces O y enlaces N.
LAS GLUCOPROTEÍNAS POSEEN
VARIOS TIPOS DE ENLACE O.
GLUCOSiDICO
Por 1o menos cuatro subclases de enlaces O-gluco-
sídico se han identificado en las glucoproteínas hu-
manas: 1) La unión GalNAc-Ser(Tr) mostrada en la
figura 56-1 es la unión predominante. Dos cadenas
C NH"
Manosa
Etanolam¡na Q-e* lvlanosa
lnositol
<- Ácido graso adicional
l\./lembrana
plasmát¡ca
Figura 56-1. Detalles de A un enlace O (N-acetilgalactosamina a serina); B un enlace N (rV-acetilglucosamina a asparagina);
y C un enlace de glucosilfosfatidilinositol (GPl). La estructura que se muestia del GPI es la que está uñiendo la acetilcolinesterasa
a la mernbrana plasmática de un eritrocito humano. El aminoácido carboxilo terminal es la glicina unida en el enlace amida
mediante su grupo COOH al grupo NH, de la fosforiletanolamina, la cual a su vez, está unida , un residuo de manosa. El
centro glucano posee tres residuos de manosa y uno de glucosamina. La glucosamina está unida al inositol, el cual está fijado
al ácido fosfatídico. Se indica el sitio de acción de la Fl-fosfolipasa C (F¡-PLC). La estructura del glucano central se describe
en el texto Este GPI en particular, posee un ácido graso extra enlazado al inositoi y también una"porción fosforiletanolamina
extra unida al residuo central de los tres residuos de manosa. Las variaciones encontradas enke las diferentes estructuras de
GPI incluyen la identidad del aminoácido carboxilo terminal, Ias moléculas fijadas a los residuos de manosa, y la naturaleza
precisa de fa porción lipídica.
PI-PLC -
P
----*l
--- --)2 -
zz
?z
77

824. Glttcoproteínas .
779
tipicas de oligosacárido presentes en los miembros de
esta subclase, se muestran en la figura 56-2. Por 1o
común, un residuo de Gal o de NeuAc está fijado a la
GalNAc, pero se han encontrado muchas variaciones
en la composición de los azúcares y en la longitud de
estas cadenas de oligosacárido. Este tipo de unión se
encuentra en las mucinas (véase después). 2) Los
proteoglucanos poseen un trisacárido Gal-Gal-Xil-Ser
(el llamado trisacárido de unión). 3) Las colágenas
poseen una unión Gal-hidroxilisina (IIil). (Las sub-
clases [2]
y
[3]
se estudian en el capítulo 57.) 4) Muchas
proteínas nucleares (p. ej., ciertos factores de trans-
cripción) y proteínas citosólicas, poseen cadenas
laterales constituidas por una sola molécula de GluNAc
fijada a un residuo de serina o treonina (GluNAc-
SerlTrl).
Las mucinas t¡enen un alto contenido
de oligosacáridos unidos
por en¡aces o, que muestran
secuencias repet¡t¡vas de am¡noác¡dos
Las mucinas son glucoproteínas con dos característi-
cas principales: l) un alto contenido de oligosacáridos
unidos por enlaces O (el contenido de carbohidra-
tos de las mucinas es, por lo general, mayor a 50Yo),y
2) la presencia de secuencias repetitivas de aminoáci-
dos (repeticiones tándem) en el centro de su estructura
polipeptídica, a la cual las cadenas de O-glucanos están
fij adas a manera de racimos (figura 5 6-3
)
. Estas secuen-
cias son ricas en serina, treonina y prolina. Aunque los
O-glucanos predominan, las mucinas poseen a menu-
do un núrnero importante de cadenas de N-glucano.
Existen mucinas tanto secretadas como unidas a
membrana. Las primeras se enouentran en el moco
presente en las secreciones de los tractos gastroin-
testinal, respiratorio y reproductor. E,l moco está
compuesto casi en 94%o de ag.lr-y 5olo de mucinas; el
resto es unamezcla de muchas moléculas, electrólitos
y remanentes celulares. Las mucinas secretadas gene-
ralmente tienen una estructura oligomérica y, por tanto,
A
N"uA"
o2'6
t GalNAc
-+-
se(Tre)
B
Gul
01'3
t GalNAc+ se(Tre)
ll
1a2,3 1u2,6
NeuAc NeuAc
Figura 56-2. Estructuras de dos oligosacáridos con enla-
ces O encontrados en A) mucinas submaxilares y B) fetuina
y la sialoglucoproteína de la membrana eritrocitaria huma-
na. (Modificada y reproducida con autorización de Lennaz
WJ: Ihe Biochemistry of Glycoproteins and Proteoglycans.
Plenum Press, 1980.)
Cadena de O-glucano
Cadena de N-glucano
Figura 56-3. Diagrama esquemático de una mucina. Las ca-
denas Ce O-glucanos se muestran ftjadas a la región central de
la cadena extendida de polipéptido, y las cadenas de N-gluca-
nos fijadas a la región carboxilo terminal. Los rectángulos
estrechos representan una serie de repeticiones tándem de
las secuencias de aminoácidos. Muchas mucinas poseen
residuos de cisteína, cuyos grupos SH forman enlaces entre
cada eslabón de Ia cadena; estos últ¡mos no se muestran
en la figura. (Adaptada de Strous GJ, Dekker J: Mucin{ype
glyucoprote¡ns. Crit Rev biochem Mol Biol 1992,27 57.)
poseen una masa molecular muy grande. Los
oligómeros están compuestos de monómeros unidos
por enlaces disuifuro. EI moco presenta una viscosi-
dad r.nuy alta y, a r.nenudo constituye un gel; estas
cualidades son Íunciones de las mucinas que lo cotn-
ponen. El alto contenido de O-glucanos le confiere a
las mucinas una estructura nás extendida; esto. se er-
plica en par1e, por las interacciones estéricas entre las
pcrciones CalNAc
-v
los aminoácidos adyacentes. re-
sr-rltando en un ef-ecto que le brinda mayor rigidez a 1a
cadena, por lo que la estructura de las mucinas casi
siempre tiene la foma de varilla o bastón rígido. Las
interacciones moleculares no covalentes etrtre mucilos
azúrcares de las cadenas vecinas de glucanos conn'ibu-
yen a la fbrmación de gel. El alto contenido de residuos
NeuAc y de sulfato en muchas mucinas. a1,uda a Iu-
bricar y fonnar una barrera fÍsica protectora sobre
las superficies epiteliales. Las mucinas r.tnidas a mem-
branas participan en muchas interacciones célula-
célula (p. ej., participación de selectinas. réase des-
pués). La densidad de las cadenas de oligosacáridos
dificulta el acercai.niento de las proteasas a 1a estruc-
tura polipeptídica, por 1o que las mucinas son, por lo
general, resistentes al ataque de estas enzimas. Las
mucinas tienden a enmascarar ciertos antígenos de
superficie. Muchas células caficerosas generan canti-
dades excesivas de mucinas: tal r'ez. éstas ocr-¡ltan
ciertos antígenos de sr-rperficie de dichas céh-rlas, y por
tanto, las protegen de los ntecanismos inmunes de vi-
gilancia. Las mucinas también transpofiall epítopes
específ-icos peptídicos ¡'
de carbohidratos (un epítope
es el sitio donde un antígeno puede ser reconocido
por un anticuerpo: también denomil.rado determinante
antigénico). Algunos de estos epítopes se han utiliza-
do para estimular la respuesta innlune contra células
cancerosas.
Secuencia repet¡da tándem

825. 780 .
Bi.oqttímica de llarper
Los genes que codifican la estructura polipeptídica
de un gran número de rlucinas ya se han analizado. Al
menos siete genes humanos para las mucinas (MUCI-7),
incluyendo aquellos que codifican las mucinas pancreá-
ticas, traqueobronquiales, gástricas, salivales y del
intestino delgado, han sido clonados y secuenciados.
Los estudios han dado a conocer nueva información
acerca de la estructura polipeptídica de las mucinas
(tamaño de las repeticiones tándem, los sitios poten-
ciales de glucosilación N, etc.); finalmente, han revelado
algunos aspectos de su control genético. En el cuadro
56 8 se resumen las propiedades más importantes de
las mucinas-
Las cadenas polipeptídicas O-enlazadas y de otras
glucoproteínas son codificadas por especies de mRNA;
puesto que la mayor parte de las glucoproteínas están
unidas a membranas o son secretadas, generalmente
se transportan mediante polirribosomas unidos amem-
brana (capítulo 40). Existen cientos de cadenas distin-
tas de oligosac¿íridos del tipo O-glucosídico. Estas glu-
coproteínas se forman mediante la donación progresiva
de azúcares provenientes de azúcares de nucleótido,
como UDP-GalNAc, UDP-Gal y CMP-NeuAc. Las en-
zimas que catalizaneste tipo de reacciones son gluco-
transferasas de glucoproteínas unidas a membranas.
Por lo común, la síntesis de un tipo específico de unión
requiere de la actividad de la transferasa coffespon-
diente. Los factores que determinan qué residuos
específicos de serina y treonina deben ser glucosilados
aún no se identifican, pero posiblemente se localicen
en la eskuctura peptídica que rodea al sitio de glucosi-
lación. Las enzimas que se encargan del ensamblaje
de las cadenas constituidas por enlaces O se encuen-
tran en el aparato de Golgi, ordenadas de forma se-
cuencial en la línea de ensamblaje cuyas reacciones
terminales tienen lugar dentro de los compartimentos
trans-Golgi.
En el cuadro 56-9 se resumen las características
principales de la biosíntesis de glucoproteínas forma-
das por enlaces O.
Cuadro 5G{. Algunas propiedades de las mucinas
. Se encuentran en secreciones del tracto gastrolntestinal, respira-
torio y reproductor, ytambién en la membrana de muchas células.
.
Muestran un alto contenido de cadenas de O-glucanos, que contie-
nen hab¡tualmente NeuAc.
.
Contienen secuencias repetidas de aminoácidos abundantes en
serina, treonina y prolina.
.
Su estructura etensa contribuye a su alta üscoelasticidad.
. Forman la barrera fisica protectora de superficies celulares, están
involucradas en interacciones célula+élula y pueden poseer o
enmascarar ciertos ant(Jenos de superficie.
r(-'¡¡ti¡¡'1a
';6¡
Cuadro 56-9. Resumen de las características
principales de la Oglucosilación
. lmpl¡ca una ser¡e de glucotransferasas de glucoprotehas unidas
a membranas que actúan de forma secuencial; cada transferasa
es especffica, por Io general, de un tipo part¡cular de enlace.
. Las enzimas que particípan están locallzadas en rrarios subcom-
partimentos del aparato de Golgi.
. Cada reacción de glucosilación involucra a un aztrar de nucleóti-
do apropiado.
. El Dolicol-P-P-oligosacárido no está involucrado, ni tampoco las
glucosidasas; las reacciones no son inhibidas por la tunicamicina.
.
La O-glucos¡lación se lleva a cabo de manera postraduccional en
ciertos residuos de serina o treonina.
Las glucoproteínas con enlaces N se distinguen por la
presencia del tipo de unión Asn-GluNAc (figura 56-l).
Constituyen la clase principal de glucoproteínas y se
han estudiado de manera extensa; la mayor parte de las
que se encuentran disponibles (p. ej., proteínas plas-
máticas) pertenecen a este grupo, principalmente, el
que incluye a glucoproteínas tanto circulantes o se-
cretadas, como las unidas a membrana. Ladiferencia
primordial entre esta última y la primera es respecto a
su biosíntesis, además de la naturaleza de los aminoá-
cidos unidos a la cadena de oligosacáridos (Asn conha
Ser o Tr).
Existen tres clases principales de oligosaciáridos con
enlaces N: los complejos, los híbridos y los de alto
contenido de manosa (figura 56-4). Este tipo de mo-
léculas comparte un pentasacárido común, el Man3Glu
NAc,
-se
muestra dentro del área punteada de la fi-
gwa564y en la figura 56-5-; sin embargo, difieren
en sus ramas extemas. La presencia del pentasacárido
común se explica por el hecho de que estas tres clases
de oligosacáridos comparten el mismo mecanismo de
biosíntesis. Por lo general, las glucoproteínas de la
clase compleja, poseen residuos terminales NeuAc y
residuos subyacentes de galactosa y de GluNAc; esta
última forma parte del disacárido,ly'-acetilactosamina,
frecuentemente. A menudo, unidades de N-acetilac-
tosamina
-[GalB1-3/4GluNAcB
l-3], (poli-N-aceti-
lactosaminoglucanosF están presentes en las cadenas
de glucanos. Las sustancias del grupo sanguíneo I/i
pertenecen a esta clase. Lamayor parte de los oligosa-
cáridos complejos contiene 2,3 o 4 ramas (figura 564),
aunque se han descrito estructuras con cinco ramas.

826. Glucoproteínas ' 781
Ácido siálico Ácido siálico
oZ,S o Z,O I
+
Gal
01,4 I
Y
GluNAc
f
",,,
o,,u
Gal Gal
f
n,o r,,,ol
I
I
I
Man
"1 ,21
"r ,21
"i
,21
GluNAc Man Man Man
Man Man lVlan Man
*1>.-* 4.,it'u *1> ,á.a
Man +: GluNAc MantGluNAc
131,4 I"rN
,ás
Man
{or'+
GluNAc
{ot,+
GluNAc
{ot'+
GluNAc
{ot'+
GluNAc
{or'a
GluNAc
for,a
GluNAc
Paraformarcadenas con alto contenido de manosa.
sólo los residuos de glucosa, más ciertos residuos
periféricos de manosa, se movilizan. Para fbn¡ar una
cadena de oligosacáridos de tipo complejo. ios resi-
duos de glucosa y cuatro de los residuos de manosa
son movilizados por glucosidasas en el RE (retículo
endoplásmico) y en el aparato de Golgi. Los azúcares
característicos de las cadenas cornple,jas (G1u\.\c. Gal.
NeuAc) son adicionados por la acción de 1as glucosil-
transferasas, localizadas en el aparato de Golgi. El
fenómeno durante el cuai las cadenas de glucanos de
glucoproteínas con enlaces N son plirnelo degrada-
das de modo parcial, y después. reconstruidas. se
conoce como procesamiento de oligosacáridos. Las
cadenas híbridas se forman por cadenas conlple¡as
parcialmente procesadas en un brazo. r'en el otro. es-
tructuras de manosa.
Así. los pasos iniciales implicados en la biosíntesis
de glucoproteínas con enlaces N, difieren notablemen-
te de aquéllos involucrados en 1a biosíntesis de glirco-
Man
Endoglucosidasa F
'""r
u1,6 t I
rr1 4 R1 4 ü
j
Man .=.} GiuNAc :-T+
Glul\Ac + A;n
-Z.o r
I
lila-
0 l J
Endoglucosidasa H
Figura 56-5. Diagrama esquemático del centro pentasa-
cárido de todas las glucoproteínas con enlaces N, al cual se
pueden fi.lar muchas cadenas externas de oligosacáridos.
También se indican los sitios de acción de las endoglu-
cosidasas F y H.
(rlb
I
rFuc-+
i---------+ 1 I
Asn Asn Asn
---____-__t
Complelo Híbrido Alto contenido de manosa
Figura 56-4. Estructura de los tipos principales de oligosacárido unidos a asparagina. El área punteada señala el centro
pe-ntasacárido común para todas las proteinas con enlaces N. (Reproducido con autorización de Kornfeld R, Kornfeld S:
Ássembly of asparagine-linked oligosaccharides. Annu Rev Biochem 1985;54:631.)
Las ramas de los oligosacáridos se denominan ante-
nas, por lo que pueden encontrarse estructuras bi. tri.
tetra y penta antenarias. Existe un número solpren-
dente de cadenas de tipo complejo, y la indicada en 1a
figura 56-4 es tan sólo un ejemplo de ellas. Otras ca-
denas complejas pueden terminar en Gal o en Fuc. Los
oligosacáridos con alto contenido de manosa. típica-
mente poseen de dos a seis residuos de manosa
adicionales, unidos al pentasacárido central. Las mo-
1éculas híbridas poseen características señaladas en las
dos clases anteriores.
Leloir y sus colegas describieron la existencia del
oligosacárido-pirofosforildoücol (oligosacárido-P-
P-Dol), cuya investigación subsecuente demostró la
función primordial que desempeña este compuesto en
la biosíntesis de glucoproteínas con enlaces N. La ca-
dena de oligosacáridos de este compuesto, por lo
general posee la estructura Glu3ManeGluNAcz-R
(R:P-P-Dol). Los azicares de es-te compuesto son
ensamblados primero, dentro de la estructura fosforil-
dolicol; después, la cadena de oligosacáridos se trans-
fierq en conjunto, aresiduos Asn adecuados de apoglu-
coproteínas receptoras durante su síntesis en los
polirribosomas de membrana. Todos los ly'-glucanos
cuentan con una estructura cenfoal comtm de pentasacá-
rido (figura 56-5).

827. 782 . Bioquímica de Hatper
(Capítulo 56)
proteínas con enlaces O. El primer proceso implica la
participaciórr del oligosacárido-p-p-Dol: el segundo.
colro se describió antes, no reqr-riere de este compuesto.
EI proceso de l/-glucosilación puede intemtmpirse
en dos etapas: 1) ensarnblaje y transferencia del oiigo-
sacárido-P-P-dolicol, y 2) procesamiento de la cadena
de oligosacárido.
A. Ensamblaje y transferencia
d el o I i gosacá ri do-P- P-Dot i co t
En las bacterias y células eucariotas existen compues-
tos de poliisoprenol que parricipan en la sintesis de
polisacáridos bacterianos y en la biosíntesis cle gh-r-
coproteínas con enlaces N y por GpI de anclaje. El
poliisoprenol utilizaclo en los tejidos eucariotas es el
dolicol, el cual es, después del hule, el hidrato de car-
bono natural más grande qtLe existe en cuanto a estruc-
tura molecular, y se compone de una sola unida<1 repe-
tida. El dolicol se compone de l7 a 20 uniclaáes
repetidas de isoprenoide (figura 56 6).
Antes de su participación en la biosíntesis clel
oligosacárido-P-P-Dol, el dolicol debe fbslorilarse
para formar lbsfato de dolicol (Dol-p) en una reac-
ción catalizada por la dolicol cinasa, que empleaATp
como donador de foslirto.
El GIuNAc-pirofbsforildolicol (GIuNAc-p-p-
Dol) es el lípido clave que actúa como receptor de
otros azúcares en el ensamblaje del oligosacáriclo-p-
P-Dol, y se sintetiza en las membranas del retículo
endoplásnrico a partir de Dol-P y UDp-GluNAc en la
siguiente reacción cafalizada por la CluNAc-p
transferasa:
Dol-P + UDP-GluNAc --) GluNAc-p-p-Dol + g¡y¡p
La reacción anterior
-que
es el primer paso en el en-
samblaje del oligosacárido-P-P-Dol y las reacciones
posteriores, se resumen en la figura 56 7. Las caracte-
rísticas esenciales de los pasos subsecuentes en el
ensamblaje del oligosacárido-P-P-dolicol son las si-
guientes:
1) Un segundo residuo de GluNAc se agrega a1 pri-
mero utilizando de n¡¡evo UDp-GluNAc como
donador.
2) Se añaden cinco residuos de manosa con GDp-
manosa corno donador.
3) Cuatro residuos de manosa (MAN) adicionales
se agregan después, utilizando Dol-p-Man como
donador. El Dol-P-Man se forma mediante la si-
guiente reacción:
Dol-P + GDP-Man ) Do!-P-Man + GDp
4) Por últirno, Ios tres residuos perifericos de glu-
cosa son donados por el Dol-p-Glu, el cual se
fbrma en una reacción análoga a ia recién pre-
sentada, excepto que el Dol-P- y el UDp-Ch-r son
los sustratos.
Es de notar que los prirneros siete azitcares
(dos GluNAc y cinco residuos de manosa) son
donados por azúcares de nucleótido, y los últi-
mos siete azitcares adicionales (cuatro residuos
de manosa y tres de glucosa), por los compues-
tos dolicol-P-azúcar. La red resultante es el
ensamblaje del compuesto iiustrado en la figura
56-8 y es ref'erida en lorma abreviada comcr
Glu.N,{anqG luNAc,-P-P-Dol.
El oligosacárido unido al dolicol-P-p es trans-
ferido en conjunto para fonnar- un enlace
N-glucosídico con uno o más residuos específ'r-
cos de Asn de una proteína receptora qLle emerge
de la superficie luminal de la membrana del retí-
culo endoplásmico. La reacción se cataliza por
1a oligosacárido:proteína transferasa. un cort-
plejo enzimático unido a memb¡ana. Esta trans-
f-erasa reconoce y transliere cualquier sustrato
que posea la estructura general R-(GluNAc).-
P-P-Dol, pero tiene una fuerte prefbrencia por ia
estructura Glu.ManrGlu-NAcr-P-P-Dol. t_a glu-
cosilación tiene lugar en el residuo Asn de una
secuencia tripeptídica Asn-X-Ser/Tre, donde X
es cualcluier aminoácido excepto prolina, ácido
aspártico o ácido glutámico. Con esta reacción
es favorecido un sitio tripeptídico contenido den-
tro de i-rn giro
B. Sólo casi un tercio de los residuos
Asn que representan los sitios receptores po-
tenciales son glucosilados, 1o que sugiere qr-re
lactores distintos a los tripéptidos también son
ñrndamentales en el proceso. Las proteínas re-
ceptoras son de ambas clases, es decir, secretadas
e integradas a ia membrana. Las proteínas cito-
sólicas rarayez son glucosiiadas. La reacciólr de
transf'erencia y los procesos subsecuentes a la
r [ 9H.
-l
"r.tt"li"
Ho
-
CH2
-
CH2
-
C
-
CH2
f
cH,
-
cH
=
C
-
CH,
+
Cu,
-
Cl
=
ó _
cH,
ttl
CH,
L
-]"
Figura 56-6. Estructura del dolicol. EI fosfato del fosfato de dolicol está unido al grupo alcohol primario en el extremo
izquierdo de la molécula. El grupo dentro de los corchetes es una unidad de isoprenoln = 17 a20 unidades isoprenoides).

828. Glucoproteíncts .
783
UDP-GluNAc
GluNAc-P*P-Dol
I
UDP-GluNAc
\.1
UDP 4
i
GluNAc
-GIuNAc -
P
-
P
-Dol
I
GDPM{
-t1
GDP-
i
Y
M
-GluNAc -
GluNAc
-
P
-
P
-Dol
M-M\
_N/-
M-M'/ \
--M-
{GluNAc)2
-
P
-
P --
Dol
G
-G -G-I\1-M-M
(M)u
-(GluNAc)2 -
P
-
P
-
Dol
{
),
e
-oot
f-
*-,
-oo,
M-(GluNAc)r-P-P
-Dol
(GDP-M)1 (GDP)4
Figura 56-7. Vía de biosintesis del dolicol-P-P-oligosacárido. En Ia figura 56-8 se indican los enlaces específicos formados.
Nótese que los primeros cinco residuos internos de manosa son donados por la GDP-manosa, en tanto que los residuos más
externos de manosa y los residuos de glucosa son donados por la dolicol-P-manosa y la dolicol-P-glucosa, respectivamente.
(UDP, difosfato de uriciina; Dol, dolicol; p, fosfato. UMP, monofosfato de uridina [cle! inglés uridine ntonophospha¡e], GDP,
difosfato de guanosina
fdel inglés, guanos¡ne diphosphate], M, manosa: G, glucosa.)
glucosilación de 1as proteínas con eniaces N, jun-
to con su localización subcelular, se muestran
con cietalle en la flgura 56 9. Ei otro producto
de ia reacción. donde interviene la oligosacá-
rido:proteína transferasa, es el dolicol-P-P; éste
después se conviefie a dolicol-P mediante uita
fosfatasa. El dolicol-P puede servir de nuevo
corno receptor durante el proceso de síntesis de
otra mo1écula de oligosacárido-P-P-do1ico1.
B. Procesamiento de la cadena
del oligosacárido
1. Fase temprana: Las nurlerosas reacciones involu-
cradas en esta fáse se indican en la figura 56 9. La
oligosacárido: proteína transf-erasa cataltz,a la reac-
ción I (véase antes). Las reacciones 2 y 3 implican la
remoción del residuo ten inal Glu por la glr-ico-sidasa
I, y de ios siguientes dos residrLos Glu. mediante la
glucosidasa II. respectivamente. En el caso de las
glucoproteinas de alto contenido de manosa. el pro-
ceso puede ¡erminar aquí, o bien, seguir hasta 1a
re¡roción de cuatro residuos de mauosa. No obs-
tante, para formar cadenas complejas^ son
necesarios ios siguientes pasos adicionales. Cua-
tro residuos de manosa son movilizados en 1as
reacciones 4 y 5, mediante al menos dos manosi-
dasas disiintas. E,n ia reacción 6. un residuo de
GluNAc es adicionado al residuo de n-ianosa del
extremo Manul -3, mediante la CluNAc transferasa.
La acción de esta última enzima pennite que terlga
a1.2
Man
-4
lVlan
\,.u

*rn
,/ «1 .6
H¡unil3.* *("t'u
\un
p,,0,
cruNAc
Fi,4,
GruNAcgp*p-Dor¡cho!
I
o.1.2 o1.3 ü1 .3 c11.2 a1.2 /t''1 3
Glu+Glu+Glu+ fulan+ lvlan+ Man
Figura 5G-8. Estructura del dolicol-P-P-oilgosacárido. (Reproducida, con autorización de Lennarz WJ: Ihe Biochemistry of
Glycoproteins and Proteoglycans. Plenum Press, 1980.)

829. 784 . Bioquímica de Harper (Capítulo 5ó,
lugar la reacción 7, la oual es catalizada por otra
manosidasa (Golgi o-manosidasa II) lo que da como
resultado que los residuos de manosa sean reduci-
dos a tres en la estructura central (figura 56-5).
Una vía adicional iryportante esta indicada en las
reacciones I y I[ de la figura 56-9, las cuales invo-
lucran la participación de las enzimas destinadas a
los lisosomas. Tales enzimas se destinan específi-
camente a estos organelos atavés de un marcador
químico específico. En la reacción I, un residuo de
GluNAc-l-P se agrega al carbono 6 de uno o más
residuos específicos de manosa presentes en estas
enzimas. La reacción es catalizadapor la GluNAc
fosfotransferasa, que utiliza eILIDP-GluNAc como
donador de fbsfato y genera UMP como el otro pro-
ducto final:
UDP-GluNAc + Man
-
Proteí-
na
GIuNAc-1-P-6-Man
-
Proteína + UMP
En la reacción II, el complejo GluNAc es movi-
lizado por la acción de una fosfodiesterasa, dejando
los residuos de manosa fosforilados en la posición
6:
tGi¡A;-l
I FOSFOTRANS. I
I renast
I_+
Figura 56-9. Vía esquemática del procesamiento de oligosacáridos. Las reacciones son catalizadas por las enzimas sigulentes:
O,oligosacárido:proteínatransferasa; @u-glucosidasal; @,«-glucosidasall; @,cr-l,2-manosidasadel retículoenOoplásm¡cl;ó ru_
acet¡lglucosaminil-fosfotransferasa;($,lv-acetilgluccsamina-1-fosfodiéster
o,-fu-acetilglucosaminidasa; @, cr-manosiclasa I
del aparato de Golgi; @, tV-acetilglucosaminiltransferasa l; r?, a-manosidasa Il del apaáto ce Golgi; @, rV-acetilglucosaminil-
transferasa ll; @, fucosiltransferasa; @, galactosiltransferasa;
@, sialiltransferasa. (;, lV-acetilgluóosamina; o,hanosa; A,
giucosa;
^,
fucosa; ', galactosa 0, ácido siálico. (Reproducida con autorización rie Kornfeld R, Kornfeld S: Assembíy of
asparagine-linked oligosaccharides. Annu Rev Brochem 1 9BS;54:631.)
RETÍCULO ENDOPLÁSMICO RUGOSO
6D
_:_
L--)
,. UDP- ,
eo
lftns f > r-:
APARATo DE GoLGr
-@

830. Glucoproteinas . 785
GluNAc_1 -p-6_Man _ proteína____$
P-6-Man-Proteína + GluNAc
Los receptores Man 6-P, localizados en el apara-
to de Golgi, se enlazan a1 residuo Man 6-P de estas
enzimas y las conduce hacia los lisosomas. Los
fibroblastos de pacientes con enfermedad de la
célula I (véase después) tienen deñciencia grave
de la actividad de la GluNAc fosfotransferasa.
2. Fase tardía: Para ensamblar una cadena cornpleja
de oligosacáridos, los azúcares adicionales deben
ser agregados a la estructura formada en la reac-
ción 7. Entonces, en la reacción 8, se adiciona un
segundo GluNAc al residuo periférico de manosa
del otro extremo de ia estructura biantenaria que se
muestra en la figura 56-9; la enzima que cataliza
este paso es la GluNAc transferasa IL Las reaccio-
nes 9, 10 y 11 están implicadas en la adición de
residuos Fuc, Gal y NeuAc a los sitios indicados, a
través de las reacciones catalizadas por las fucosil.
galactosil y sialil transferasas, respectivamente. El
ensamblaje de las cadenas de poli-1y'-acetilacto-
samina requiere de GluNAc transferasas en forma
adicional.
§l retÉculc *lndoplásrn§co y *§ eparetü
cic Golgi s&n los s¡tiüs pr§ncipales de
gIucosiiae iún
Como se indica en la figura 56-9, el retículo endo-
plásmico y e1 aparato de Golgi son los sitios principales
involucrados en los procesos de glucosilación. El en-
samblaje del oligosacárido-P-P-dolicol se lleva a cabo
en la superficie tanto citoplásmica como luminal de
las membranas del RE. La adición del oligosacárido a
la proteína tiene lugar en el retículo endoplásmico ru-
goso durante o después de su traducción. La remoción
de 1os residuos de glucosa y algunos residuos
periféricos de manosa, también se realiza en ei retícu-
lo endoplásmico. El aparato de Golgi se compone de
cistemas c¡¡, medias y trans,las cuales pueden sepa-
rarse mediante técnicas de centrifugación. Las vesícu-
ias compuestas de glucoproteínas parecen desprenderse
del retículo endoplásmico y transpofiarse hacia la cis-
terna c¡s del mismo aparato. Se ha demostrado que las
enzimas involucradas en el procesamiento de ias glu-
coproteínas tienen una localización diferencial en las
cisternas del Golgi. Cot¡o se indica en la figura 56 9,
la o-manosidasa I de Golgi (cataliza la reacción 5) se
localiza principalmente en las cisternas cls, en tanto
que ia GluNAc transferasa I (cafaliza la reacción 6) se
sitúa en la cisterna media, y las fucosil, galactosii y
sialil (catalizan las reacciones 9, 10 y 11, respectiva-
mente) se localizan, fundamentalmente en la cistema
trans. Las características principales de la biosíntesis
de las glucoproteínas con enlaces N se resumen en e1
cuadro 56-1 0 y deben colllpararse con las listadas pre-
viamente (cuadro 56-9), que corresponden a las
glucoproteínas con enlaces O.
':::
'
..,
t'
'.,..:.
:-: :. ,-':i ir
::.::i..t...:);:t;:i
Í::l ;]:t:
:.f
-:ii'.:rl:
A continuación se enumeran muchas de las funciones
específicas de las cadenas de N-glucanos que ya se
han establecido o se encuentran en investigación. 1 ) Está
claro que la señal manosa 6-P dirige a ciertas enzi-
mas iisosomales a su blanco (véase antes, y la
discusión sobre la enfermedad de la célula-1, después).
2) Al parecer, las cadenas largas de N-glucanos exis-
tentes en las glucoproteínas de síntesis reciente.
pueden ayudar a mantener estas proteínas en estado
soluble dentro de la luz del retículo endoplásmico. 3)
Una especie de cadenas de N-glucano ha demostrado
intervenir en el plegamiento y retención de cienas
glucoproteínas en la luz del retículo endoplásmico. La
calnexina es una proteína presente en la membrana de1
retículo en-doplásmico, y actúa como "chaperona" 1ca-
pírulo 43). Una chaperona es una proteína que se enlaza
a una proteína recién sintetizada, ayudándo1a a ser
plegada en forma adecuada. Se ha encontrado que la
calnexina se enlaza de manera específica a un gran
número de glucoproteínas (p. ej.,lahemaglutinina fll{l
del r,irus de la inflr.renza) que poseen una estructura
central monoglucosilada. Esta especie es e1 producto
de la reacción 2 indicada en la figura 56-9. de 1a cual se
ha removido el residuo terminal de glucosa. delando 1a
glucosa fijada sólo en posiciones más intemas. La 1i-
beración de la HA totalmente plegada de la calneriua,
requiere de la participación de enzimas para remover
Cuadro 56-10. Resumen de las características
principales de la N-glucosilación
. El oligosacárido Glu3Man9(GluNAc)2 se transf:e'e a padirdel do-
licol-P-P-oligosacárido en una reacción cala zac¿ por la oligo-
sacárido: proteína transferasa, que es inhibicja p.i a tunicamicina
.
La lransferencia se realiza hacla los residuos es¡ecf cos de as-
paragina en la secuencia Asn-X-Ser/Tr. donce a X es cualquier
residuo, excepto prolina, aspartato o glLrtama::.
. La transferencia se realiza cie modo cotraTs ac onal en ei retículo
endoplásmico.
.
El oliqosacárido enlazado a la proteina, pcste"crente se procesa
de modo parcial por las glucosidasas v r¿^:s dasas; si no hay
ad¡ción de azúcares, el resultado será ura oaoe¡a con alto conte-
nido de manosa.
.
Si el procesamiento se lleva a cabo en el hectasacárldo de la es-
lructura central (Man5[GluNAc]2, las cadenas cornplejas se
sintetizarán medianle la adición de G uNAc. ia rernoclón de dos
manosas y la adicién progresiva de azÚcares ndi\4duaies en ¡as
reacciones catalizadas por transferasas especflcas (p. ej., GluNAc.
Gal, NeuAc transferasas), que utilizan de manera adecuada los
azúcares de nucleótido.

831. 786 .
Bbquímica de Harper
(Capítulo 56
este último residuo de gh.rcosii; la enzima requerida es
la o-glucosidasa II. De esta forma, la calnexina retie-
ne cierlas glucoproteínas yapiegadas sólo parcialn.rente
(o mai plegada) y las libera únicamente cuando se ha
llevacio a cabo su plegamiento total.
Varios factores regL¡¡an la glueosisac¡én
de las glucoproteínas
Es evidente que la glucosilación de glucoproteínas es
un proceso complejo que involucra a un gran número
de enzimas. Un indicador de su complejidad es el he-
cho de que más de diez GluNAc transferasas estén
implicadas en la biosíntesis de glucoproteínas, y al
menos en teoría, muchas otras enzimas más, posible-
rlente intervengan. También existen múltiples especies
de otras g luco s iltran s ferasas (p. ej ., sial otransfeiasas).
I os factores que controlan la primera etapa de la
biosíntesis de glucoproteílras con enlaces N (es deciE
ensamblaje y transferencia de oligosacáridos), in-
volucran: 1) ia presencia de sitios de recepción apro-
piados en las proteínas; 2) e1 nivel tisular de Dol-p; y
3) la actividad de Ia transferasa de oligosacáridos.
Al gunos factores identificados como parlicipan-
tes en laregulación del procesamiento de oligosacáridos,
se listan en el cuadro 56-l l. Dos de [os punlos indica-
dos merecen cor.nentarse con más detaile.
primero,
la
variación entre especies del grupo de enzimas proce-
sadcras ha adquirido gran relevancia en relación con la
producción de glucoproteínas de uso terapéutico atra-
vés de la tecnología del DNA recombinante. por
ejemplo,
la eritropoyetina recombinante (epoyetina o; EpO) es
administrada, en algunas ocasiones, a pacientes con
ciertos tipos de anemia, con el objeto de estimular
la eritropoyesis. La vida media de la EpO en el plasnrl
depende de la naturaleza de su patrón de glucosilacri,i:.
algunos de los cuales se asocian con una l,ida media
rruy cofta, y por tanto, limitan su periodo de ef'ectir
j-
dad terapéutica. Es imporlante por tanto, adqLririr la
EPO de célLilas huésped, que confieran un patrón de
giucosilacién consistente con una vida media non¡al
en el plasma. Segundo, existe gran interés respecto al
análisis de la actividad de las enzimas procesadoras
de glucoproteínas presentes en muchos tipos de célu-
las cancerosas. Se ha observado que estas células, a
menudo sintetizan cadenas diferentes de
oligosacáridos (p. gi., con frecuencia muestran nn nú-
mero mayor de rarliflcaciones), en comparación con
las células control. Esto podría deberse a que las céiulas
cancerosas poseen patrones distintos de glucosi ltrarrs-
ferasas, comparadas con las presentes en las células
nomales correspondientes, a causa de Ia activación o
supresión de un gen específico. Las diferencias en las
caclenas de oligosacáridos podrían af'ectar 1as interac-
ciones adhesivas entre las células cancerosas y las
células nomales del mismo tejido, contribuyendo asi al
desarrollo de metástasis. Si fuera posible correlacionar
la actividad de algunas enzimas procesadoras en parti-
cular, y las propiedades metastásicas de las célu1as
cancerosas (capitulo 62), sería un hecho trascendente.
puesto que habría la posibilidad de sintetizar f,irntacos
qtrc logren inhibir estas errziinas y. como consecrrencia.
la metásiasis. A nivel genético, muchas glucosiltrans-
ferasas ya han sido clonadas y otras aún están en
estudio. La clonación ha revelado nueva infbri¡acióri
respecto a las estructuras tanto proteicas corno génicas.
Estas últimas han orientado hacia los mecanismos irn-
piicados en el controi transcripcional, y los estu-
Cuadro 56-11' Algunos factores que afectan la actividad de las enzimas procesadoras de glucoproteínas
i Ciertas glucosiltransrerasas actuarán sólo sobre una cadena de oligosacáricjo si ésta ha sido procesada
por otra enzima procesadora preüa*.
Enzima previa
Desarrollo
Localización intracelular
El perfil celular de las enz¡mas procesadoras puede cambiar durante el desarrollo si sus genes son o
no activados.
Por e.iemplo, si una enzima se destina a la inserción denüo de la membrana del RE (p. ej., HMG-coA
redlatasa), nunca formará pane de las enzimas procesadoras localizadas en el aparaio o'é oolgi.
Las d¡ferencias en la conformac¡ón de proteínas diferentes puede facililar o dificultar el acceso a enzimas
i procesadoras para actuar sobre cadenas idént¡cas de oligosacáridos.
Las mismas células (p. ei., f¡broblastos) de distintas especies pueden mostrar patrones diferentes de
enlmas procesadoras.
Las células cancerosas pueden mostrar enzimas procesadoras diferentes de aquéllas de las células
normales correspondientes.
Conformación prote¡ca
Especie
Cáncer
.
Por ejemplo, la acción preüa de la GluNAc transferasa les necesaria para la acción de la d-manosidasa ll de Golgi"
Factor
Comentario
'T¡po
celular Distintos tipos celulares poseen perfiles diferentes de enzimas procesadoras.

832. dios relacionados con el noqueo génico han sido uti-
lizados para evaluar la imporlancia biológica de muchas
glucosi ltransf-erasas.
Se sabe que un gran número de compuestos tiene la
capacidad de inhibir muchas reacciones impiicadas en
el procesamiento de glucoproteínas. La tunicamicina,
la desoxinogirimicina y la swainsonina son tres agen-
tes farmacológicos que poseen dicha capacidad. Las
reacciones que inhiben se indican en el cuadro 56-12.
Estos agentes pueden ser utilizados en fbrma experi-
mental, para inhibir muchos estadios de la biosíntesis
glucoproteica, y para estudiar los efectos de ciertas
alteraciones específicas sobre este proceso. Por ejern-
plo, si las células se cultivan en presencia de tunica-
micina, la glucosilación habitual de 1as glucoproteínas
con enlaces N no tendrá lugar. En alguros casos, 1a fálta
de glucosilación ha demostrado incrementar 1a suscep-
tibilidad a la proteólisis en este tipo de proteínas. La
inhibición de la glucosilación no parece tener efecto
alguno sobre la secreción de glucoproteínas secretadas
normalmente. En el cuadro 56 12 aparecen listados
los inhibidores del procesamiento glucoproteico que
no afectan la biosíntesis de glucoproteínas con enla-
ces O. El incremento de la extensión de las cadenas
con enlaces O puede ser inhibido por el GalNAc-
bencilo; este compuesto compite con 1os sustratos
glircoproteicos naturales y de esta forma evita el cre-
cimiento de la cadena más allá del GalNAc.
Las glucoproteínas unidas por g1r-rcosilfosfatidilinositol
(GPI. del inglés g{r,cos'vlphosphatidvlinositol) com-
prer.rden la tercera clase principal de glucoproteínas.
Cuadro 56-12. Tres ¡nhibidores de enzimas
¡nvolucradas en la glucosilación de glucoproteínas
y sus sit¡os de acción
lnhibidor S¡t¡o de acción
Tunicamic¡na lnhibe la GIUNAo-P transferasa, la enlma
i catalizadora de la adición de GluNAc al
i dol¡col-P, el primer paso en la biosintes¡s
Desoxnogrrim¡cina
Swainsonina
Gltrcoproteínas ' 787
En la figura 56 1 se muestra la estructura GPI (algunas
veces llamado "pie pegajoso" del ínglés sticlq, /oot),
involucrado en el proceso de unión de la enzima
acetilcolinesterasa (Ach esterasa, del inglés acetylch o-
linesterase) a la membrana plasmática de los eri-
trocitos. Las proteínas unidas por GPI son ancladas a
la capa extelxa de Ia membrana plasmática a través de
los ácidos grasos del fosfatidilinositol (FI). El FI se une,
mediante un residuo GluNHr, a una cadena de glucanos
compuesta por varios azicares (p ej., manosa,
GluNHr). A su vez, la cadena de oligosacáridos se une
a través de la fosforiletanolamina (mediante una unión
amida) al aminoácido carboxilo terminal de la proteí-
na ñjada. La estructura central de la mayoría de las
moléculas GPI posee una molécula de fosforiletano-
lamina, tres residuos de manosa, una molécula de
GluNHr, y una molécula de fosfatidilinositol, de 1a si-
guiente manera:
Etanolamina-fosfo + 6Mancr-l -+ 2Mancr'1 ->
6Manu-1 + GluNnl + 6-mio-inositol-1'fosfolípido
Existen constituyentes adicionales en muchas estlxc-
turas GPI; por ejemplo, aquella que aparece en la figura
56-1 y posee una fosloriletanolamina extra, tijada al
centro de los tres residuos de manosa del glucano
1'
un
ácido graso extra fijado a la GluNH2. EI significado
f;ncional de estas variaciones estructurales no está bien
comprendido todavía. Este tipo de unión fue detecta-
do por primera vez mediante el uso de la lbslolipasa
C,FI-específica (FLC-FI), la cual libera ciertas proteí-
nas de la membrana plasmática celuiar al romper el
enlace señalado en la ligura 56-1. En e1 cuadro 56-13
se muestran ejemplos de algunas proteínas anciadas
n.rediante este tipo de unión. Han sido sugeridas al
menos tres posibles funciones de este tipo de unión:
1) El GPI de anclaie faciiita la movilización de una
proteína localizada en 1a membrana plasmática. en
comparación con las proteínas que poseen secuen!-ias
transmembrana. Esto tal vez no sea sorprendente, pltes-
to que el GPI de anclaje se fija só1o a ia cara extema de
la bicapa lipídica, teniendo así tnal,or libertacl para di-
fundirse, en comparación con la proteína anclada a
ambas caras de la bicapa. E,ste incremento de la nloli-
lización proteica puede ser importante, ya que f"acilita
la respuesta ante los estímulos apropiados. 2) Algu-
nos GPI de anclaje pueden estar relacionados con las
vias de transducción de señales. 3) Se ha de¡¡ostra-
Cuadro 56-13. Algunas proteínas enlazadas al GPI
. Acetilcolinesterasa (membrana eritrocitaria)
. Fosfatasa alcal¡na (intestinal, placentar¡a)
. Factor de aceleración d¡sminuida (membrana eritroc¡taria)
. Sanucleotidasa (linfocitos I otras células)
. Ant(?eno Thy-1 (cerebro, linfocitos T)
. Glucoproleínas de superf¡cie variables (Trypanosoma brucei¡r lnhibidor de la manosidasa ll.
del
lnhibidor de las glucos¡dasas ly ll"

833. 788 . Bioquímicu de Harper
do que las estructuras GpI pueden funcionar conro
marcador para dirigir a ciertas proteínas a los dor¡inios
apicales de la rnernbrana plastnática de algunas células
epiteliales. La biosíntesis de los GpI de ,rritu.¡. es com_
pleja y comienzaenelretículo endoplásmico" pt
Cpt ¿.
anclaje es ensamblado en forma independiente, me_
cliante una serie de reacciones catalizadás por enzimas,
para después ser transferido al extremo carboxilo ter-
minal de su proteína receptora, acornpañado del
desprendimiento del péptido hidrófobo cárboxilo ter-
minal preexistente en esa proteína. Este proceso es
denominado en ocasiones como glipiación. Un detbc_
to adquirido durante la etapa temprana de la biosíntesis
de la estructura GPI se ha relacionado con el desarro_
l1o de hernnglobinuria paroxística nocturna (véase
después).
Tal como se muestra en el cuadro 56-1, las gluco_pro_
teínas tienen muchas funciones distintas; algunas ya
han sido discutidas en este capítulo y otras se descri-
ben a lo laryo de este texto (p. ej., como moléculas de
transporte, moléculas inn:runológicas y hormonas).
Aquí se les implica en dos procesos especificos _fe_
cundación e inflamación- que serán descritos de fonna
sucinta. Además, las bases de un gran número de en_
fermedades ocasionadas por anomalías en 1a síntesis
y degradación de glucoproteínas, serán resumidas a
continuación.
Para llegar hasta la membrana plasmática del ovocito,
el espermatozoide debe atravesar la zona pelúcida
(ZP),u1a envoltura gruesa, transparente y aceiular que
rodea al ovocito. Lazonapelicidaposee tres glucopro_
teinas,laZPl,laZP2y laZp3. Es de particular interés
laZP3,una glucoproteína con enlacei O y que funcio_
na como receptor del espermatozoide. Una enzima de
1a
_superficie
del espermatozoide, posiblemente la
galactosil transferasa, interacirtade manera específi ca
con las cadenas de oligosacáridos de laZp3; én algu_
nas especies (p. ej., el ratóo), esta interacción induie,
a través de señalamiento transmembranal, lareacción
acrosomal, en la que son liberadas enzimas como pro_
teasas y hialuronidasa, y otras presentes en el acrosoma
del espermatozoide. La liberación de estas enzimas
ayuda al espermatozoide a cruzar la zonapelúcida y
(Copínrla
-;61
alcanzar la membrana plasmática del ovocito. En los
hámsters, se ha demostrado la presencia de otra
glucoproteína, la PH-30, 1a cual participa tanto en ia
unión entre la MP (membrana plasmátiia) del esper_
nratozoide y la MP del ovocito, como en la fusión
subsecuente de estas dos membranas. Estas interac_
ciones permiten la entrada del espematozoide, y por
tanto, Ia fecundación del ovocito. Es posible inhibir
tal fecundación mediante el uso de alguaos Fáruacos
o cie anticuerpos que interfieren con Ia función normal
de la ZP3 y la PH-30, actuando así como agentes
anticonceptivos.
Los leucocitos desempeñan funciones importantes en
muchos fenómenos inflamatorios e inmunológicos. Los
primeros pasos de muchos de estos procesós son las
interacciones que tienen lugar entre los leucocitos cir-
culantes y las células endoteliales, previas al ingreso a
la circulación del primer tipo de células señalad-o. Los
trabajos realizados con ei objeto de identificar las
moléculas específicas presentes en la superficie de las
células implicadas en esta clase de interácciones, haa
revelado que los leucocitos y las células endoteliales
poseen en su superficie lectinas llamadas selecünas,
las cuales participan en la adhesión intercelular. En el
cuadro 56-14 se resumen las características de las tres
clases principales de selectinas. Este tipo de lectinas
son proteínas transmembranales de unión de Ca2*; son
de cadena única y poseen numerosos dominios (figura
56-10). Su extremo amino terminal contiene el dómi-
nio lectina, el cual interviene en su enlace con ligandos
carbohidratos específicos.
.-
Se considera que la adhesión entre neutrófilos y
células endoteliales presentes en las vénulas posca-
pilares es llevada a cabo en cuatro etapas, cotno se
muestra en la figura 56-11. La etapa inicial es seguida
de la rotación de los neutrófilos, mediad, po, iél"c-
tinas; estan implic¿idas la interacción entre la i-selectina
de la superficie del neutrófilo y la molécula CD34 y la
GIiCAI\4-I u otras glucoproteínas de la superficie
endotelial. Estas interacciones particulares son de vida
corta y Ia unión es relativamente de baja afinidad, lo
que permite la rotación de los neutrófilos. Sin embar_
go, durante esta etapa, se lleva a cabo la activación de
los neutrofilos pdr varios mediadores químicos (véa-
se antes), lo cual resulta en una modificación de la
forma de los neutrófilos y en la fuerte adhesión de es-
tas células al endotelio vascular. Otro grupo adicional
de moléculas de adhesión está impficádo en la fuerte
adhesión entre la LFA- I y la Mac- I de los neutrófilos,
y la ICAM-I y IaICAM-2 de las células endoteliales.

834. Cuadro 56-14. Algunas moléculas involucradas en las interacciones leucocito-célula endotelial*
ICAM-1, ICAM-2 (CD1 1 a/CD1 8)
CAM-1 y otras (CD11b/CD18)
Molécula
Selectinas
L-selectina
P-selectina
E-selectina
lntegrinas
LFA-1
Supedamilia de ¡nmunoglobulinas
ICAM-1
PECAM.l
La LFA-I y la Mac-l son integrinas de las moléculas
CDl1iC18 (véase capítulo 60 sobre las integrinas), en
tanto que la ICAM- 1 y la ICAM-2 son miembros de la
superfamilia de inmunoglobulinas. Lacuarta etapa es
la transmigración de los neutrófilos a través de la pa-
red endotelial. Para que esto oclrra, los neutróñlos
insertan sus pseudópodos dentro de lad uniones entre
las células endoteliales, se filtran a través de estas unio-
nes, cruzan la membrana basal y después se encuentran
libres para migrar hacia el espacio extravascular. La
molécula-l de adhesión célula endotelial-plaqueta (M-
GlucoproÍeínas ' 789
Ligandos
cD34, Gli-CAM-11
Sialil-Lewis* y otras
Ligando-1 de glucoproteína P-selectlna (L-1 GPS)
Sialil-Lewisx y otras
Sialil-Lewisx y otras
Varias plaquetas
lACEP) (del inglés p/atelet-endothelial cell ctdhesiott
tnolecttle- I IPECAM-
1D ha sido localizada en las unio-
nes entre las células endoteliales y, de esta forma'
desempeña una importante función en la transmigración.
Una gran variedad de moléculas ha sido implicada en
la activación de neutrófilos y células endoteliales. in-
cluyendo el factor cr de necrosis tumoral. muchas
interleucit.ras, el factor de activación plaqiietaria (PAF,
del inglésp/a telet activating.factor). el leucotrieno B-.¡,
y algunos fiagtrentos del complemento. Estos com-
puestos estimulan varias vías que fungen como señal
para inducir cambios en la forma ¡' función celular' y
también algunos son agentes quimiofácticos. Un cambio
funcional trascendente es el reclutamiento de selectinas
hacia la superficie celular, ya que en aigunos casos son
almacenadas en gránulos (p. ej., en célu1as endotelia-
les y plaquetas).
Ya ha sido deflnida la naturaleza química precisa
de algunos tigandos implicados en las interacciones
selectina-ligando. Las tres selectinas se enlazan a los
oligosacáridos fucosilados y sialilados, en particular,
al compuesto sialil-Lewis* (figura 56 l2), una es-
tructura presente en glucoproteínas y glucolípidos. No
se ha establecido aún si este compuesto es el mismo
ligando que actúa in vívo. En algunos casos, las molé-
culas sulfatadas, como los sulfátidos (capitulo 16),
pueden ser ligandos. Este conocimiento esencial ha
sido utilizado paratratar de sintetizar compuestos que
bloqueen 1as interacciones selectina-ligando, y así in-
PMN, linfocitos
Linfocitos, CE
Linfocitos, CE
CE, PMN, linfocilos
-
Modificado de Albelda SM, Smith CW, Ward PA: Adhesion molecules ard inflammatory injury FASEB J 1994;8:50-4.
-
er1ó"
"á"
rigárdos para la'r-selectina linfocitaria; los ligandos para la L-selectina de neutróJilos no han sido identificadas.
palabras clave:
pMN,
teucocitos-potimor{onucleaies; CÉ, célula endotelial, CD diferenciación racémica (del inglés clusterof different¡at¡on;
tCÁM, molécula de adhesión intlrceiular (ctel inglés, intercellular adhesion molecule); LFA-1 ant(?eno-1 relacionado con la función linfocitaria
iá"i
iñgká" iymphocyte function-associated antigén-1);
pECAM-1
molécula-1 de adhesión celular plaqueta-célula endotelial (del inglés platelet
endothelial cell adhesion cell molecule-1).
L-Selectina
*rr aoo,
Figura 56-10. Diagrama de la estructura de la L-selectina
humana. La porción extracelular contiene un dominio amino
terminal homólogo a las lectinas de tipo C y un dominio ad-
yacente semejan*te alfactor de crecimiento epidérmico. Éstos
van seguidos por un número variable de módulos semejantes
a los reguladores del complemento (círculos numerados)
y una secuencia transmembranal (rombo negro)- En la car-
boxilo terminal hay una secuencia citoplasmática
corta (rectángulo en blanco). Las estructuras de las
selectinas P y E son similares a las que se muestran, excep-
to que contienen más módulos reguladores del complemento.
El número de aminoácidos en las selectinas L, P y E, segÚn
se deduce de las secuencias del cDNA, es de 385, 789 y 589,
res- pectivamente. (Reproducida con autorización de
Bevilacqua MP, Nelson RM: Selectins, J Clin lnvest
1993;91:370.)
Célula
CE
Mac-1 PMN
lCAM-2

835. 790 .
(Capítulo 56)
El cuadro 56-15 lista un número significativo de con_
diciones en las que trastornos en lisíntesis de gluco_
proteínas tienen una gran trascendencia. Como se
mencionó antes, muchas células cancerosas muestran
distintos perfiles de cadenas de oligosacáridos en su
superficie, algunas de las cuales pueden contribuir al
desarollo de metástasis. Tanto en el síndrome de glu_
coproteínas deficientes de carbohidratos (SGDt).
como en la multinuclearidad eritroblástica heredi_
taria positiva para la lisis del suero acidificado
(MEHPLSA)
-anemia
diseritropoyética congénita
tipo II- han sido descubiefias anomalías de en"zimas
procesadoras específicas. La enfermedad de la céluia_
I se discute después. La hemoglobinuria paroxística
nocturna consiste en una anemia leve adquirida, que
se caracteriza por la presencia de hemoglobina en la
Cuadro 56-15. Algunas enfermedades debidas a,
o que involucran anomalías en la biosíntesis
de glucoproteínas
Transmigración
hibir la respuesta inflamatoria. Estos intentos inclu_
yen la administración de anticuerpos monoclonales
específicos o de análogos del sialil-Lewisx sintetiza-
dos quírnicamente; ambos tipos se enlazan a selectinas.
Las células cancerosas muestran a menudo en su su_
perficie al sialil-Lewis. u otros complejos selectina_
f
Saldo Se piensa que estos ligandos áesempeñan r-rna
fi,rnción fundamental en la invasión y rnetásiasis reali_
zadas por las células cancerosas.
NeuAca2 -- -, -¡> 3Gatp1
-)
4GtcNAc
A
i u 1_3
,
Fuc
Figura 56-12. Esquema de la estructura del sialilo
Lewisx.
Línea basal
Rodamiento
Act¡vación
y adhesión
firme
Figura 56-11. Diagrama de las interacciones neutrófilo-cé-
lula endotelial. A: Condiciones basales: los neutrófilos no se
adhieren a las paredes de los vasos. B: El primer suceso es
el "alentamiento" o rodamiento de los neutróhlos dentro de los
vasos (vénulas) mediado por selectinas. G: Se produce Ia
activación, que resulta en la adhesión firme de los neutrófilos
a la superficie de las células endotefiales, al tiempo que asumen
una conformación plana. Esto requiere la interacción de las
integrinas CD18 activadas del neutrófilo con ICAM_1 del endo_
telio. D: Enseguida, los neutrófilos migran entre las uniones
de las células endoteliales hacia el iejido intersticial; esto
requiere la participación de
pECAM-1.
Én este último paso,
también se implica la quimiotaxis. (Reproducida con autori_
zación de Albelda SM, Smith CW, Ward pA:
Adhesion
molecules and inflammatory injury. FASEB J
.1994;8:504.)
Enfermedad Anormalidad
El incremento de la ramificación de
los gluóanos en la superficie celular o
la presentación de Iigandos de selec-
t¡na puede ser importante en la me-
tástasis.
Los defectos en la biosíntesis de N-
glucanos (p. ej., debido a deficiencia
de GluNAc transferasa ll, fosfomano-
mutasas u otras enz¡mas), afectan
panicularmente al s¡stema nervioso
Shdrome de Glrcoproteína
Deficiente de Carboh¡-
drato (SGDC)-
Hemoglob¡nur¡a paroxísti-
ca noctuma (MlM 311 770)
Enfermedad de Ia célula I
(MrM 2s2500)
central.
Las anormalidades en ciertas enzi-
mas (p. ej.. manosidasa ll y otras)
implicadas en la biosintesié de N-glu-
canos, afectan parl¡cularmente la
membrana er¡trocfr¡ca.
Defecto adquirido en la biosíntesis
de las estructuras de Gpl+, del factor
de aceleración de la disminuc¡ón
(DAF) y CD59.
Deficiencia de GluNAc fosfotransfe-
rasa, que resulta en un blanco anor-
malde algunas enlmas lisosomales.
" Se ha reconocido por lo menos cuatro subtipos (llv) de este sín_
drome, debido a una gran \arjedad de enzimas. Etiistema nervioso
central es afectado en todos ellos, señalando la importancja de
muchas glucoproteínas en el desarrollo normal de este sistema.
El número MIM para el SGDC tipo tes 212065.
t
Multinuclearidad erilroblást¡ca hereditaria con prueba positiva
para Ia lisis de suero acidificado (anemia congénita diseritropo_
yética t¡po ll). Se trata de una anemia relativariente leve; ,efle¡r,
al menos parcialmente, la presencia en las membranas eritroá¡_
tar¡as, de muchas glucoproteínas con cadenas anormales de N_
_
g]ucanos, lo cual contribuye a su susceptibrlidad para ser lisádas.
+
Ulucosr¡losfat¡dilinositol

836. orina a causa de la hemólisis eritrocitaria, particular-
mente durante el sueño. Este último fenómeno refleja
un descenso leve del pH plasmático durante el sueño,
lo cual incrementa la susceptibilidad de los glóbulos
rojos a ser lisados por el sistema del complemento (ca-
pítulo 59). El defecto básico en la HPN es la adqui-
sición de mutaciones somáticas del gen PIG-A
@ara
el fosfatidilinositol glucano de la clase A), de ciertas
céIulas hematopoyéticas. El producto de este gen pa-
rece ser la enzima que une la glucosamina al fosfati-
dilinositol en la estructura GPI (figura 56-1). Así, las
proteínas que son enlazadas mediante la unión GPI
son muy escasas en Ia membrana de los eritrocitos.
Dos proteínas son de interés particular: el factor de
aceleracién disminuida (DAF, del inglés decay
accelerating factor) y una proteína designada como
CD59; éstas interactuan con ciertos componentes del
sistema del complemento (capítulo 58), para impedir
la acción hemolítica de este sistema. Sin embargo,
cuando estas dos proteínas se encuentran en cantida-
des insuficientes, el sistema del complemento actúa
sobre la membrana eritrocitaria provocando hemólisis.
La HPN puede diagnosticarse de manera relativamen-
te féñ11, puesto que los glóbulos rojos son mucho más
sensibles a la hemólisis en el suero modificado con un
pH de 6.2 (prueba de Ham); el sistema del comple-
mento es activado bajo estas condiciones, pero las
células normales no son afectadas. Una gran variedad
de modalidades terapéuticas (transfusiór¡ esteroides,
posible transplante de médula ósea) se encuentra dis-
ponible para tratar la HPN. En la figura 5 6-13 aparece
un resumen de la etiología de este trastorno.
nferme
a su ptanco
Tal como se indicó antes, la Man 6-P sirve como indi-
cador químico del blanco de algunas enzimas liso-
Figura 56-13. Esquema de las causas de la hemoglobinuria
paroxística nocturna (MlM 311 770).
Gltrcoproteínas '
791
somales. El análisis de fibroblastos cultivados de pa-
cientes con enf-ermedad de la célula-l ha sido de gran
importancia, puesto que ha revelado la función de la
Man 6-P en este trastorno, una condición poco común
caracterizada por un retraso psicomotor progresir o
grave, acompañado de una gran variedad de signos
físicos, que culmina con la muefie durante la primera
década de la vida. Los cuitivos celulares de pacientes
con enf-ermedad de la célula-I carecen de casi todas
las enzimas lisosomales normales; los lisosomas acu-
mulan, entonces, mucl.ros tipos diferentes de
moléculas no degradadas que se aglomeran en cuer-
pos de inclusión. Las muestras de plasma de pacientes
con esta enfermedad muestran un alto nivel de activi-
dad de las enzimas lisosomales; esto sugiere que las
enzimas se han sintetizado de manera normal, pero no
logran alcanzar su destino intracelular correspondien-
te y en cambio, deben secretarse. Los cultivos celulares
de pacientes con esta enfermedad han demostrado ca-
pacidad de capturar enzimas lisosomales exógenas.
obtenidas de individuos normales, lo que indica que
las células poseen receptores normales en su superfi-
cie para reaiizar 1a endocitosis de enzimas lisosomales
requerida. Además, este hallazgo sugiere que las en-
zimas lisosomales de pacientes que padecen la
enf-ermedad de la célula-I, pueden carecer de un mar-
cador de reconocimiento. Los estudios más profundos
han revelado que las enzimas lisosomales de indivi-
duos normales poftan el marcador de reconocimiento
Man 6-P antes descrito, el cual interaclua con una pro-
teína intracelular específica, el receptor de Man 6-P.
Los cultivos celulares de pacientes con esta enferme-
dad presentan deficiencia de la actividad de la GluNAc
fosfotransferasa de la cistema cLs del aparato de Golgi.
1o que explica la incapacidad de 1as enzimas lisoso-
males para adquirir e1 marcador Man 6-P. Ahora se
sabe que existen dos proteínas receptoras de Man 6-P
una de masa molecular grande (275 kDa) y otra de
masa molecular pequeña (46 kDa). Estas proteínas son
lectinas que reconocen la Man 6-P. La primera proteí-
na es catión-independiente y tarnbién se eniaza a1
IGF-ll (llamada a veces receptor Man 6-P-IGF-II); en
tanto que la segunda es catión-dependiente en algunas
especies, y no se enlaza al lcF-ll. Parece que ambos
receptores firncionan permitiendo 1a agrupación intra-
celular de enzimas lisosomales en vesÍculas cubieftas
de clatrina, lo cual tiene lugar en la cisterna trans de
Golgi, posterior a la síntesis de la Man 6-P en la cister-
na cz,s de Golgi. Estas vesículas abandonan ciespués el
aparato de Golgi y se llsionan con e1 compartimento
prelisosorlal. El pH bajo de este comparlimento pro-
voca que las enzimas lisosomales se disocien de sus
receptores y puedan así ingresar a los iisosomas. Los
receptores son reciclados y reutilizados. Sólo los re-
ceptores más pequeños parlicipan en la endocitosis
de las enzimas lisosomales extracelulares, 1o que re-
Mutaciones adquiridas en el gen PIG-A
Síntesis defectuosa del enlace GluNH2-Pl
de las anclas de GPI
ant¡dades d¡sminuidas en la membrana de los eritrocitos,
de proteínas ancladas por GPI; el factor de aceleramiento de la
declinación (DAF) y de CD59 son particularmente importantes
Ciertos componentes del sistema del complemento no tienen
la oposición de DAF y CD59, lo que resulta en lisis de los
eritrocitos mediada por el complemento

837. 792 .
Bioctuímica de Harper
presenta una vía menos importante para la localiza-
ción lisosomal. No todas las células utilizan el receptor
Man 6-P como blanco de las enzimas lisosomales (p.
ej., los hepatocitos emplean una vía distinta que aún
no ha sido definida); más aún, no todas las enzimac
lisosomales actban mediante este mecanismo. Es así
que las investigaciones bioquímicas enfocadas en la
enfermedad de la célula-I, no sólo han dilucidado su
origen, sino que además han contribuido de manera
significativa al entendimiento del porqué las proteínas
recién sintetizadas son dirigidas a organelos blanco
específicos, en este caso, los lisosomas. Lañgra56_14
resume las causas de la enfermedad de la célula-I.
La polidistrofia pseudo-Hurler es otra enferme-
dad genética relacionada con la enfermedad de la célula-I,
aunque es una condición menos grave, puesto que los
pacientes pueden sobrevivir hasta la adultez. Los es-
tudios han sugerido que la GluNAc fosfotransferasa
implicada en la enfermedad de la célula-I tiene varios
dominios, incluyendo el dominio catalítico y otro que
reconoce especíñcarnente e interactua con las enzi-
mas lisosomales. Se ha propuesto que el defecto en la
polidistrofia pseudo-Hurler tiene su origen principal-
mente en este último dominio, por 1o que se conserva
un poco de la actividad cafalítica y el trastorno es
menos gfave.
! as defieiencias oenéficas
G(,tn(, ta (l-fltat19ürftg§r§
Las glucoproteínas como la mayoría de las biomo-
léculas, son sujeto tanto de síntesis como de degra-
(Capílulo 56)
dación (es decir, un reciclaje constante). La degradación
de las cadenas de oligosacáridos que confonnan las
glucoproteínas involucra todo r-rn equipo de hicirolasas
lisosomales, que incluye cr-neuraminidasa, B-galacto-
sidasa, B hexosaminidasa, cv"- y
B-nranosidasas, n-N-ace-
tilgalactosaminidasa, p-galactosaminidasa, cr flrcosr-
dasa, la endo -B-N-acetilglucosaminidasa y la aspartil-
gh:cosaminidasa. Los sitios de acción de las últimas
dos enzimas están indicados al pie de la figura 56 5.
Pueden surgir def'ectos determinados genéticamente.
relacionadcls con la actividad de estas enzimas. dando
como resr,rltado una degradación anormal de glucopro-
teínas. La acumulación tisular de estas glucoproteínas
degradadas de fbrma incorrecta conduce al desamollo
de muchas enf-errnedades. Entre las más conocidas
están la manosidosis, la fucosidosis, la sialidosis, la
aspartilglucosaminuria y la enfermedad de Schindler.
debidas a la dehciencia de g-manosidosa, cr-neurami-
nidasa. asparlilglucosaminidasa y la u-A'-acetilgalac-
tosaminidasa. Estas enf-ermedades solr relativamente
poco frecuentes y presentan una gran varieclad de ma-
nifestaciones: algunas de las características principales
se listan en el cuadro 56 16. El hecho de que los pa-
cientes atbctados por estos trastornos muclstren.
invariablemente. signos reiaciorrados con el sistema
nervioso central, señala la importancia de 1as gluco-
proteínas en el desarrollo y funcionamiento normales
de este sistema.
Por 1o anterior, parecería qure las glucoproteínas
intervienen en una amplia variedad de procesos bioló-
gicos y enfemedades. Las glucoproteínas desempeñan
funcicines directas o indirectas en un grarl número de
enfeuledades! como se muestra en 1os ejelnplos siguierr-
Cuadro 56-1 6. Características principales
de algunas eRfermedades (p. ej., o-rnanosidosis,
p-manosidosis, fucosidosis, sialidosis,
aspartilglucosaminuria y enferrnedad de Schindler)
ocasionadas por deficiencias de hidrolasas
de glueoproteínas*
.
Por lo general muesfan retraso mental u otras anomalias neuroló-
gicas, y en algunos trastornos, rasgos aberrantes, viseeromegalia,
o ambos.
. Variación en la gravedad desde leve a progresión rápida.
. Herencia autosómica reces¡va.
. Puede mostra!'distribución étnica (p. ej,, la aspadilglucosaminuria
es común en Finlandia).
. Vacuolización celular obseniada por microscopia en aigunos lras-
tornos.
. Presencia de productos pordegradación anormai (p. ej., oligo-
sacáridos acumulados por deficiencias enzimálicas) en orina, de-
tectables med¡ante TLC y por GLC-MS caracterizable.
. El diagnóstico definitivo se realiza mediante el análisis de las
enzimas apropiadas; a menudo se utilizan leucocitos.
. Posibilidad de hacer el ciiagnóslico prenatal medianle los análisis
enzimáticos apropiados.
"
No existe un tratamiento definitivo.
*
Números l\illM: a-manos¡dos¡s, 248500;
B-manosidosis,
248510;
fucosidosis, 230000; sialidosis, 256550; aspartilglucosam¡nur¡a,
208400; enfermedad de Schindler, 104170.
GluNAc fosfotransferasa mutante
Ausencia de transferencia normal de GluNAc 1-P a residuos
específicos de manosa de ciertas enzimas destinadas a los
lisosomas
I De este modo, los lisosomas carecen de ciertas hidrolasas,
I no funcionan de manera apropiada, y acumulan material celular
d¡gerido de manera parcia¡. moslrando cuerpos de inclusión
Figura 56-14. Resumen de la causa de la enfermedad de
células I (MlM 252500).
En consecuencia, estas enzimas carecen de Man 6-P y son
secretadas de las células (p. ej , al plasma) en lugar de
dirigirlas a los lisosomas

838. tes: 1) El virus de la influenza posee una neuramini-
dasa que desempeña una función clave en la liberación
de su progenie recién sitttetizada de las células infec-
tadas.2) El HfV-I, considerado por muchos como el
agente causal del SIDA, se fija a las céluias a través
de su glucoproteína de superficie, lagpl20.3) La ar-
tritis reumatoide está relacionada con una alteración
en la glucosilación de las moléculas circulantes de in-
munoglobulinas-y (IgG) (capítulo 59), como 1o es la
falta de galactosa en sus regiones Fc y que terminan
en GluNAc. La proteína de unién de la manosa (no
confundir con el receptor de la manosa 6-P), una lectina
C sintetizada por las células hepáticas y secretada ha-
cia la circulación, se enlaza a la manosa, al GluNAc y
otros azúcares; puede enlazarse a las moléculas de
agalactosil IgG, las cuales acfivan, subsecuentemente,
el sistema del complemento, contribuyendo a la infla'
mación crónica de la membrana sinovial de las ar'
ticulaciones. Esta proteína puede unirse también a los
azicares antes señalados, cuando están presentes er
la superficie de algunas bacterias, hongos y virus, pre
parando a estos patógenos para su opsonización tr
destrucción por el sistema del complemento. Este es
un ejemplo de la inmunidadinnata en la que intr.rvie-
nen las inmunoglobulinas. La deficiencia de esta pro-
teína en niños pequeños, debida a mutaciones, los hace
susceptibles de presentar infecciones recurrentes. Se
tiene la espetat:r:a de que los estudios especializados
en glucoproteínas y otros glucoconjugados (es decir,
el campo de la glucobiología), conduzcan al desarto-
11o de tratamientos efectivos para las enfermedades en
las cuales interviene este tipo de moléculas.
RESUMEN
Las glucoproteínas son proteínas de amplia distribu-
cién que desempeñan diversas funciones; además se
componen de una o más cadenas de carbohidratos en-
lazados en fotma covalente. Los carbohidrr.tos cons-
tituyentes de una glucoproteína varían de . a más de
85Yo de su peso molecular y pueden poseer una es-
tructura simple o muy compieja. Las cadenas de
oligosacáridos codif,tcan información biológica. Son
impofiantes para las glucoproteínas en la modulación
de su solubilidad y viscosidad, en ia protección contra
la proteólisis, en sus acciones biológicas y en su parli-
cipación en las interacciones normales y anormales
célula-célula (p. ej., la interacción y desarrollo esper-
matozoide-ovocito, y el cáncer, respectivamente). La
estructura de muchas cadenas de oligosacáridos puede
ser identificada mediante la cromatografía gas-líquido,
la espectrometría de masas y la espectroscopia NMR
de alta resolución. Las endo y exoglucosidasas hidro-
lizan uniones específicas entre los oligosacáridos y se
utilizan para estudiar a fondo las estructuras
,".' funcio-
nes de las glucoproteínas. Las lectinas son proteínas
que se unen a uno o más azúcares de las cadenas de
oligosacáridos, y así median la adhesión celular y otros
procesos biológicos. Las clases principales de glu-
coproteínas son las que poseen enlaces O (incluyen
un grupo OH de serina o treonina), las que tienen en-
l¿ces N (involucran el N del grupo amida de la aspa-
ragina) y las que contienen enlaces de glucosilfos-
fatidilinositol (GPI). Las mucinas son una clase de
glucoproteínas con enlaces O, distribuidas sobre la
superflcie de células epiteliales del tracto respirato-
rio, gastrointestinal y reproductor.
El aparato de Golgi desempeña una función flin-
damental en las reacciones de glucosilación que
intervienen en la biosíntesis de glucoproteínas. Los
oligosacáridos complejos de las proteínas con enlaces
O se sintetizan rnediante la adición progresiva de az6-
cares donados por azúcares de nucieótido, en las reac-
ciones catalizadas por glucosiltransferasas individuales
de glucoproteínas específ,rcas. En contraste, la biosín-
tesis de las glucoproteínas con enlaces N involucra la
participación de glucosidasas y de lípidos intermedia-
rios. Una cadena de oligosacaridos es donada por el
compuesto dolicol-pirofosfato-oligosacárido a la ca-
dena proteica, confotme atraviesa la membrana del
reticulo endoplásmico. La cadena de oligosacáridos
es descompuesta y reconstruida en el apatato de Golgi,
donde se agregan distintos azicares externos, seme-
jantes a los azúcares de los extremos en 1os oligosa-
cáridos enlazados pof enlaces O. Dependiendo de las
enzimas y proteínas precursoras sintetizadas por un
tejido, éste puede generar distintos tipos de oligosa-
cáridos enlazaclos por enlaces N: complejos, híbridos
o con alto contenido de manosa.
Las giucoproteínas participan en muchos proce-
sos biológicos. Por ejemplo, la glucoprcteína ZP3,
localizada en la zona pelúcida, está implicada en la
interacción entre el espermatozoide y el ovocito. Tam-
bién se ha identificado un grupo de lectinas llamadas
selectinas, que intervienen en la interacción entre neu-
trófilos y linfocitos, y las células endoteliales, como
ocurre en la inflamación. El carbohidrato ligando sialil-
Lewisx participa en algunas de estas interacciones. A
partir de estos hallazgos podrán surgir nuevos alcances
en la anticoncepción y nuevas terapias antiinfla-
matorias.
Se ha identificado un gran número de enfermeda-
des que implican anomalías en la síntesis y degradación
de glucoproteínas. Las glucoproteínas de la superf,cie
celular de las células cancerosas metastásicas mues-
tran a menudo diferencias en cuanto a la estructura de
sus oligosacáridos al compararse con las células nor-
males del mismo tejido. Los defectos de la síntesis de
glucoproteínas parecen estar involucrados en el sín-
drome de glucoproteínas deficientes de carbohidratos,
en la enfermedad de la MEHPLSA y en la hemoglo-
Glucoproteínas '
793

839. 794 . Bioquímica de Harper
binuria paroxística nocturna. En Ia ent-ermedad de la
célula-I, las proteínas de la membrana lisosomai no
se dirigen al blanco apropiado, los lisosomas. debido
a la ausencia de la señal de reconocimiento necesaria
que es la Man 6-P, a causa de una del'iciencia de la
GluNAc fostbtransferasa detemtinada genéticamente.
Algunas otras enf-ermedades relativamente raras son
/(6¡t¡¡¡¡¡,,
-<n
ocasionadas por def'ectos genéticos de la actit,idad
de ciertas hidrolasas lisosomales «le glucoproteínas:
en particulaq incluyen la cr- y p-manosidosis,
la fucosr-
dosis, la sialidosis, asparlilglucosaminuria y la enl'er-
medad de Schindler. Las glucoproteínas tarniién inter-
vienen en muchas otras enfermedades, como la
influenza, SIDA y artritis reumatoide. I
Beaudet AL, Thomas GH: Disorders of glycoprotein
degradation and strucfure: c¿-mannosidosis,
B-manno_
sidosis, fu cosidosis, sialidosis, aspartylglycosaminuria.
and carbohydrate-def icient glycoprotein syndrorne. In:
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840. 57
La matriz extracelular
Robert K. Murray, MD, PhD y Frederick W. Keeley, PhD*
La célula es la unidad básica de la vida. La mayoría de
las células de los mamíferos forman parte de tejidos,
en los cuales están rodeados por una matriz extracelular
de constitución compleja, llamada a menudo'otejido
conjuntivo". Esta matriz desempeña una gran varie-
dad de funciones las cuales se describirán a 1o largo
del texto-, además de actuar como la estructura de
sopofie de las células que rodea. Lamatriz extracelular
contiene tres clases principales de biomoléculas: 1) las
proteínas estructurales, colágena, elastina y fibrilina:
2) ciertas proteínas especializadas, como la fibrilina, fr-
bronectina y laminina, las cuales poseen funciones
específicas dentro de lamatriz extracelular; y 3) pro-
teoglucanos, los cuales se componen de cadenas largas
de disacáridos repetidos (glucosaminoglucanos [GAG].
antes llamados mucopolisacáridos), f¡ados a las pro-
teínas específicas que forman un núcleo central. Este
capítulo describe la bioquímica básica de estas tres
clases de biomoléculas e ilustra su irnportancia bio-
médica. También se consideran, de manera breve, las
características bioquírnicas principales de dos fbrmas
especializadas de la matriz extracelular, hueso y cartí-
lago, así como de un gran número de entbrmedades en
las cuales participan estas moléculas.
Lamatriz extracelular se ha convertido en el centro de
atención, cada yez con mayor fiecuencia, debido al
reconocimiento de las tan ilrpofiantes funciones que
rcaliza en muchos procesos, tanto normales como pa-
tológicos. Durante el desamollo intrauterino, algunas
*Researclt
Insl¡lule. Hospittrl Jbr ,9ick Children, Toronto. y
Deportmenf of Biochentistry, Univer.sitv of Tr»'ttt|o.
células embrionarias deben migrar a distancias consi-
derables a través de la matriz extracelular para llegar
hasta su destino f-rnal. Los estados inflamatorios, tanto
agudos como crónicos, involucran muchas alteracio-
nes en la bioquímica de la matriz ertracelular. Para
que las células cancerosas produzcan metástasis. pti-
mero deben abandonar su órgano o tejido de origen.
migrar a través de la matriz extracelular, y entrar a los
vasos sanguíneos pequeños o a los linfáticos. Se dis-
pone de evidencia considerable respecto a la particrpa-
ción de moléculas de la matriz extracelular en la artntis
reumatoide como en la osteoartritis, las cuales son
dos de las enfermedades más imporlantes que aque.jan
a la sociedad. Muchas enfermedades (p. ej.. la osteo-
génesis imperfecta y un gran número de tipos de1
síndrome de Ehiers-Danlos) se deben a trastornos
genéticos en la síntesis de colágena. Los det-ectos gene-
ticos de hidrolasas lisosomales implicadas en 1a degra-
dación de los GAG. resultan en el desarrollo de muchas
enfbrmedades (denominadas mucopolisacaridosis c on
base en el nombre antes utilizado para 1os G.\G r. las
cuales se deben a la degradación alterada de 1o-. G.\G
y su consecuente acumulación anormal en r erit¡s telt-
dos. Finalmente, parece que se llevan a cabrr ilna qran
cantidad de cambios en la matriz extracelLll:r .1¡rante
el proceso de envejecimiento. Todavis l1r¡ Si han conr-
probado los efectos antienvejecimientr¡ s..¡:e la colá-
gena y otros componentes de la matnz er¡racelu1ar,
de algunos productos desarrollados
L.c,r -¡ rndustria
cosmética.
La colágena, el principal constitur en:e Ce 1os tejidos
conj untivos, representa aprt-. r ; nrl J rr.ir e rLte I 5
oá
de la
proteína total de los n.iat.t.tíI-er.rs. L¡ cr-lágena propor-

841. 796 . Bioquímica de Harper
ciona un sistema eshuctural de sostén extracelular en
todos los metazoarios y existe, virtualmente, en cada
uno de los tejidos animales. Alrededor de 19 tipos dis-
tintos de colágena constituidas por casi 30 cadenas
polipeptídicas diferentes entre sí (codificadas por el
mismo número de genes de colágena), han sido iden-
tificadas en los tejidos humanos. Aunque muchas de
estas colágenas están presentes en pequeña propor,
ción, pueden desempeñar funciones fundamentales en
el desarollo de las propiedades físicas de los tejidos.
Además, un gran número de proteínas (p. ej., el com-
ponente Clq del sistema del complemento, las proteí-
nas surfactantes pulmonares SP-A y SP-D) que no son
clasificadas como colágenas, poseen dominios seme-
jantes a la colágena en su estructura; a veces, estas pro-
teínas sondenominadas como colágenas "no colágenas".
El cuadro 57-1 resume los tipos de colágena en-
contrados en los tejidos humanos; la nomenclatura
empleada para designar los tipos de colágena y sus
genes está indicada al pie del cuadro.
Los 1 9 tipos de colágena mencionados antes, pue-
den subdividirse en un gran número de clases según
las estructuras que llegan a constituir (cuadro 57 2).
Este capítutro se ócupaprincipalmente, de las colágenas
I y II formadoras de ñbrillas, las colágenas principa-
les de la pie1, y del hueso y el carlílago, respectivamen-
te. No obstante, se mencionarán aigunos otros tipos
cuando sea necesario.
NA III
RUCT
)RMA
URA DE TR.¡
FIBRILLAS
Todos los tipos de colágena poseen una estructura
helicoidal triple. En algunas colágenas, la moiécula
completa es una triple hélice, en tanto que otras po-
seen 1a triple hélice sólo en parte de su estructura. La
colágena tipo I madura, compuesta de casi I 000 ami-
noácidos, pertenece al primer tipo; en éste, cada
subunidad de polipéptido, o cada cadena a, gira sobre
su eje formando una hélice orientada hacia la izquier-
da, y en cada giro hay tres residuos de aminoácido
(figura 57-1). Tres de estas cadenas a r,rrelven arotat
hacia la derecha formando una superhélice, para fi-
nalmente conformar una molécula de 1.4 nm de
diámetro y casi 300 nm de largo. Una característica
sobresaliente de la colágena es la presencia de resi-
duos de glicina en cada tercera posición en la triple
hélice de la cadena alfa. Esto es necesario, porque la
glicina es ei único aminóacido io suficientemente pe-
queño como para posicionarse en el limitado espacio
disponible a lo largo del hueco central de la triple hé-
lice. Esta estructura repetida, representada como
(Gli-X-Y),,, es un requisito absoluto paralaformación
de la triple hélice. Mientras la X y la Y pueden ser
¡Capínrlo 5- t
Cuadro 57-1. Tipos de colágena y sus genes
Te¡ido
COL6A1-COL6A3 La mayorie de los tejidos con-
juntivos
VII ) coL7Al Fibrillas de anclaje
coL3A1-COLSA2 Endotelio, otros tejidos
coLqAl-COLqA3 Tejidos que cont¡enen colágena
tipo ll
COLlOAl Catílago hipertrófico
VIII
coLi1A1, COL11A2,
coLzA1
Tejidos que contienen colágena
tipo ll
SI
F(
coL12A1 Tejidos que contienen colágena
tipo I
xiltcoLlsAl Muchos tejidos
XIV COL14A1 TeJidos que contienen colágena
tipo I
Muchos tejidos
't
XVli , CO117,41 llemidesmosomas de piel
l
XVI¡! '. COL18A1 Muchos tejidos (p. ej., híUado,
nnon)
-l
XIX COL19A1 Cálulas del rabdomiosarcoma
-
Adaptado ligeramente de Prockop DJ, Kiv;rrikko KI: Collagens:
Molecular biology, disease, and potent¡als for therapy. Annu Rev
Biochem 1995;64:403
t
Los tipos de eolágena son des¡gnados med¡ante números roma-
nos. Las cadenas constituyentes de procolágena, llamadas caCe-
nas procx, son numeradas con números arábigos, seguidas del tipo
de colágena en ei paréntesis. Por ejemplo, la procolágena tipo les
ensamblada a partir de dos cadenas proal (1
)
y una pron2(1
),
por
tanto, es un heterotrímero: en tanto que la proQolágena tipo 2 es
ensamblada a partir de tres cadenas prool(ll), siendo entonces
un homotrímero. Los genes de colágena son nombrados de acuer-
do con el tipo de colágena, escrito en números arábigos para el
símbo¡o del gen, seguido de una A y del númer<; de la cadená pro{i
que codrfican. Asi los genes COt- 1Al y el COL IA2 codifican las
cadenas cf1 y o2 de la colágena t¡po l, respeclivamente.
rul1c1i.Li,,:i' i¡;:-linoácicir.l. clts; iíiü
'i;r
ir,ts
iti,:ricir',i-r,r,; ,!
st:¡i i,iLli;lirirs pol piolirli.'r. i:¿r.j! !i¡ii .!t: l;rr ;ri-¡:r;L1ii¡tLil
it Sri¡: i¡ar-iir',1í-i;li iltlt
ji(l¡'i:.'.iitr'-,iitlil.
l-.:r j'r¡'iriil¡.i-
,1,
I I COL|A|, COL\A2 La mayorÍa de los tejidos, ¡nclu-
yendo hueso
ll COL2AI Cañr'lago. humor vÍtreo
lll COL?A7 Tejidos conjuntivos expansi-
bles. como la piel, puimones y el
s¡stema vascular
COL4A1-COL4A6 Membranasbasales
COLíA|-COL'A3 Componente menor en los teji-
dos que contienen colágena ti-
coLl5A1
l
Tipo Genes
x
X
XI
xil
XVI COL16A1 Muchos tejidos
E--

842. Cuadro 57-2. Clasificación de colágenas, basada
principalmente en las estructuras que forman*
Filamentos con forma de rosarioVI
Fibrillas de anclaje
*
Basado en Prockop DJ, Kiürriko Hl: Collagens: Molecular b¡ology,
diseases, and potentials fortherapy. Annu Rev Biochem 1 995;64:403.
t
CAFTH =
colágenas agrupadas en fibrillas con tr¡ple hélice ¡nte-
rrumpida (del ínglés FACIIS= fibril-associated collagens w¡th inte-
rrupted triple helices).
hidroxiprolina le confieren rigidez a la molécula de
colágena. La hidroxiprolina se fonna por la hidroxi-
lación postraduccional de residuos de prolina unidos
al péptido, catalizada p or la enzima prolil h i droxi 1as a,
cuyos cofactores son el ácido ascórbico (vitamina C)
y el cr-cetoglutarato. Las lisinas en las posiciones Y
también pueden ser modificadas de manera postraduc-
cional y convefiidas a hidroxilisina mediante la acción
de la lisil hidroxilasa, una enzima que utiliza cofactores
semejantes. Algunas de estas hidroxilisinas pueden ser
después modificaclas. a través de la adición de gaiactosa
o galactosil-giucosa mediante un enlace O-glucosídico
-un
sitio de glucosilación que es úrnico de ia colágena.
Los tipos de colágena que forman largas fibras
semejantes a varillas en los tejidos, son ensamblados
mediante la asociae ión lateral de estas unidades de tri-
ple hélice a manera de cuafios altemados alineados.
de tal forma que cada unidaci se desplaza longitudinal-
rnente. con respecto a la unidad vecina, por menos de
un cuarto de su longitud (figura 57-i. parte superior).
'Ial
acomodamiento es el responsable de 1a apariencia
en bandas de estas fibras en los tejidos conjuntivos.
Las fibras cie colágena son estabilizadas posterir'rnnente
mediar.rte Ia fbrmación de enlaces cruzados covalentes,
dentro y entre cada irnidad de la triple hélice. Estos
eniaces cruzados se fbrman por la intervención de la
lisil oxidasa una ellzima clependiente de cobre i
que desamina oxidativarlente los grupos e-aminc¡ cle
ciertos residuos de lisina e hidroxilisina, generando
aldehídos reactivos. Tales aldehídos pueden lbn¡ar
productos aldol de condensación con otros aldehídos
cierivados de lisina o de hidroxrlisina. o Íbrr¡ar bases
de Schiffcon los grupos e-amino de Iisinas o hidroxili-
sinas no oxidadas. Estas reacciones. Cespués c1e 1o':
reacomodos qtrímicos sul¡secuentes. resilltan eu enla-
Fibrilia
Molécula
Triple hélice
Cadena álfa
/'
La matriz extracelular . 797
67 nm
300 nm
\
\
\i
1"4 nm
T
&ree¡oqcoouotre%-
Secuencia de
,rináariáoi -Gri -x-Y-Gri -x-Y*Gri -x-Y-
Figura 57-1. Características moleculares de la estructura
de la colágena, desde la secuencia primaria, hasta la fibrilla.
(Ligeramente modificada y reproducida, con autorización, de
Eyre DR: Colágena: Molecular diversity in the body's protein
scaffold. Science 1980;207:1315. Derechos reservados @ 1980
por la American Association for the Advancement of Sciencie.).
ces cruzados covalentes estables, importantes parala
fierza de tensión de las fibras.
Muchos tipos de colágena no forman frbrillas
tisulares (cuadro 57 2); se caracterizart por intemrp-
ciones de la triple hélióe con tramos de proteína
carentes de secuencias repetidas de GliX-Y. Estas
secuencias no Gli-X-Y dan como resultado áreas de
estructura globular interdispersas en ia estructura de
la triple hélice.
La colágena tipo IV, el ejemplo de colágena con
triple hélice discontinua mejor caracterizado, es un
componente importante de las membranas basales,
donde foma una red tipo malla.
La colágena sufre grandes
mod¡f¡cac¡ones postrad uccionales
La colágena recién sintetizada sufre extensa modifi-
cación postraduccional antes de formar parte de una
fibra de colágena extracelular madura (cuadro 57-3).
Como la mayoría de las proteínas secretadas, ia colá-
gena es sintetizada en los ribosomas en forma de un
precursor, la preprocolágena, que posee una secuen-
cia líder que dirige la cadena polipeptídica hacia el
espacio vesicular del retículo endoplásmico. Conforme
se va introduciendo en este organelo, la secuencia líder
es modificada enzimáticamente. La hidroxilación de
residuos de prolina y lisina y la glucosilación de hi-
droxilisinas en esta molécula de procolágena, también
Formadoras de fibrillas l, ll, ll, V y Xl
i IX, XII, XV, XVI, ,XIX
Clase Tipo
'lipo
ret¡cular IV, VIII, X
CAFTHIT
vI
Dominio de transmembranal xilt, xvfl
Otras XV, XVIII
,I
I
I
I
i
I
I
I
I

843. 798 .
Bioquímic:a de Harper
se lleva a cabo en este sitio. La molécula de procolá-
gena posee extensiones polipeptídicas (péptidos de
extensión) de 20 a 35 kDa, en los extremos de la ter-
minal tanto amino como carboxilo, ninguno de las
cuales está presente en la colágena madura. Ambos
péptidos de extensión contienen residuos de cisteína.
Mientras que los propéptidos de la terminal amino
forman sólo enlaces disulfuro intracatenarios, los
propéptidos de la terminal carboxilo forman enlaces
disulfuro tanto inter como intracatenarios. La forma-
ción de estos enlaces disulfuro ayuda al registro de
tres moléculas de colágena para formar la triple hé1i-
ce, las cuales se enrollan desde el extremo de la termi-
nal carboxilo. Después de la fbmación de Ia triple
hélice, ya no hay más hidroxilación de prolina o lisina,
ni glucosilación de hidroxilisinas. EI autoensamblaje
es un principio cardinal en la biosíntesis de colágena.
La secreción consecuente de los péptidos de ex-
tensión desde la célula, a través del aparato de Golgi,
es seguida de la acción de enzimas extracelulares lla-
madas procolágena aminoproteinasa y procolágena
carboxiproteinasa, las cuales remueven dichos pépti-
dos de las terminales amino y carboxilo, respectivamente.
La degradación de estos propéptidos puede Ilevarse a
cabo dentro de criptas o plegamientos de la membra-
na celular. Una vez removidos los propéptidos, las
moléculas de colágena de triple hélice, compuestas por
casi I 000 aminoácidos por cadena, son agrupaclas de
forma espontánea en fibras de colágena; estai últimas
son estabilizadas posteriormente mediante la fbrma-
ción de enlaces cruzados inter e intracatenarios, a
través de la acción de la lisil oxidasa, como se descri-
bió previamente.
Las mismas células que secretan colágena, tam-
bién secretan fibronectina, una glucoproteína grancle
presente en la superficie celular, en la matriz extrace-
Iular y en Ia sangre (véase después). La fibronectina
se une a las f,bras de precolágena aglomeradas, y alte-
ra la cinética de la fbrmación de fibras en la matriz
pericelular. Los proteoglucanos que se asocian con
la fibronectina v con la procolágena en esta matriz,
Cuadro 57-3. Orden y localización def
procesamiento del precursor de Ia colágena fibrilar
lntracelular
1. Corte del péptido señal
2. Hidroxilación de los residuos y-prolil y algunos
y-l¡sil; glucosi-
lación de algunos residuos h¡droxilis¡
3. Formación de enlaces S-S intra e intercatenar¡os en los péptidos
de extensión I
4. Formación de la triple hélice
Extracelular
1. Corte de los propéptidos de la terminal amino y carlcoxilo
2. Ensamblaje de las f¡bras de colágena en alineac¡ón a ¡ntervalos
en cuartos
3. Desamlnación oxidativa de los grupos e-amino de los residuos
lisil e hidroxilisil formando aldehrdos
4. Formación de enlaces cruzados intra e intercatenarios a través
de bases de Schiff y de productos de condensación aldol.
(Capítulo 5- t
son el heparán sulfato y el condroitín sulfato (véase
después). De hecho, la colágena tipo IX, un tipo me-
nor del cafiílago, posee cadenas de proteoglucanos
fijas. Estas interacciones pueden servir para regular la
formación de fibras de colágena y para determinar su
orientación en los tejidos.
Una vez formada, la colágena es relativamente
estable, en el aspecto metabólico. No obstante, su de-
gradación aumenta durante las condiciones de inani-
ción o en varios estados inflamatorios. La producción
excesiva de colágena puede desarrollarse en un gran
número de condiciones, por ejemplo, cirrosis hepática.
Cerca de 30 genes codifican colágena y su vía de bio-
síntesis es compleja, puesto que involucra al menos
ocho pasos postraduccionales catalizados por enzimas.
E,s así, que no es soryrendente el gran número de en-
fermedades géneticas (cuadro 57 4) debidas a mu-
taciones en los genes de colágena o en genes que
codifican a algunas de las enzimas que participan en
estas modificaciones postranduccionales. Las enfer-
medades relacionadas que afectan huesos y cartílagos
se discutirán después en este capítulo.
El síndrome de Ehlers-Danlos comprende un grupo
de trastornos hereditarios cuyas características c1ínicis
principales son hiperelasticidad de la piel, fragilidad
tisular anormal y mayor movilidad articular. El cuadro
clínico es variable, reflejando la amplia heterogenei-
dad genética subyacente. Han sido identificados al
menos I I tipos de trastomos que reflejan Ia gran va-
riedad de alteraciones en el proceso de síntesis de colá-
gena. El tipo IV es el más grave, puesto que se mani-
fiesta por la tendencia a la ruptura espontánea de
afierias o del intestino, reflejando anomalías en la
colágena tipo iII. Los pacientes con trastorno tipo VI,
debido a una deficiencia de lisil hidroxilasa, muestran
una marcada inestabilidad articular y tendencia a la
ruptura ocular. La deficiencia de procolágena N-
proteinasa, que ocasiona la formación de fibrillas de
colágena ir:regulares y excesivamente delgadas, resulta
en el síndrome de Ehlers-Danlos tipo VIIC, manifes-
tado por una notable inestabilidad articular y piel muy
suave.
El síndrome de Alport se refiere a un gran número
de trastornos genéticos (tanto autosómicos como liga-
dos al cromosoma X). que afectan la estructura de las
fibras de colágena tipo IV el tipo principal de coláger.ra
hailado en las membranas basales de los glomérulos
renales (véase después Ia discusión sobre lantinina).
Han sido demostradas las mutaciones de varios senes
que codifican las fibras de colágena tipo TV. El iigno
de presentación es la henaturia, y los pacientes pueden.

844. Cuadro 57-4. Enfermedades causadas por
mutaciones de los genes de colágena o por
deficiencias en la actividad de enzimas
postraduccionales durante la biosíntesis
Gen o enzima Enfermedad2
COL|A1, COLA2
La matriz extracelular .
799
E1 escorbuto afbcta la estructura de la colágena.
sin embargo, se debe a una deficiencia de ácido ascór-
bico (capítulo 52) y no es una enfermedad genética.
Sus signos principales son gingivorragia, hernorragias
subcutáneas y retardo en la reparación de heridas. Es-
tos signos reflejan una síntesis alterada de colágena
ocasiorlada por deficiencia de las prolil y lisil hidroxi-
lasas; ambas requieren de ácido ascórbico como cofbctor.
coL2A1
Osteogénesis imperfecta, tipo f
(MtM 1566200)
Osteoporosi* (MlM 1 6671 0)
Skdrome de Ehlers-Danlos tipo Vll
aLrtosómico dom¡nante (1 30060)
C o nd rod i sp las ¡ a s seve ras
Osteoa¡tr¡ti * (MlM 1 20 1 40)
COL3Al Sihdrome de Ehlers-Danlos t¡po M
(MtM 1s0050)
coL4A?-COL4A6 SÍdrome de Alpori (inclupndo las
formas autosómica y la ligada al
cromosoma X) (MlM 104200)
coL7A1 E pi dermolisi s bulosa, d i strófi ca
(MtM 131750)
coL10A1 C o nd rod¡ sp lasi a metaf i s i al de
Schmidt (MlM 156500)
L¡sil h¡droxilasa
P roco lág ena N -p rote i nasa Sihdrome de Ehlers-Danlos tipo Vll
autosómico recesiw (MlM 225a10)
Lisil h¡droxilasa t Enfermedad de Menke§
',
¡utM sos<oo¡
.
Adaptado de Prockop KJ, Kivirrikko KL: Collagens: Molecular
biology, diseases, and potentials for therapy. Annu Rev B¡ochem
1995;64:403.
t
Ha sido demostrada su relación genét¡ca con los genes de colá-
gena para otras condiciones no enlistadas en este cuadro.
r
Han sido ¡dentificados por lo menos cuatro tipos de osteogénes¡s
impeiecta; h mayorie de las mutaciones en los cuatro tipos se
presentan en los genes COLlAl y COL1A2.
§ Actualmente, se apl¡ca sólo a un número de pacientes relati-
vamente pequeño.
" Secundario a defic¡enc¡a de cobre (capftulo 59)
ocasionalmente, desarrollar insuficiencia renal teminal.
La microscopía electrónica revela anomalías caracte-
rísticas en la estructura de la rnembrana basal y lámina
densa.
En la epidermolisis bulosa, la piel se rompe y
presenta ámpulas, incluso con traumas menores. La
fonna distrófica se debe a mutaciones en el gen
COLTAI ,y afecta 1a estructura de la colágena tipo VII.
Esta colágena fbrma delicadas f ibrillas qr.re anclan la
lámina basal a ias flbrillas de colágena en la derrnis.
Estas librillas de anclaje han sido detectadas en canti-
dades reducidas de forma significativa en esta forma
de enfermedad, resultando en la formación de ampo-
llas. La epidermolisis bulosa simple, otra variante.
se debe a mutaciones en la queratina 5 (capítulo 58,t.
La elastina es una proteína del tejido conjuntivo res-
ponsable de 1as características de expansibilidad y
resistencia elástica en los tejidos. Aunque no es una
colágena de amplia distribución, Ia elastina está pre-
sente en grar.rdes cantidades, particularmente en tejidos
que requieren de estas propiedades físicas, por ejem-
plo, pulmón, arterias de gran calibre y algunos
ligamentos elásticos. En piel, cartílago auricular y otros
tejidos, también se pueden encolttrar cantidades me-
nores de elastina. A dilerencia de la colágena. al
parecer sólo existe un tipo genético de elastina, aun-
que pueden surgir algunas variantes durante el
procesalniento diferencial del hnRNA para elastina
(capítulo 39). La elastina es sintetizada como un
monómero soluble de 70 kDa llamado "tropoelastina".
Algunas de las prolinas constituyentes de la
tropoelastina son hidroxiladas a hidroxiprolina por
1a prolil hidroxilasa. aunque la hidroxilisina v la
hidroxilisina glucosilada no están presentes en dicha
molécula. A diferencia de Ia colágena, 1a tropoelastina
no es sintetizada corno una profonla con péptidos de
extensión. Además, la elastina no posee secuencias
repetidas de G1i-X-Y una estn-lctura de triple hé1ice ni
residuos de carbohidratos.
Después de ser secretadas por las células. algu-
nos residuos lisil de la tropoelastina son desaminados
de forma oxidativa a aldehidos, por la lisil oxidasa, la
misma enzima involucrada en el procesamiento de la
colágena. Sin embargo, los enlaces cruzados princi-
pales presentes en la elastina son desmosinas. los
cuales resultan de la condensación de tres de estos
aldehídos derivados de lisina con una sola lisina no
modificada, para así formar un enlace cruzado
tetrafuncional, único de ia elastina. Una vez converti-
da a su forma madura extracelular con sus enlaces
cruzados, la elastina es altamente insoluble y extre-
madamente estable, con un índice muy bajo de reciclaje
metabólico. La elastina muestra una gran variedad de
conformaciones en espiral fbrmadas al azar que le
pelmiten tener una mayor extensión y resistencia du-
rante el desempeño de sus funciones lisiológicas.
de colágena*

845. B0A . Bioquímica cle n{arper
En el cuadro 57 5 se resumen las diferencias prin-
cipales entre Ia colágena y la elastina.
F,n 90Ta de los individuos con síndrome de
Williams, se han encontrado deleciones del gen que
codifica ia elastina (localizado en el cromosoma
7qll.23); dicha alteración consiste en trastolxos ge-
nerados durante el desarrollo ciel tejido conectivo y
de1 sisten,a nelioso central. Las mutaciones que afec-
tan la síntesis de la elastina, probablemente estén
involucradas en el origen de la estenosis aór1ica supra-
valvular. tan frecuente en este síndrome. Un gran
número de enfermedades de lapiel (p. ej., escleroder-
mia), están asociadas con la acumulación anclrmal de
elastina. La fragmentación o la disminución de eiastina
puede observarse en otras condiciones como el enfi-
sema pulmonar, cutis laxa y envejecimiento de la piel.
El síndrome de Marfán es una enfeffnedad hereditaria
relativamente frecuente, que afbcta el tej ido conjuntivo;
se hereda de manera autosómica dominante. Existe
afectación de los ojos (p. ej., provoca dislocación del
cristalino, conocida como ectopia lentis), del sistema
esquelético (la mayoría de los pacientes son aitos y
muestran dedos muy largos [aracnodactilia]
e
hiperextensión articular) y del sistema cardiovascular
(p. ej., debilidad de la capa media de la aorla, produ-
ciendo dilatación de la porción ascendente de esta
arleria). Abraham Lincoln pudo haber padecido este
síndrome. La mayoría de los casos son producidos por
mutaciones del gen (del cromosorna i5) que codifica
la fibrilina; en muchos pacientes con síndrome de
Marfán han sido detectadas mutaciones de cambio de
sentido.
Cuadro 57-5. Diferencias pr¡ncipales entre la
Colágena
(C4ti¡¡¡¡n :-
La fitrrilina es una giucoproteína muy grande (casi
350 kDa) y es un componente estructural de las
microfibrillas, f,rbras de l0 a 12 nm halladas en rlu-
chos tejidos. La frbrilina es secretada (después de un
corle proteolítico) hacia lamatrtz extracelular por los
fibroblastos, para después ser incorporada a las
microfibrillas insolubles, las cuales fungen corto un
armazón para el depósito de elastina. En el síndrome
de Marf,in es de especial relevancia que la fibrilina se
encuentre en las fibras zonulares del cristalino, en el
periostio y en la aorta, donde se encuentra agrupada
con las libras de elastina ( y en otros sitios); estas 1o-
calizaciones explican la ectopia lentis, la aracnodactilia
y los problemas cardiovascr,rlares respectivos" mani-
festados en este síndrome. Otras proteínas (p. ej., la
emelina y dos proteínas relacionadas con ias micro-
flbrillas) están taml¡ién presentes en estas microflbri-
ilas, y parece factible que las anomalías de estas es-
tructuras puedan ocasionar otros trastornos del tejido
conjuntivo. Existe otro gen que codifica Ia fibrilina.
localizado en el cromosoma 5; las mutaciones de este
gen están ligadas con el desarrollo de aracnodactilia
contractural congénita, pero no con el síndrome de
Marfán. La posible secuencia de eventos que condu-
cen al desarrollo de1 síndrome de Marfan se resume
en la figura 57-2.
La fibronectina es una glucoproteína importante de la
maúz extracelular, que también se encuentra en for-
ma soluble en el plasma. Se compone de dos subuni-
dades idénticas, cada una de casi 230lüa, unidas por
dos puentes disulfiro localizados cerca de la terminal
Figura 57-2. Secuencia probable de los eventos causuales
de los principales signos manifestados por los pacientes con
síndrome de Marfán (MlM 154700).
1. Muchos t¡pos genéticos dis-
tintos
2. Triple hélice
3. Estructura (G|¡-X-Y)" repetida
4. Presencia de hidroxilisina
5. Contiene carbohidratos
6. Enlaces cruzados de aldol in-
tramolecular
7. Presencia de péptidos de ex-
tens¡ón durante su biosintes¡s
Un solo tipo genético
No hay triple hélice; conforma-
ción en espiral no constante
que permite el estiramiento
No hayestructura (Gli-X-Y)"
repetida
No hay hidroxilisina
No hay carbohidratos
Enlaces cruzados de desmosi-
na ¡ntramolecular
No ex¡sten péptidos de exten-
sión durante su biosíntesis
colágena y la elastina
Mutaciones del gen (cromosoma 15) que cod¡fica la fibrilina,
una glucoproteína de gran tamaño presente en las
m¡crofibr¡llas asociadas a la elastina
Anomalías en la estructura de la fibrilina
Estructura del ligamento suspensor¡o del ojo, del periostio
y dé la capa media de la aorta afectada
Ectopia Ientis, aracnodactilia y dilatación
de la aorta asc€ndente

846. carboxilo. EI gen que codii'lca la fil¡ronecttna es muy
grande, puesto que posee alrededor de 50 exones; el
RNA producido por la transcripción es sometido a un
consiclerable empalme altemativo. detectándose has-
ta 20 mRNA diferentes en varios tejidos. La
fibronectina contiene tres tipos de motivo repetitivo
(I, lI y III), los cuales están organizados en dominios
funcionales (siete al menos); las funciones de estos
dominios incluyen la unión de heparina (véase des-
pués) y fibrina; la unión de colágena. DNA y las
superficies celulares (figura 57-3). Ya ha sido identi-
ficada la secuencia de aminoácidos del receptor de
fibronectina en los fibrobiastos, por 1o que se ha con-
cluido que esta proteína es miembro de la clase de
integrinas transmembranales (capítulo 60). Las
integrinas son heterodímeros. que contienen nruchos
tipos de cadenas polipeptídicas ü y
iJ.
La f,rbronectina
posee una secuencia Arg-Gli-Asp (RGD) que se une
al receptor. La secuencia RGD es común para un gran
número de proteínas también presentes en ia matriz
extracelular, y que se unen a integrinas localizadas en
las superficies celulares. Los péptidos sintéticos que
contienen la secuencia RGD. inhiben la unión entre la
fibronectina y la superficie ceiular. La figura 57-4 ilus-
tra ia interacción entre colágena, fibronectina
1,
laminina todas proteínas importantes de la matriz
extracelular-, y una célula típica (p. ej., fibroblasto¡
llevada a cabo en la mafriz extracelular.
El receptor de fibronectina interactúa de forma
in<lirecta con los rnicrofilan.rentos de actina (capítulo
58) presentes en el citosol (figura 57-5). LIn gran núL-
mero de proteínas, conocidas en conjunto como
proteínas de fijación, está involucrado en dicha inte-
racción e incluyen: talina, r,inculina, cx.-actinina y una
proteína que recubre los filamentos de actina. La talina
interactúa con el receptor de fibronectina y con la
vinculina, en tanto que estos dos últimos interactúan.
a su vez, con la actina. La interacción entre la
fibror,ectina y su receptor representa una vía median-
te la cual se pone en contacto el medio intemo con el
externo de las células, afectando así el comportamien-
to celular. A través de la interacción con su receptor,
La ntalriz extracelular .
801
Colágena Fibronectina
Laminina
Figura 57-4. Representación esquemática de una célula
interactuando, a través de varios receptores de iniegrina.
con colágena, fibronectina y laminina, en la matriz extrace-
lular. (No están indicadas las subunidades específicas.) (Re-
dibujada de Yamada KM: Adhesive recognition sequences.
J Biol Chem 1991;266:12809.)
la fibronectina desen.rpeña una función importante
en la adhesión de las células alamatriz extracelular.
La fibronectina también participa en la rnigración ce-
1u1ar. al fungir como el sitio de unión de las células,
a¡.'udándolas de esta manera a tomar su camino hacia
la matriz extracelular. La cantidad de fibronectina que
rodea a muchas células transformadas, puede disrni-
nnir de lorma aguda; esto explicaría su interacción
delectuosa con la malriz extracelular (capítulo 62).
Las láminas basales son áreas especializadas de la
matriz extracelular que rodea las células epiteliales y
otras células (p. ej., células musculares)l aqrií se dis-
cutirá sólo la lámina en el glomérulo renal. En esta
estructura, la lá¡ina basal está compuesta por dos hojas
separadas de células (una endotelial y otra epitelial),
cada una en lados opuestos de la lámina: estas tres
capas forman la membrana glomerular. Los compo-
nentes principaies de la 1ámina basal son tres proteínas
RGD
I
Figura 57-3. Representación esquemática de la fibronectina. Son representados siete dominios funcionales de fibronectina;
se muestran dos tipos diferentes de dominio para heparina, para la unión celular y para la fibrina. Los dominios se componen
de muchas combinaciones de tres motivos estructurales (1, ll y |ll), las cuales no han sido detalladas en la figura. Tampoco se
señala el hecho de que la fibronectina es un dímero unido por puentes disulfuro cercanos a las terminales carboxilo de los
monómeros. La localización aproximada de la secuencia RGD de la fibronectina, la cual interactúa con una gran variedad de
receptores de intregrina para la fibronectina situados en la superficie celular, se indica mediante la flecha. (Redibujada de
Yamada KM: Adhesive recognition sequences. J Biol Chem 1991;266:12809.)

847. 802 . Bioquímica de Harper
Colágena
S-S
QA
Talina
Vinculina
Proteína de envoltura
de la cr-Actina
INTERIOR
Actina
Figura 57-5. Representación esquemática de la fibronectina
interactuando con una integrina receptora de fibronectina si-
tuada en el exteriorde la membrana plasmática de una célula
de la matriz extracelular, y de varias proteínas de fijación
interactuando indirectamente o directamente con un micro-
filamento de actina en el citosol. Para simplificar, las proteínas
de fijación son representadas como un solo complejo.
-laminina,
entactina y colágena tipo IV-, y el
glucosaminoglucano (GAG) heparina o e1 heparán
sulfato. Estos componentes soli sintetizados por 1as
células subyacentes a la lántina.
La laminina (de casi 850 kDa y 70 nm de longi-
tud) se compone de tres cadenas polipeptídicas
alargadas (A, B, y B.), unidas para formar una estruc-
tura cruciforme elongada. La laminina posee sitios de
r.rnión para 1a colágena tipo Td para la heparina, y para
Ias integrinas de la superficie celular. La colágena inter-
actúa con la laminina (en lugar de l.racerlo directamente
con la superficie celular)" la cual a su vez interactira
con las integrinas o con otros receptores de laminina;
de esta manera se ancla la lámina a las células. La
entactina, tambiát conocida como'hidógeno", es una
glucoproteína qlre contiene una secuencia RGD, se une
a la laminina, y es un factor de frjación celular de gran
in.rportancia. La 1ámina basal relativamente gruesa del
glomérulo renal desempeña una impoftante función en
la filtración glomerular, puesto que regula el paso
de moléculas grandes (la mayoría proreínas plasmá-
ticas), a través de1 glomérulo hacia el túbulo renal. La
membrana glornerr.rlar permite el paso de pequeñas
nToléculas como 1a inulina (5.2 kDa), tan facilmente
como si se tratara de agua. Por otro lado, sólo una
pequeña cantidad de la proteína albúmina (69 kDa)
-la
proteína plasmática principal , puede pasar a
(Capítulo 57)
través del glomérulo. Esto podría explicarse por dos
hechos: l) Los poros de la membrana glomerular son
lo suficientemente grandes como para permitir el paso
de moléculas de hasta 8 nm; y 2) la albúrmina es más
pequeña que dichos poros, pero se evita su filtración
debido a la carga negativa del heparán suifato y ciertas
glucoproteínas que contienen ácido siálico. presentes
en la lámina. Estas cargas negativas repelen a la albúmi-
na y a la mayoría de las proteínas plasmáticas, las cuales
están cargadas de forma negativa al pH sanguíneo. La
estructura nonnal de1 glomérulo puede dañarse grave-
mente en cieftos tipos de glomérulonefritis (p. ej.. cau-
sadas por 1a acción de anticuerpos directamente contra
varios componentes de la membrana glomerular). Esta
condición altera los poros, así como la cantidad y dis-
posición de las macromolécuias con carga negativa
antes ref-eridas, por 10 que cantidades relativamente
grandes de albúmina (y otras proteínas plasmáticas)
pueden filtrarse hacia la orina, lo que resultaría una
albuminuria grave.
Los proteoglucanos son proteínas que poseen gluco-
saminogiucanos unidos en forma covalente entre sí.
Un gran número de ellos ha sido identificado; se les
ha dado nombres como sindecano, betaglucano, sergli-
cina. perlecano, agrecano, versicano, decorino, biglu-
cano y fibromodulina. Estos compuestos pueden va-
riar en cuanto a su distribución tisular. naturaleza de
la proteína central, su función y los glucosaminoglu-
canos frjados a ellos. Las proteÍnas que se unen en
lorma covalente a los glucosaminoglucancls son lla-
madas
ooproteínas
centrales"; existe una gran difi-
cultad para aislarlas e identificarlas con precisión, pero
el uso de la tecnología del DNA recombinante ha co-
menzado a revelar información importante respecto a
su estructura. La cantidad de carbohidratos de un pro-
teoglucano es, por 1o común, mucho rxayor que la
encontrada en una glucoproteína, y puede compren-
der hasta el 95oAde supeso. Las figuras 57-6 y 57 7
muestran la estructura general de un proteoglucano.
en particulaq el agrecano, que es el tipo principal en-
contrado en el cartílago. El agrecano es muy grande
(casi 2 r 10r kDa), y su estructura en conjunto, se ase-
rneja a un escobiilón. Posee una cadena larga de ácido
hialurónico (un tipo de GAG) a la cual se unen las
proteinas mediante enlaces no covalentes. A su vez,

848. Lct ntaÍríz exlrecelulttr .
803
+++++++'hh,l.3
hltfif¡i't't+++'r.3
---
Acido h¡alurónico
Proteína de unión
Queratán sulfato
Condroitín sulfato
Proteína central
Figura 57-6. Micrografía electrónica de campo obscuro de un
agregado de proteoglucanos, en el cual las subunidades de
proteoglucanos y el esqueleto filamentoso se encuentran bien
extendidos. (Reproducida con autorizac¡ón de Rosenberg L,
Hellman W, KleinchmidtAK: Electron microscopic studies of
proteoglycan aggregates from bovine articular cartilage. J
Biol Chem 1975:250:1877.)
es'tas últimas interactíran de fbrma no covalente con
las proteínas cetltrales, que se proyectan desde 1as cade-
nas de otros GAG (queratán sulfato y condroitín
sulfato, en este caso). Cuando se discuta 1a composi-
ción del cartílago se darán más cietalles sobre esta
macroinciécula.
Eristen por lo ntenos siete glucosaminoglucanos
(G.A.G): ácido hialurónico, condroitín sulfato, queratán
sulfato I y lI, heparina, heparán sulláto, y dermatán
sulfato. Un GAG es r"rn polisacárido no rarnificado
constituido por secuencias repetidas de disacáridos,
donde uno de los componentes siempre será un
aminoazúcar (de ahí e1 nombre de GAG). pudiendo
ser D-glucosamina o D-galactosarnina. El otro compo-
nente de la secuencia repetida de disacáridos (excepto
en el caso del queratán sulfato), es uli ácido uróuico,
que puede ser el ácido L-glucorónico (GlutJA) o su
5'-epimero, el ácido t--idurónico (ldUA). Con ia ex-
cepción del ácido hialurónico, todos los GAG poseerl
grupos sulfato, como O-ésteres o como N-sulfato (en
la heparina y el heparán sulfato). E1 áci<io hialurónico
representa otra excepción, puesto qu-e no hay una evi-
Subunidades
Figura 57-7. Representación esquemática del proteoglucano
agrecano. (Reproducida con autorización de Lennaz WJ:
The Biochemistry of Glycoproteins and Proteoglycans.
Plenum Press, 1980.)
dencia clara indicativa de que este compuesto se una
de forna covalente a laproteína,tal como señala la de-
finición de un proteoglucano, antes especificada. Tanto
los GAG como ios proteoglucanos han mostrado gran
dif,cultad para su estudio, debido a su complejidad.
No obstante, son componentes fundamentales clel
hialoplasma (del inglés ground substance, sinónimo
dematnz extracelular), y desempeñan una gran varie-
dad de funciones biológicas, además de participar en
muchos procesos patológicos, por 1o que el interés
en ellos sigue creciendo.
La biosíntes¡s de Ios
glucosaminoglucanos involucra
la fijación a las proteínas del núcleo
central, la elongación y la terminación
de la cadena
A" Fijación a las proteínas del nircleo central
La unión entre los GAG y sus proteínas centrales, ge-
neraimente, es de tres tipos.
L. Un enlace O-glucosídico entre la xilosa (Xil) y
la serina; un enlace único de los proteoglucanós.
E,ste enlace se produce por la transferencia de
un residuo de xilosa haciala serina para formar
UDP-xilosa. Después se adicionan dos residuos

849. 804 " Bioquímica de ÍIar¡1er
(Capítulo 571
de galactosa al residuo de xilosa, para formar un
trisacárido de unión, el Gal-Gai-Xii-Ser. E1 ere-
cimiento posterior de la cadena del GAG tiene
lugar en la Gal terminal.
2. Se lbrma un eulace O-glucosídico entre GalliAc
(,\:acetilgalactosamina) y Ser (Tr) (figura 56-1
fal),
presente en el queratán sulfato II. Este enlace se
fbmia por la recepción de un residuo GalNAc
por parte de la serina (o treonina), utilizando al
IJDP-GaINAc como donador.
3. LIn eniace de N-glucosiiamina entre GIuNAc (1/-
acetilglucosamina) y el nitrógeno antida de la as-
paragina (Asn)" como se encuentra presente en
las gltrcoproteínas formadas por enlaces N (fi-
gira 56-1[b]). SLr síntesis, al parecer, inrplica la
intervención del dolicol-P-P-oligosacárido.
La síntesis cle las proteínas centrales se lleva a
cabo en el retículo endoplásmico, y 1a lbrmación
de algunos de los enlaces antes mencionados,
también se produce en este sitio. La mayorÍa de
los úrltimos pasos de la biosíntesis de las caclenas
de CAG y sus modificaciones subsecuentes, tie-
nen lugar en el aparato de Colgi.
B" Élongación de la cadena
Son utilizados azúcares de nucleóticlo arlecr_rados y glu-
cosiltransl-erasas altamente espec ífi cas localizadas en
el aparato de Golgi, para la síntesis de las cadenas de
oligosacáridos de ios GAG. Al
ilarecer, tiene L.Lgar la
relación: "una enzima. un enlace", como es el caso <je
algunos tipos de enlaces encontrados en las glucopro-
teínas. Los sistemas enzimáticos involucrados en la
elongación de la cadena son capaces de reproducir con
gran lidelidad los GAG rnás corlplejos.
C. Terminación de la cadena
AI parecer. ésta resulta de I ) sulfatación. en particrilar
de algunas posiciones de tros azitcares, y 2) crecimien-
to de la cadena de GAG en tbrma continua. alejándose
dei sitio de la r¡embrana donde ocure Ia catálisis.
D. M adificaciones subsec¿renfes
Después rle Ia formación de una cadena de GAG, tie-
nen lugar nunlerosas modificaciones químicas, como
la introcfi-rcción de grupos sulfato en GalNAc y otras
porciones, y la epimerización de residuos GIuLIA a
residuos IdUA. Las enzimas que catalizan la sulfata-
ción son denominadas sulfbtransferasas y r-rtilizan al
3'-ñsfoadenosina-5'-fosfbsuifato (FAFS, sLilfbto actir¡o).
comt¡ el donador de sulfato. Estas enzimas, localiza-
das en el aparato de Golgi, son altamente específicas:
distintas enzimas catalizan la sullatación en posicio-
nes dilerentes (p. ej., carbonos 2.3,,i y 6) de los azír-
cares receptores. Una epimerasr¡ ¡:ataliza ia conver-
sión del glucuronilo a resid¡-ros de iduronilo.
Los glucosam¡noglucanos muestran
diferencias muy sut¡les en su estructura
y poseen una distribución característ¡ca
Los siete GAG antes mencionados difieren entre sí en
cuanto a las características siguientes: composición del
aminoazicar; composición del ácido urónico; enlaces
entre estos componentes; longitud de la cadena de disa-
cáridos; presenbia o ausencia de grupos sulfato y sus
posiciones de fijación a los azúcares constituyentes;
tattraleza de las proteínas centrales a las cuales se
fijan; naturaleza de su enlace a la proteína central; dis-
tribución tisular y subcelular, y funciones biológicas.
Las estructuras (figura 57-8) y la distribución de
cada GAG, serán discutidas en forma breve. Las ca-
racterísticas principales de los siete GAG se resumen
en el cuadro 57-6.
A. Ácido hiaturónico
El ácido hialurónico se compone de una cadena no
ramificada de unidddes repetidas de disacáridos que
poseen GIuUA y GluNAc. El ácido hialurónico está
presente en bactenas y está distribuido de forma ex-
tensa en muchog anirnales y tejidos, incluyendo el
líquido sinoviai , el humor vítreo del ojo, cartílago y
tejidos conjuntlvos laxos"
B. Condroitín sulfato (condroitín 4-sulfato
y condroitin 6-sulfato)
Los proteoglucanos unidos al condroitín sulfato median-
te el enlace Xil-Ser O-glucosídico, son componentes
fundamenrates del cartílago (ver después). La secuen-
cia repetida de disacáridos es semejante a la encontrada
en el ácroo hialurónico, constituida por GluUA, pero
con la sustitución de GluNAc por GalNAc. La GalNAc
tiene las posiciones 4' o 6' sustituidas con sulfato, en
la proporción de un sulfato por cada unidad de
disacarido, aproximadamente.
C. Queratán sulfato I y ll
Como se muestra en la figura 57-8, los queratán
sulfatos I y II se componen de unidades repetidas del
disacárido Gal-GluNAc, sulfato fijado a la posición
6' de la GluNAc, o, de forma ocasional, a ia galactosa.
El tipo I se encuentra en forma abundante en Ia cómea,
y el tipo II se encuentra junto con el condroitín sulfa-
to, fijado al ácido hialurónico en el tejido conjuntivo
laxo. Los tipos I y II se pueden frjar de varias formas
distintas a 1a proteína (figura 57-8).
D. Heparina
La secuencia repetida de disacáridos está constituida
por glucosamina (GluN) y cualquiera de los dos tipos
de ácido urónico (figura 57-9). La mayoría de los gru-
pos amino de los residuos GluN están N-sulfatados.

850. La mafriz extrucelulor ' 805
Ácido hiaturónico,
[''!
GluuA
9t't
r GluruRc l5 ctruA
F''t
t GluNAc
P]f-
condroitín sulfatos:
P1'ar
GluuA
F1'L
GalNAc
01'at
GluuA
F'''*
6¿¡ E - oal -L x¡l i-* sut
I
Sulfato 4'o 6'
Queratán sulfato
lyll:
Heparina y
heparán sulfato:
"¡'n)
. GluNAc -l-+-
Asn (queralán sulfato l)
"'§P'--
-LolulucLi;oat -B 6¡uNAci5 cal>-
I I
'--ii
6-Sulfato 6-Sulfato
",GatNAc-L+-Tre
(Ser) (queratán su¡fato ll)
I
Gal-NeuAc
6-Sulfato
'l1at ¡¿g4Í$,-Jtrru-''0, GtuuAPl'a> ctuNAc'1'a> g¡gtj¡]56¿¡ !1!cal
P''o>
Xit l+ser
zlsrrtut" so" o Ac
Dermatánsulfato: II!¡6¡¡ "1'3r oulNn"
p'**
cluun-!'s,rGalNAc
F1'a>
GIuUA
É1'3>
Gal
P''3t
Gal
P''at
xil -f-+-ser
I
2-Sulfato 4-Suifato
Figura 57-8. Resumen de la estructura de los glucosaminoglucanos y su fijación a la proteÍna central correspondiente. (GiuUA,
áJdo o-glucorónico: ldUA, ácido r-idorónrco, GluN, D-glucosamina; GalN, o-galactosamina; Ac, aceiilo; Gal, o-galactosa, Xil,
o,xllosa; Ser, r-serina; Tr, rtreonina: Asn, r-asparagina; Man, D-manosa; NeuAc, ácido A/-acetilneuraminico.) Las estructuras
simplificadas son representaciones cualitativas y no reflejan, por ejemplo. la composiciÓn del ácido urónico de glucosa-
minoglucanos híbridos, como la heparina y e1 dermatán sulfato, los cuales se componen tanto de ácido o-glucurónico como
r-iduiónico. No debe asumirse tampoco, que los sust¡tuyentes indicados están sien-lpre presentes; por ejempio, mieniras que
la mayoría de los residuos de ácido idurónico en la heparina llevan un grupo 2'-sulfato, una cantidad mucho más pequeña de
estos residuos están sulfatados en el dermatán sulfato. Se muestra la presencia de trisacáridos de unión (Gal-Gal-Xil) en los
condroitín sulfatos, heparina y dermatán sulfato. (Ligeramente modificado y reproducido. con autorización, de Lennarz WJ:
The Biochemistry or Gtycoproteins and Proteglycans. Plenum Press. 1980.)
pero sólo unos pocos están acetilados. La GluN tam-
bién tiene un éster de sulfato en Co.
Aproximadamente 90o¿ de los residuos de ácido
urónico son IdUA. Inicialmente. todos los ácidos uró-
nicos son GluUA, pero una 5'-epimerasa convierte
90%o, aproximaclamente. de los residuos de GIuUA a
IdUA, después de haberse lormado la cadena del
polisacárido. La molécu1a de proteína del proteoglu-
cano heparina es única, puesto que está compuesta por
residuos de glicina y serina, exclusivamente. Alrede-
dor de dos tercios de los residuos de serina contienen
GAG, y son de 5 a 15 kDa; sólo ocasionalmente llegan
a ser mayores. La heparina se encuentra en 1os gránLt-
los de 1os mastocitos y tambiéri en el híg:ado, pr-rlmón
y piel.
E. Heparán sulfato
Esta rnolécula está presente en la superficie extracelular
de rnuchas células en fbrrna de un proleogltlcano. Este
colxplresto posee GluN con muy pocos N-stllfatos a
AH
^c
ost
osil
Haparina
Heparán sulfato
Dermatán Sulfato
GlcNac. GIcUA
GalNAc, GIcUA
GlcNac, Gal
GlcNac, Gal
GlcN. ldUA,
GlcN, GIoUA
GalNac, ldUA, (GlcUA)
Nill
GalNAc
GlcNAc
lgual al QS I
GlcN
GlcN
IdUA
GLcN
GalNAc
IdUA
Xil-Ser;agrupado con AH mediante
proteinas de unión
GluNAc-Asn
GalNAc-Tre
Ser
Xil-Ser
Xil-Ser
conectivo laxo
Cartílago, hueso, córnea
Córnea
Tej¡do conjuntivo laxo
Células madres
Fibroblastos de piel, pared aórtica
Ampl¡a d!stÍibución
Cuadro 57-6. Propiedades principales de los glucosam¡noglucanos
-
El sulfato se fija a muchas posiciones de los azúcares indicados (figura 57)-7

851. 806 . Bioquímica de Harper
(Capítulo 571
¡-o. rr lo
-,qJ".fu)-
OH
IdUA
Figura 57-9. Estructura de la heparina. La sección de polímeros ilustra las caracterísiicas estructurales típicas c1e la lreparina:
sin embargo, la secuencia repetida de muchas unidades de disacáridos ha sido seleccionada de forma arbitraria. Además.
pueden existir residuos de glucosamina con enlaces O no sulfatados o 3-O-sulfatados. (Modificadu ,uaiOrjráu y reproducida
con autorización, de Lindahl u et al.: structure and biosynthesis of heparin-like polyssácharides. Fed erot toTz;sb:to.¡
comparación de la hepari:na, y a diferencia de la
heparina el heparán sulfato tiene como ácido urónico
predominante al GluUA.
F. Dermatán sulfato
Esta sustancia tiene una distribución extensa en los
tejidos animales. Su estructura es semejante a la del
condroitin sulf'ato, excepto que en higar de GITLUA
unido a GalNAc rnediante un enlace
B-1,3,
posee Lrn
IdUA unido a GalNAc a través de un enlace a.-1 ,3. La
formación de iclUA se r:ealiza, como en el caso de la
heparina y del heparán sulfato, mediante la 5'-epi-
merización de GluNA. Debido a que este proceso es
regulado por el grado de sulfatación, la cual es incom-
pleta, el dermatán sulfato posee tanto disacáridos
IdUA-GalNAc corno GIuUA-GalNAc.
Deficiencias en las enz¡mas
que degradan a Ios
g¡ucosaminog¡ucanos
producen mucopol¡sacaridosis
Tanto las endo como las exoglucosidasas degradan
glucosaminoglucanos. A1 igual que la mayoria de otras
biomolécuias, los GAG están suietos a.recambio, du-
rante e1 cual son sintetizados y degradados de forma
continua. En los tejicios adultos, ios CAG generalmente
muestran un recambio lento con una vida media que
puede variar desde días hasta semanas.
El entendimiento de las vías de degradación de
los GAG, como en el caso de las glucoproteínas (ca-
pítulo 56) y de los glucoesfingolípidos (capítulo 26),
se ha incrementado de forma considerable gracias ai
descubrimieoto de ciertas deficiencias enzimáticas
específicas. Cuando están comprometidos los GAG,
estos errores innatos del metabolisrno son llamados
mucopolisacaridosis (cuadro 57 7).
La degradación de los GAC es llevada cabo por
una serie de hidrolasas lisosomales, las cuales incluyen
algunas endoglucosidasas, y muchas exoglucosidasas
y sulfatasas, que generalmente actúan en secuencia para
clegradar ios glucosan.rinoglucanos. Un gran número
de elias se indican en el cuadro 57-7.
CH.OSO;
,fo"
^/ \
L_J .]/-"
HNSO;
GluN
CH,OSOJ
lo "r[l /-o',
(n-- ) o (^,, )
'Y'J
-IY./
tl
OSO, HNSO
IdUA GiuN
cHroso;
HNSO; oH
GluN Glul.JA
H NAc
GluNAc
Las mucopolisacaridosis compafien una misma
etiología, como se ilustra en la figura 57,10. Estas
condiciones se heredan de manera autosómica recesir. a.
siendo el síndrome de Hr-lrler
¡, el de Hunter los elue
hasta la fecha han sido estLrdiados más cuidadosamen-
te. Ninguno de los dos es común. Eri algunos casos. se
puede obtener una historia familiar de alsrjnas
mucopolisacaridosis. Las investigaciclnes cle libo."-
torio dirigidas de fbrma específica que halt sido cle
ayLrda para su diagnóstico. son las pruebas de orina.
donde se busca la presencia de cantidades elevadas de
giucosamir.roglucanos, y el ensayo de enzimas sospe-
chosas en gióbulos blancos, f-lbroblastos o á vecu-s. er
e1 suero. En aigunos casos, se rcaltza biopsia de teji-
dos en la cual se detectan acumulaciones de CAG.
mediante ia electrofbresis. Cada vez se dispone de r¡ás
pruebas de DNA. El dragnóstico prenatal puede reali-
zarse utilizando células amnióticas o la biopsia de
r ellosidades corióuicas.
E,l término "mucolipidosis,, fue empleado para
clenotar la presencia de enfermedades que combinan
rasgos comunes, tanto para las mucopoiisacaridosis.
collro para las esfingolipidosis (capítulo 26). En el cua-
dro 5l-7 se enlistan tres mucolipidosis. En la sialidosis
(mr-rcolipidosis l, ML-l). muchos oligosacáridos deri-
vados de glucoproteínas y ciertos gangliósidos se
pueden acumular en los tejidos. La enfermedad de la
célula-I (ML-ll) y la polidistrofia pseudo-Hurler
(ML-ID se describen en el capítr-rlo 56. El término
'lnucolipidosis" permanece, por sLl uso tan extenso en
ia práctica clínioa, pero no es del todo adecua<lo para
estas dos últimas enfe¡medades, puesto que su meca-
nismo causal implica la localización errónea de ciertas
enzimas lisosomales. Los defectos genéticos del
catabolisr¡o de las cadenas de clligosacáridos que for-
man parte de glucoproteínas (p. ej., manidosis,
fucosidosis) tar¡bién se describen en etr capítulo 56.
La rnayoría de estos defectos se caracterizan por un
aumento en la excreción de muchos fragmentos de glu-
coproteínas en la orina, 1os cuales se acumulan debido
a un bloqueo metabólico, como en el caso de muco-
lipidosis.
La hialuronidasa es una enzima de gran impor-
tancía en el catabolismo de1 ácido hial¡,rrónico y del

852. Mucopolisacáridos
Hurler, Scheie, Hurler-Scheie
(MrM 2s2800)
Hunter (MlM 309900)
Sanfilippo A
(MrM252900)
Sanf¡lippo B
(MrM 252920)
Sanfilippo C
(MrM 252930)
Sanfilippo D
(MrM 252e40)
Morquio A
(MrM 253000)
Morquio B
(MrM 253010)
Maroteaux-Lamy
(MrM 253200)
Sly (MlM 253220\
Nombre
Mucolipidosis
Sialidosis
(MrM 256550
)
Cuadro 57-7. Defectos bioquímicos y pruebas diagnóstica
de las mucopolisacaridosis (MPS) y mucolipidosis (ML)*
Otra
denominaciónt'+
Metabol¡tos urinar¡os
Dermatán sulfato, heparán sulfato
Dermatán sulfato, heparán sulfato
Heparán sulfato
Heparán sulfato
Heparán sulfato
Heparán sulfato
Queratán sulfato, condroitín 6-sulfato
Oueratán sulfato
Dermatán sulfato
Dermatán sulfato,heparán sulfato, condroi-
tín 4-sulfato, condro¡tín 6-sulfato
Fragmentos de glucoproteína
Fragmentos de glucoproteína
MPS IIIC
MPS IIID
MPS IVA
MPS MB
MPS VI
MPS VII
MPS II
MPS IIIA
MPS IIIB
MLI
ML II
0-L-lduronidasa
Uuronato sulfatasa
Heparán sulfato N-sulfatasa
(sulfamidasa)
d-N-Acet¡ lglucosami nidasa
Acetiltransferasa
N-Acetilglucosamina 6'sulfatasa
Galactosam¡na o-sulfatasa
p-Galactos¡dasa
N-aceti lgalactosami na 4-sulf atasa
(arilsulfatasa B)
F-Glucuron¡dasa
Fragmentos de glucoproteína
*
Modificado y reproducido, con autorización, de DiNatale B Neufeld EF: The biochemical diagnosis or mucopolysaccharidoses,
mucolip¡doses and related d¡sorder. ln: Perspectives in lnher¡ted Metabolíc Diseases, vol 2. Barr B et al. (editores). Ediciones
Ermes (Milán), 1979
r Fibroblastos, leucocitos, tejidos, células del líquido amniótico o suero, pueden ser ut¡lizados para el estudio de muchas de las
enzimas anteriores. Los pacientes con estos trastornos muestran una gran variedad de hallazgos clín¡cos que pueden iñclu¡r
nubes corneales, retraso mental, rig¡dez articular, anomalías cardíacas, hepatoesplenomegalia y talla baia, dependiendo de la
enfermedad específica y su gravedad
+
El término MPS V ya está en desuso. La existencia de MPS Vlll (sospecha de deficienc¡a de glucosamina 6-sulfato; MIM 253230)
no ha sido confirmada. Ha sido reportado al menos una caso de def¡ciencia de hialuronidasa (MPS lX;MlM 601492).
condroitín sulfato. Es una endoglucosidasa de amplia
distribución, que rolnpe enlaces hexosaminídicos. A patir
del ácido hialurónico la enzima genera un tetrasacárido
con ia estructura (GluUA-B- I ,3-GluNAc-B-
1 ,4).. que
puede ser degradado posteriomrente por una B-gluco-
ronidasa y p-/y'-hexosaminidasa. De fon a soryrenden-
te, sólo un caso de deficiencia genética aparente de
esta enzima ha sido repoftado.
Enfermedad de la célula-l
(MrM 252500)
Polidistrof ia pseudo-Hurler
(MrM 252600)
Figura 57-10. Esquema simplificado de las causas de muco-
polisacaridosis, como el síndrome de Hurler (MlM 252800),
en el cual la enzima afectada es Ia o-r-iduronidasa. La mar-
cada acumulación de los GAG en los tejidos mencionados
en Ia figura, puede ocasionar hepatomegalia, esplenome-
galia, trastornos del crecimiento, facies, facies grotescas y
retraso mental, respect¡vamente.
Sialidasa (neuram¡n¡dasa)
Udp-N-aceti lglucosamina: gltcoproteina
N-aceti lg lucosamini lfosfotransferasa.
(hidrolasas ácidas, por lo que carecen
de res¡duos de fosfomanosil.)
lgua¡ que para ML ll, pero la deficiencia
es incompleta
Como se indicó antes. 1os proteoglucanos son molé-
culas muy complejas que existen en todos 1os tejidos
del organismo, principalmente en la matriz extrace-
lular o "hialoplasma", donde se asocian entre sí y con
los otros componentes estructurales importantes de la
Mutación(es) de un gen que codifica una hidrolasa
l¡sosomal involucrada en la degradación de uno o más GAG
Acumulación del sustrato en muchos te,idos, incluyendo
hígado, bazo, hueso, piel y sistema nervioso central
La matriz extracelular .
807

853. BA8 . Bioqttímica de fTarper
rnatriz, colágena y elastina, de manera muy específi-
ca. Algunos proteoghicanos sL'enlazan a la colágena y
otros a la elastina. Estas interacciones son fundamen-
tales para determinar la organización estructural de la
matriz. Algunos proteoglr-rcanos, por ejemplo el deco-
rino, pueden eniazarse a factores dei crecimiento comt-l
el TGF-p (capítulo 62), modulando sus efectos sobre
las células. Además" algr-rnos de ellos interactúan con
ciertas proteínas de adhesión, como la fibronectina o
la iaminina (véase antes), también presentes en la ma-
triz. Los GAC de los proteogiucanos son polianiones
que f'acilitan su unión a policationes y a cationes como
Na' y K*. Debido a esta propiedad, los GAG atraen
agua, por presión osmótica. al interior de la mafriz
extracelular, y oontribuyen a sn turgencia. Los GAG
también se gelifican a concentraciones relativamente
bajas. Debido a la naturaleza extendida y larga de las
cadenas de polisacáridos de los GAC y a su capaci-
dad para convertirse a gel, los proteoglucanos pueden
actuar como filtros, restringiendo el paso de grandes
moléculas hacia la matriz extracelular, pero a1 nrismo
tiempo, permitiendo la libre difusión de moléculas
pequeñas. De nuevo, debido a su estructura extensa y
a los enormes agregados macromolecuiares que llegarr
a fomrar. los proteoglucanos ocupan un gran volumen
en la matriz, en comparación con las proteínas.
A. Algunas funciones de GAG
y p roteo g I u c a n a s específrcos
El ácido hialurónico se encuentra, en particular, en
altas concentraciones en los tejidos embrionarios, y
se piensa que desempeña una función importante, ai
permitir la migración celular durante la morfogénesis
y reparación de heridas. Su capacidad para atraer agua
hacia la matriz extracelula¡ haciéndola más laxa, po-
dría ser de gran trascendencia al respecto. Las altas
concentraciones de ácido hialurónico y de ambos 1i-
pos de condroitín sulfato presentes en el caúílago,
contribuyen a su compresibilidad (véase después).
Los dos tipos de condroitín sulfato se localizan
en sitios donde se lleva a cabo la calcificación del hueso
endocondral, y también en e1 cartílago. Se localizan,
asirnismo, dentro de algunas neuronas y pueden cor:r-
ferir una estructura endoesquelética que ayuda a
mantener su forma.
Tanto el queratán sulfato I como el dermatán
sulfato están presentes en la cómea. Ambos se locali-
zan entre las fibriltras de colágena y desempeñan una
función fundamental en la transparencia comeal. Los
cambios en Ia composición de los proteoglucanos iden-
tificados en las cicatrices corneales, desaparecen
cuando la córnea ha sanado por completo. La presen-
cia de dermatán sulfato en la esclera, puede también
participar en la conservación de la forma general del
ojo. El queratán sulfato I también está presente en el
carlí1ago.
La heparina es un anticoagulante de gran impor-
tancia. Se une a los f-actores IX y X[, pero su interaccióu
más in.rportante es con la antitrornbina plasmática III
(capítulo 59). La relación 1:1 de Ia uniórr de la trepanna
con esta proteína plasmática acelera la capacidad de
esta última para inactivar proteasas de seriila, en par-
ticular la trombina. La unión de la heparina a los resr-
duos de lisina de la antitrombina III parece induci¡ un
calnbio en la configuracién de esta última. el cual ta-
vorece su unión a las proteasas de serina. La heparina
también puede unirse de manera especíl'ica a la
lipoproteínlipasa presente en la pared capilar. ocasio-
nando la liberación de esta enzima a la circulación.
Algunos proteoglucanos (p. ej., heparán sulfato)
están asociados coll la membrana plasmática de las
células, coll sus proteínas centrales atravesando 1a
mem- brana. En dicha membrana, los proteoglucanos
pueden fungir como receprores y participar en la re-
gulación del crecimiento celular y en la comunicación
célula-célula. La f'rjación de las células a su sustrato
en cultivo es regulada, al menos parcialrnente, por el
heparán sulfato. Este proteoglucano tarnbién puede
encontrarse en la membrana basal del riñón, junto con
la colágena tipo lV y la larainina (véase antes), donde
desempeña una importante función en la determina-
ción cle la selectividad de carga eléctlica de la hltración
glomerular.
Los proteoglucaltos también pueden hallarse de
lorma intracelular como en el núrcleo: su función en
este organelo no ha sido dilucidada. Están presentes
en algunos gránulos de almacenamiento o secretores,
como los gránulos cromai-rnes de la médula adrenal.
Se ha postulado que los proteoglucanos pafiicipan en
la liberación del contenido de estos gránulos. En el
cuadro 57 8 se resumen las llumerosas funciones de
ios giucosaminoglucanos.
B. Su relación con enfermedades
importantes y con el envejecimiento
El ácido hialurónico puede tener una inten ención sig-
nificativa en la migración de células tumorales a través
de la matriz extracelular. Este tipo de células puede
inducir a los fibroblastos para que sinteticen grandes
cantidades de este GAQ facilitando, al parecer, su propia
dispersión. Algulras células tumorales tienen menor
cantidad de heparán suifato en sus superficies; éstapo-
dria ser la causa de la f'alta de adhesión de estas células.
La capa íntima de la pared afterial contiene ácido
hialurónico y condroitín sulfato, dermatán sulfato y
heparán sulfato. De éstos, el dermatán sulfato se une a
las lipoproteínas de baja densidad circuiantes en el plas-
ma. Adenlás, el dermatán sulfato parece ser el GAG
sintetizado en mayor cantidad por las células del múscu-
1o liso. Debido a que estas células proliferan en exceso
cuando hay lesiones ateroscleróticas en las arlerias, el
dermatán sulfato desempeña una función primordial
en el desamollo de la placa arterioesclerótiia.
(Capítulo 571

854. Guadro 57-8. Algunas funciones de los
glucosaminoglucanos y/o proteoglucanos*
. Actúan como componentes estructurales de la. matr¡z extracelular
(EC)
. Tienen interacciones específicas con !a colágena, elastina,
fibronectina, laminina y otras proteínas, como factores de cre-
cimiento
. Como polianiones, se unen a policationes y cationes
. Contribuyen a la turgencia característica de muchos tejidos
. Actúan como filtro en la matriz EC
. Facil¡tan la m¡gración celular (AH)
. lnteMenen en la capacidad de compres¡ón del cañflago durante
el soporte de peso (AH, CS)
. Participan en la transparencia comeal (OS ly DS)
. Poseen funciones eslructurales en la esclera (DS)
o Actúan como anticoagulantes (heparina)
. Son componentes de la membrana plasmática, donde pueden fun-
gir como receptoíes e intervenir en la adhesión celular y en las
interacciones célula-célula (p. ej., HS)
. Determinan la selectiv¡dad de carga eléctrica del glomérulo renal
(HS)
. Son componentes de vesículas sinápticas y de otro tipo (p. ei.,
HS)
-
AH, ácido hialurón¡co; CS, condroitín sulfato; OS l, queratán sulfato
l; DS, dermatán sulfato: HS, heparán sulfato.
La matriz extracelwlar 809
En muchos tipos de artritis, los proteoglucanos
pueden actuar como autoantígenos, contribuyendo de
esta manera al desarrollo de rasgos patológicos típi-
cos de estas condiciones. La cantidad de condroitín
sulfato en el caúílago disminuye con la edad, en tanto
que el queratán sulfato y el ácido hialurónico se incre-
mentan. Estos cambios pueden contribuir al desarrollo
de osteoartritis. Pueden observarse modificaciones
en la cantidad de algunos GAG en la piel durante el
envejecimiento, 1o cual sirve para explicar los cam-
bios de este órgano en los ancianos.
El hueso está compuesto de material orgánico e inor-
gánico. Las proteínas son el principal componer.rte de
la rnateria orgánica, en el cuadro 57 -9 hay una lista de
las más importantes. La colágena tipo I representa 1a
principal proteína en los huesos, constituyendo c1e 90
a 95% de la materia orgánica. La colágena tipo V
';am-
bién está presente en pequeñas cantidades, al igual que
Cuadro 57-9. Principales proteínas presentes en el hueso'
Proteínas
Comentarios
las protehas óseas totales. Compuesta de dos cadenas o1(t)yura o2(l).
Colágenas
Colágena tipo I i Aproximadamente 9o% de
Colágena t¡po V Componente menor.
Mezcla de muchas proteínas plasmát¡cas.
--,:-
I Contiene dos cadenas de GAG; presente en otros tejidos.
Proteínas no colágenas
Protei.las plasmáticas
Proteoglucarost
CS-PG l(biglucano)
CS-PG
!d*:iT) _ ]
":ntienen
una,cadena d:_919t:i"*"
""
ot.l*j¡9o".
T
CS-PG III
Proteha ósea PASRC+
(osteonectina)
Osteocalcina (proteína Gla
ósea)
Contiene residuos de y-carboxiglútamato que se unen a la hidroxiapatita. Especfiica de hueso
No especfiica de hueso. Glucosilada y fosforilada'
j Una familia (ocho o más) de proteíaas Secretadas con una variedad de acciones en el hueso;
muchas indLcen crec¡miento óseo ectópico.
Osteopontina
Sialoproteiqa ósea
Protei.las óseas mologenéticas
(PoM)
*
Muchas funciones han s¡do atribuidas a las proteinas no colágenas, incluyendo su participación en Ia mineralización; no obstante, la mayoría
de ellas aún se encuentra en un estado especulativo. PareCe poco probable que las proteínas no colágenas, que no son especñicas de
hueso, participen en la m¡neral¡zación. Un gian número de proteínas tamb¡én están presentes en el hueso, incluyendo la proteha acíl¡ca de
la matiiz rica bn Írosina (PAMRI), algunoslactores del crecimiento (p. ej., TGm)y hs enzimas implicadas en la síntesis de colágena (p. ej.,
lisil oxidasa).
tCS-PG,
condroitín sulfato-proteoglucano; éstos son semejantes a los dos PG dermatán sulfato (DS-PG) del cartfago (cuadro 57-12).
i
PASRC, proteína acilica secretáa y rica en c¡steina (del inglés secreted protein acidic and rich in cysteine, SPARC)
No especfiica de hueso.

855. 810 .
Bioquínica de Harper
(Capítuto 57)
un gran ¡úmero de proteínas que no son colágenas,
algunas de las cuales son específ,icas, relativamente, del
hueso. El componente inorgánico o mineral es básica_
mente la hidroxiapatita cristal ina (Ca,
u[pOa]u[OH]1),
junto con el sodio, magnesio, carbonato u iirurr-,.n,
aproxir.rradamente 99oA del calcio corporal sá encuentra
en el sistema óseo (capítulo 47). Lthidroxiapatita le
confiere al hueso Ia fuerza y resistencia necesuiiu, pu.u
llevar a cabo sus actividades fisiológicas.
El hueso es una estructura dinámica que está su_
jeta a ciclos continuos de remodelación, la cual consiste
en la resorción seguida dei depósito de nuevo tejido
óseo. Esta remodelación le permite al hueso adaptarse
a los cambios fisioiógicos (p. ej., aumentos en el peso)
y a ias señales horilonales.
_
Los tipos celulares principales que participan en
la resr¡rción y depósito óseos son los osteoblástos ,,
osteoclastos (figura 5j ll).Los osteoclastos interviJ-
nen en.la resorción, y los osteoblastos en el depósito
mineral óseo. Los osteocitos son descendienteshe los
osteoblastos, y al parecer, también participan en la
conservación de la matriz ósea, pero este aipecto no
se tratará aquí.
Los osteoclastos son células multinucleadas de_
rivadas de las céiulas hematopoyéticas pluripoten-
ciales. Los osteoclastos poseen un dominio apical de
membrana, mostrando un borde plegado que desem_
peña una función muy inrportante en la resórción ósea
(figura 57 12). UnaAlpasa rransportadora de protones,
expele protones a través del borde plegado hacia el
área de resorción, la cual es el microámbiente con pH
bajo, señalado en la figura. Esta enzima disminuye el
pH local hasta 4.0 o menos, incrementando asi la so_
lubilidad.de la hidroxiapatita y permitiendo que renga
lugar la desmineralización. Las proteasas lisásomales
ácidas son liberadas para digerir las proteínas de la
mal.riz, ahora accesibles. Los osteoblastos-células
mononucleares derivadas de los precursores pluripo_
tenciales del mesénquima-sintetizan la mayoria de las
proteínas presentes en el hueso (figura 57 é)" así como
varios factores de crecimiento y citocinas. Los osteo_
blastos son responsables del depósito de la nueva
matriz ósea (osteoide) y de su mineralización subse_
cuente. Estas células controlan la mineralización, al
regular el paso de los iones calcio y fosfato a través de
sus membianas superticiales; en dichas lnembranas
está presente la fosfatasa alcalina, una enzima que se
encarga de generar iones fosfato a partir de fosfatos
orgánicos. Los mecanismos implicados en [a minerali_
zación no han sido por completo comprendidos, pero
muchos lbctores intervienen en este proceso. La fbsfa_
tasa alcaiina contribuye a la mineralización, pero no
es suficiente, puesto que en los sitios de mineraiización
se han identificado pequeñas vesículas (vesículas de
la matriz) que contienen calcio y lbsfáto, aunque no
está muy claro la función que desempeñarr. Ai pare-
cer, la colágena tipo I es necesaria en el proceéo de
mineralización, ya que ésta se evidencia primero en
Osteoblasto
Osteoclasto Mesénquima Matriz (osteo¡de) recién formada
Osteocito I Matriz ósea
Figura 57-ll' llustración esquemática de las principales células presentes en er hueso membranoso. Los osteoclastos (color
más claro) sintetizan colágena tipo l, la cual forma Lna matnz que atrapa célulás. conforme esto ocurre, los osteoblastos sevan diferenciando, en forma gradual, hasta convertirse a ost-eociios. (Reproducida con autor¡zación de Junqueira LC, carneiroJ, Kelley RO: Baslc Histotogy, gthed.
Appleton & Lange,
.1995.)

856. La matríz exfracelular . 8l l
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Lrsosomas
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lH*l* uco"-
'x
/
i-:
,-'l^"
\,1
^
4
Capilar sanguíneo
Sección de la zona
c¡rcunferencial clara
lrlatriz ósea
Microamb¡ente con un pH bajo
y con enzimas l¡sosomales
Figura 57-12. llustración esquemática de algunos aspectos de la función de los osteoclastos en la resorción ósea. Las enzimas
lisosomales y los iones hidrógeno son liberados hacia el microambiente circunscrito creado por la unión entre ¡a matriz ósea
y lazona periférica clara del osteoclasto. La acidificación es ese espacio confinado, facilita la disolución del fosfato de calcio
del hueso y el pH es el óptimo para la actividad de las hidrolasas lisosomales. Entonces, Ia matriz ósea es removida. y los
productos de la resorción ósea son capturados por el citoplasma del osteoclasto, para que, posiblemente, sean digerdos y
transferidos hacia los capilares. La ecuación quÍmica mostrada en la figura se refiere a la acción de la anhidrasa carbónica ll,
descrita en el texto. (Reproducida, con autorización, de Juanqueira LC, Carneiro J, Kelly RO: Basic Histotogy, Bth ed. Appleton
& Lange, 1995.)
Ios resquicios entre cada molécula sucesiva de colágena.
Recientemente, la atención ha siclo enfocada en las
lbsfoproteínas acídicas, como la sialoproteína ósea,
que actúa como sitio de nucleación. Estas proteínas
poseen motivos (p. ej., prolongaciones poli-Asp y poli-
Glu) que seunen al calcio, yquepodrían proporcionar
el soporte inicial para la mineralización. Algunas ma-
cromoléculas, como algunos proteoglucanos y gluco-
proteínas, pueden tar.nbién fungir como inhibidores de
la nucleación.
Se ha estimado que 4%, aproximadamente, del
hueso compacto es renovado anualmente en el adulto
sano nomal, en tanto que aproxir.nadamente 20Yo del
hueso trabecular es sustituido.
Muchos factores están involucrados en la regula-
ción del metabolismo óseo (cuadro 57 10), algunos
estimulando o inhibiendo los osteoblastos, y otros es-
timulando o inhibiendo a los osteoclastos. Las
funciones de ios fáctores de crecimiento parecidos a
la insulina y de la homona del crecimiento, en e1 me-
tabr¡iismo óseo, se discr-rten en los capítulos 45 y 5 1, y
aquellas de la hormona paratiroidea y del calcitriol
(vitamina D 1,25[OH]r) en el capítulo 47.
Cuadro 57-10. Factores que afectan a los
osteoblastos y osteoclastos*,r
Estimulan a los osteoblastos
PTH
1,25-Dihidroxicolecalc¡ferol
T.,To
hGH, IGF-I
PGE,
TGFB
Estrógenos (¿?)
lnhiben a los osteoblastos
Corticoesteroides
Estimulan a los osteoclastos
PTH
1,25-D¡hidroxicolecalciferol
tl-l, lL-6
TNF
TGFcr
lnhiben a los osteoclastos
Calcitonina
Estrógenos (al inhibir la producción de lL-6)
TGFB
lFNcr
PGE,
*
Reproducido, con autorizac¡ón, de Ganong WF: R eview of Medi-
cal Physiology,17th ed. Appleton & Lange, 1995.
i
Las abreüaturas empleadas se explican en el texto.

857. (Capítulo 57)
vrL
[,lE
RE
OS TRASTORNOS
}ÓLICoS Y GENÉTIcoS SE
;roNAN coN EL srsrEMA óseo
[Jn gran número de ejemplos de trastomos metabólicos
y genéticos que alectan a 1os huesos se enlistan en el
cuadro 57 I 1. EI enanisrno se discute en el capitulo
45, y el raqr.ritisr.no, osteomalacia e hiperparatiroidismo
en ei capítulo ;17.
La nsteogénesis imperf'ecta (fragilidad ósea) se
caracteriza por una fragilidad anormal de los huesos.
Las escleras a rnenudo son anormahnente delgadas y
translúcidas, y pueclen presentar un tono azul debido a
la deficiencia de tejiCo conjr-rntivo. I{an sido identifi-
cados cuatro tipos de este trastorno (leve, extenso,
grave y i,ariabie); de los cuales, el segr-urdo tipo se
presenta en el recién nacido y es el rnás aparatoso.
Los niños aI'ectados pueden nacer con fracturas mirlti-
ples, y rara vez llegan a sobrevivir. Alrededor de 90%
de los pacientes con osteogénesis irrperfecta presenta
mutaciones de 1os genes COLIAI y COLIA2,los cua-
les codifican la cadena proul(l) y procr2(l),
respectivamente. Más de 100 mutaciones de estos dos
genes han sido documentadas e involucran deleciones
parciales y duplicaciones génicas. Otras mutaciones
afectan el empalme de1 RNA, y los tipos más comu-
nes resultan en el reemplazo cie glicina por otro
aminoácido cle mayor volumen, afectando así la for-
mación de la triple hélice. En general, estas mutaciones
terminan en un aumento de la expresión de colágena,
o en cadenas proo estructuralmente anormales, que se
reúnen en llbrillas también imperl'ectas, 1o que final-
mente resulta en un debilitamiento de la estructura ósea
global. Cuando está presente una cadena anormal, ésta
puede interactuar con dos cadenas nomales, pero no
lrabrá plegamiento, y por tanto, se degradarán enzimáttca-
mente todas las cadenas. Esto se conoce como "suici-
dio de procolágenas", y es un ejemplo de una mutación
negativa dominante, un resultado frecuente cuando una
proteína consta de multiples subunidades diferentes.
La osteopetrosis (enfermedad del hueso mármol),
caractertzada por un aumento en la densidad ósea, se
debe a la incapacidad para la resorción ósea. Una de
las formas de este trastorno se presenta con acidosis
tubular renal y calcificación cerebral. Es ocasionada
por mutaciones del gen (localizado en el cromosoma
8q22) que codifica 1a anhidrasa carbónica II (AC If),
una de las cuatro isozimas de ia anhidrasa carbónica
presente en los tejidos humanos. La reacci óncatalizada
por la anhidrasa carbónica es la siguiente:
til
CO, + 619 e HrCOr ++ H. + HCO.
La reacción II es espontánea. En los osteoclastos irn-
plicados en Ia resorción ósea, la AC II, al parecer,
aporta los protones necesarios para neutralizar los iones
Cuadro 57-11. Algunas enfermedades metabólicas
y genéticas que afectan hueso y cañílago
Enfermedad Comentarios
Enanismo A menudo se debe a una deficien-
cia de hormona del crecimiento,
pero t¡enen muchas otras causas.
Raquitismo Debido a deficiencia de ütamina D
durante la ¡nfancia.
Osteomalacia Debido a deficiencia de ütamina D
durante la adultez.
H¡perparatoroidismo Exceso de hormona paratiroidea
. ocasionando resorción ósea.
Osteogénesis imperfecto
(p. ej., MIM 166200)
: Debido a una granvariedad de mu-
, tac¡ones de los genes COLIA1 y
COL1A2 afectando la síntesis y
I estructura de la colágena tipo l.
Osteoporosis Por lo común, se debe a la post-
menopaus:a, o en algunos casos
es de evolución más lenta y rela-
cionada con la edad; pocos casos
son debidos'a mutaciones de los
ge^es COLI A1 y COL|A2,yposi-
blemente, del gen que codifica el
receptordeütamirE D (MlM 16671).
Osteoartritis
Muchas condrodisplasias
Síndrome de Pfeifier-
(MrM 100600)1
Pocos casos se deben a mutacio-
nes de los genes COLlA.
Deb¡do a müaciones de los genes
coLzAl.
Mutaciones delgen que cod¡fica el
receptor 1 del factor de crecimien-
to de fibrolastos (FGFR1).
i Mutaciones del gen que codifica
r FGFR2.
Síndrome de Jackson-Weis"
(MlM 123150)
y de Crouzon
(MlM 123500)1
Acondroplas¡"
(MlM 100800)
y d¡splasia tanatofóricat
(MrM 187600F
Mutaciones del gen que codifica
FGFR3.
*
Los síndromes de Pfeiffer, Jackson-Weiss y de Crouzon
son síndromes que presentan craneos¡nostosis; éste es
un término que denota una fusión muy prematura de las
suturas del cráneo.
i La displasia tanatofórica (G?. Thanatos "t¡uerte"; pherein
"soportar"), es la displasia esquelética neonatal más co-
mún, invariablemente mortal; se manifiesta mediante ras-
gos semeiantes a los presentes en Ia acondroplasia homo-
c¡gota.
OH- remanentes dentro de la célula cuando los iones
Ht son bonrbeados a través de los bordes plegados
(ver antes). Por tanto, si la AC II tiene una actividad
deficiente en los osteoclastos. no ocurrirá la resorción
ósea nonnai, y se desanollará osteopretrosis. El me-
canismo de la calcificación cerebral no es claro aún.
en tanto que 1a acidosis tubular renal refleja una acti-
vidad deflciente de la AC lI en 1os túbulos renales.
812 . Bioquímica de Harper

858. La osteoporosis consiste en ur.ra disminución pro-
gresiva generalizada de la masa ósea por unidad de
volumen, ocasionando debilidad ósea. La proporción
de elementos minerales a orgánicos, no se encuentra
modificada en el tejido óseo notmal restante. Tienen
lr-rgar fiacturas de muchos huesos, como [a cabeza del
fémur, por lo que la osteoporosis representa un con-
flicto grave tanto para los individuos afcctados como
para la sociedad en geueral. Algi-rnos de los factores
enlistados en el cuadro 57 10, cotro los estrógenos y
las interieucinas I y 6. al parecer, están íntimamente
involucraCos en la etiología de la osteoporosis.
Las proteinas principales que constituyen el carlilago
hialino (el carlílago de mayor imporlancia) se enlistan
en el cuadro 57 12. La colágena tipo il es la principal
proteina (f,rgura 57
.l
3), aunque también están presen-
tes otros tipos de colágena. Apaile de estos compo-
nentes, el cartílago elástico cotltiene elastina',r' el car-
tílago fibroelástico, colágena tipo I. El cartílago posee
un gran número de proteoglucanos, los cuaies desem-
l,a matriz extracelular ' 813
Cuadro 57-1 2. Principales proteínas presentes
en el cartílago
Proteínas Comenlar¡os
De 90 al 98% de la colágena total
del cartflago artigular. Com-
puesta de tres cadenas c I (ll).
Enlaces cruzados de la coláge-
na tipo lX a la tipo ll. La t¡po Xl
puede ayudar a controlar el
diámetro de las fibrillas t¡Po ll.
Proteínas no colágenas
Proteoglucanos
Agrecano
Proteoglucano no agre-
gante de gran tamaño
DS-PG l(biglucano).
DS-PG ll (decorino)
Condronectina
Ancorina C ll
Proteínas de colágena
Colágena tipo ll
Colágenas V, Vl, lX, X, Xl
Princ¡pal proteoglucano carlila-
g¡noso.
Presente en algunos tipos de
carlilago.
Parecido a! CS-PG I del hueso.
Parec¡do al CS-PG ll del hueso.
Puede intervenir en la unión entre
la colágena trpo ll y la suPer-
f¡cie cañilagincsa.
Puede unir la colágena tipo ll a
la supeñicie del condrocito.
*
Las proteínas centrales de DS-PG ly de DS'PG ll son homó-
logas a la de CS-PG ly CS'PG ll presentes en el hueso (cua-
dró 57-g). La posible expl¡cación es que los osteoblastos
carecen de la epimerasa necesaria para convertir el ácido
glucorónico al ácido idurónico, este último, presente en el
dermatán sulfato.
Acido hialurónico
- Ácido hialu¡'ónicc
-.1,
Í Ll
-/,:.
ri
Condrollin s: iaio
Proteína centÍa
Colágena (tipo ll)
/
?:t,
,,
,ii:*
a-1 ,
,",4.
Figura 57-13. Representación esquemática de la organización rnolecular de la matriz cartilag nosa Las proteínas de uniÓn
enlazan de forma no covalente a la proteína central (ólor más claro) de los proteoglucanos a las mo éculas lineales de ácido
hialurónico (color más obscuro). Las cadenas laterales de condroitín sulfato del proteoglucano se unen ce manera electrostática
a las fibrillai de colágena, formando una matriz de enlaces cruzados. El óvalo indica el área amplif cacia en ia parte inferior Ce
la figura. (Reproducidá con autorización de Junqueira LC. Carneiro J, Keiley RO: Baslc Histoicgy. Sth eC Appleton & Lange, 1995
Fibrilla de colágena
tipo ll
Proteína de

859. 8ll .
Bioquímicct de Horper
(Capítulo 57)
peñan una función primordial para su capacidad de
comprimirse. El agrecano (de casi 2 x lO3 kDa) es un
tipo principal de prcteoglucanos. Como se muestra en la
frgura 57-14, este compuesto posee una estructura n-ruy
compleja constituida por muchos glucosaminogiuca-
nos (ácido hialurónico, condroitín sr-rlfato y queratán
sulf-ato) y sirve para enlazar y unir a las proteínas cen-
trales. La proteína central posee tres dominios: A, B y
C. El ácido hialurónico se une de fonla covalente al
dominio A de la proteína central, así como a la proteí-
na de unión, la cuai estabiliza las interacciones entre
el hialuronato y la proteína central. Las cadenas de
queratán sulf'ato se localizan en el dominio B, en tanto
qr-re el condroitín sulfhto se localiza en el don-rinio C;
ambos tipos de glucosaminoglucanos se unen mediante
enlaces covalentes a la proteína central. Esta última
también contiene cadenas de oligosacáridos con enla-
cesOyN.
Los otros proteoglucanos encontrados en el carlí-
lago poseen eshucturas más simples que el agrecano.
La condronectina participa en la fijación de la
colágena tipo II a los condrocitos.
El carlílago es un tejido avascular que obtiene la
mayoría de sus nutrientes del líquido sinovial. E1 car-
tílago está sujeto a un recambio lento pero continuo.
Muchas proteasas (p. ej., colagenasas y estromalisina)
sintetizadas por los condrocitos, pueden degradar
colágena y otras proteínas presentes en el cartílago.
La IL-1 y el TNFtr parecen estimular la prociucción
de estas proteasas, en tanto qr-re ei TGFp y el IGF-1,
por lo común, muestran una influencia anabólica so-
bre el cartílago.
LAS BASES MOLECULARES DE LAS
CONDROPLASIAS INCLUYEN
MUTACIONES DE LOS GENES QUE
COD¡FICAN LA COLÁCENE flPO I¡
Y LOS RECEPTORES DEL FACTOR
DE CRECIMIENTO DE FIBROBLASTOS
Las condroplasias son un grupo mixto de trastomos
hereditarios que afectan el cartílago, y se manifiestan
como un enanismo de extremidades cortas y numero-
sas deformidades esqueléticas. Muchas de ellas se deben
a una gran variedad de mutaciones del gen COL2A|,
conduciendo a formas alormales de la colágena tipo II.
Un ejemplo es el síndrome de Stickler, manifestado
por la degeneración del cartílago aficular y del cuerpo
vítreo ocular.
La condroplasia mejor conocida es la acondro-
plasia; ésta es la causa más común de enanismo de
extremidades cortas. Los individuos afectados presen-
tan extremidades muy cortas, tronco de tamaño normal,
macrocefalia y una gran variedad de anomalías es-
queléticas. Este trastorno es con frecuencia heredado
de manera autosómica dominante, pero muchos casos
son ocasionados pornuevas mutaciones. Labase molecu-
lar dela acondroplasia se muestra en la figura 57_15.
Dominio A Dom¡nio B Dominio C
\proteína
de unión
-
Ácido hialurónico


o,,no.u.r),oo,o.,,oo

por enlaces N
\
iJ \
:1
\

Proteina

central
Queratán
sulfato
Condro¡tín
sulfato
Oligosacárido formado
por enlaces O
Figura 57-14. Diagrama esquemát¡co del agrecano extraído del cartílago nasal bovino. A Ia izquierda se muestra una cadena
de ácido hialurónico La proteína central (de casi 2lO kDa) posee tres d'ominios principales. El iominio A, interactúa, a través
de su extremo amino terminal, con cinco disacáridos repetidos del hialuronato. La proteina de unión, interactúa en el hialuronato
y con el dominio A, estabilizando sus rnteraciones. Aproximadamente 30 cadenas de queratán sulfato están unidas, vía
un¡ones GalNAc-Ser al dominio B. El dominio C posee casi 100 cadenas de conclroitín suliato unrdas mediante enlaces Gal-
Gal-Xil-Ser. y alrededor de 40 cadenas de oligosacáridos unidas por enlaces o. Una o más cadenas de glucanos unidos por
enlaces N han sido halladas cerca de la termil,al carboxilo de la proteína central. (Reproducida con autoilzación de Mora LA
el al. Biochem¡stry, 2ndNeil Patterson publishers,
1994.)

860. La mafriz exÍracelulor . 8l5
Figura 57-15. Esquema simplificado de las causas de acon-
droplasia (MlM 100800). En la mayoría de los casos estudiados
hasta la fecha. la mutación ha consistido en una transición
de G a A en el nucleótido 11 38. En pocos casos, la mutación ha
sido una transversión de G a C en el mismo nucleótido; este
último es un "sitio ideal" para las mutaciones. Ambos tipos
de mutaciones resuitan en el reemplazo de un residuo de glicina
por uno de arginina en ei segmento de transmembranal del
receptor. Se han reportado muy pocos casos que impliquen
el reemplazo de glicina por cisteína en el codón 375.
La acondroplasia no es un trastomo de la colágena,
pero sí se debe a mutaciones dei gen que codifica el
receptor 3 del factor de crecimiento de fibroblastos
(FGFR3). Los factores de crecimiento de fibro-
blastos son una lbmilia de al menos ocho proteínas
que reguian el crecimiento y ia dil'erenciación celular
del mesénquima y del nellroectodermo. SLrs recepto-
res sol1 proteínas transr.nembrarlales que lor¡ran un
subgrupo de la familia de receptores de ias cinasas de
tirosina. El FGFR3 es un miembro de este sr-rbgrr.rpo
qne regula la acción del FGF3 en el cartílago. En ia
mayoría de los casos de acondroplasia qlle han sido
investigados, las mutaciones detectadas se relacionail
con e1 nucleótido 1 138 y resultan en la sustitución de
arginina por glicina (resicluo número 380) en el dorni-
nio transmembranal de la proteina, volviéndola
inactiva. Esta mutación no ha sido encontrada en ios
individuos que no están afectados por"tal condíción.
Como se indica en el c¡-radro 51 11 . otras disphsias
esqueléticas (incluyendo ciertos síndromes con
craneosinostosis) se deben también a miitaciones de
los genes que codifican los receptores de FGF. Gtro
tipo de displasia esquelética (displasia drastrólica) ha
sido identificado como el resultado de una mutaciori
«1e1 transportador de sulfato. Así, gracias a la tecnolo-
gía del DNA recombinante, ha iniciado una nueva erí¡
en el entendimiento de las displasias esqueléticas.
ffiffi§1"§hñ§st
Los principales componentes de la matriz extracelular
son las proteínas estructurales co1ágena, elastina y fibri-
lina, un número extenso de proteínas especializadas
(p ej., fibronectina y laminina), y muchos proteo-
glucanos.
La colágena es la proteína más abundante en el
reino animal. Aproximadamente han sido aislados 19
tipos y 30 genes que codifican los polipéptidos de
procolágena. Todas las colágenas poseen extensiones
mayores o menores de triple hélice. La estructura re-
petida (Gli-X-Y), está presente en todas las colágenas,
siendo la X y Y los aminoácidos prolina e hidroxipro-
lina. La hidroxilisina también está presente en estas
moléculas, y es un sitio potencial para la glucosilación.
La biosíntesis de colágena es compleja, puesto que
implica muchos eventos postraduccionales, incluyendo
la hidroxilación de prolina y de lisina. Las enfermeda-
des asociadas con la síntesis alterada de colágena
incluyen al escorbuto, osteogénesis imperfecta, sín-
drome de Ehlers-Danlos (muchos tipos) y síndrome
de Menkes. La elastina confiere expansibilidad y re-
sistencia elástica a los tejidos. Só1o un gen de elasti¡a
ha sido identificado en los humanos. La elastina con-
tiene hidroxiprolina, pero carece de hidroxilisina, de
secuencias Gli-X-Y, de la estructura triple hé1ice, y de
azt cares. También contiene los enlaces cruzados de-
nominados desmosina e isodesmosina, los cuales no
están presentes en la colágena.
La fibrilina se localiza en las microfibrillas aso-
ciadas con la elastina. Las mutaciones del gen de ia
fibrilinaproducen el síndrorne de Marfán. La fibronec-
tina es una glucoproteína de gran impofiancia en la
adhesión y migración celular. La laminina es un com-
ponente fundamental de la lámina basal, como la del
glomérulo renal.
Los glucosaminoglucanos (GAG) se componen de
secuencias repetidas de disacáridos, constituidas por
un ácido urónico (glucorónico o idurónico) o hexosa
(galactosa) y una hexosamina (galactosamina o
-ulu-
cosamina). El sulfato también está a menudo presente
en estos compuesto. Los glucosaminoglucanos princi-
pales son el ácido hialurónico, el condroitín 4 y 6 sulfato,
el queratán sulfato I y II, heparina, heparán sulfato y
el dermatán sulfato. Los GAG son sintetizados por la
acción secuencial de una serie de enzimas específ,lcas
(glucotransferasas, epimerasas, sulfotransferasas, etc.),
y son degradados por la acción seouencial de hidrolasas
lisosomales. Los defectos genéticos de estas últimas,
provocan mucopolisacaridosis (p. ej., síndrome de
Hurler). Los GAG están presentes en 1os tejidos, uni-
dos a muchas proteínas (proteínas de enlace y proteínas
centrales), constituyendo los proteoglucanos. Estos
últimos son moléculas de alto peso molecular que de-
sempeñan muchas funciones en los tejidos. Muchos com-
ponentes delamatriz extracelular (p. ej., cierlos GAG
y proteínas como fibronectina y larninina) se unen a
proteínas de la superficie celular llamadas integrinas;
esto representa una vía mediante la cual el interior de
una célula se comunica con el exterior.

861. 816 .
Biocy.rímica de flarper
(Cctpítulo 5
-
El hueso y el cartílago son formas especializadas
de la matriz extracelular. La colágena I y la hidroria-
patita son los componentes principales de los huesos,
los cuales tar¡bién contienen un gran número de pru-
teínas menores que desarrollan lunciones importantes.
La colágena ll y algLrnos proteoglucanos son constitr_r-
yelltes ürportantes del cafiílago. La causa molecular
de un gran número de enfermedades hereditarias del
sisterna esqr.relético (p. ej., osteogénesis imperfecta) r
de los cartí1agos (p. ei., condrodistroflas) han sido iden-
tificadas gracias a la aplicación de la tecnología del
DNA recombinante. I
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Primer r-.f'the Rhetxnutic Diteoses, lOth ed. Anhritis
Foundation, 1993. (Contains sections on articular
cartil.rge, bone, colla.gen and elastin, proteoglycans.
heritable clisorders of connective tissue. and n-retaboLc
bone dise¿rses.)
-

862. 58
Músculo y citoesqueleto
Robert K. Murray, MD, PhD
rNTRoDUccróu
Las proteínas desempeñan muchas funciones además
de la catálisis" Por ejemplo, las actividades de las pro-
teínas descritas con mayor detalle en los primeros
capítulos de este libro son: funciones reguladoras, como
marcadores químicos, funciones de reconocimiento,
de transporte y como componentes estructurales. Las
proteínas tienen una importante parlicipación en el
movimiento, a nivel tanto orgánico (p. ej , músculo
esquelético, coruzóne intestino), como celular. En este
capítulo serán descritas las funciones de proteínas es-
pecíficas y también de algunas otras moléculas clave
(p. ej., Ca'?*) en el proceso de contracción muscular.
IMPORTANCIA BIOMÉDICA
En 1986, el entendimiento de la base molecular de
muchas enfermedades genéticas importantes tuvo un
gran auge, gracias a la clonación exitosa del gen im-
plicado en la distrofia muscular tipo Duchenne; esto
significó un gran 1ogro, puesto que representa la más
grande esperanza pára el diagnóstico exacto y la posi-
bilidad de tratamiento de esta enfetmedad (véase caso
no. 6 detr capítulo 65). Ha habido también un progreso
considerable en el entendimiento de la base molecular
de ia hipertermia maligna, una complicación grave
que se presenta en algunos pacientes sometidos a cier-
tos tipos cle anestesia; esta condición ha mostrado ser
ocasionada por una acumulación anormal de Ca2* en
el citoplasma de las células del músculo esquelético,
provocando rigidez y generación excesiva de calor. La
elevación de Ca2* se debe, al menos en algunos casos,
a la mutación del gen estructural que codifica el canal
liberador de Ca2n en el retículo sarcoplásmico. Esta con-
dición también tiene graves implicaciones financieras
parala industria porcina, puesto que se ha desarrolla-
do un trastorno similar al descrito previamente, en los
puercos sometidos a estrés. La insuficiencia cardiaca
es una condición médica muy común, con una gran
variedad de causas; su terapia adecuada requiere del
entendimiento de la bioquímica del músculo cardiaco.
Un grupo de condiciones que son causa de insuficien-
ciacardiaca son las cardiomiopatias, algunas de las
cuales son determinadas genéticamente. Los estudios
recientes han descubierto mutaciones del gen que co-
difica 1a cadena pesada de la B-miosina cardiaca,
considerada la causa de la cardiomiopatía hipertrófica
familiar. Qn
logro reciente de gran impacto ha sido el
descubrimiento de que el factor relajante derivado del
endótefio (del inglés endothelium-derived relaxing
factor),uncompuesto
sintetizado por las células endo-
teliales, que regula el tono del músculo liso, es el gas
conocido como óxido nítrico (NO). Muchos vasodila-
tadores ampliamente utilizados, como la nitroglicerina,
empleada en el tratamiento de la angina de pecho, actuan
incrementando laproducción de este compuesto. Tam-
bién es sorprendente elhallazgo de que el ON sea,
aparentemente, un neurotransmisor. El infarto del
miocardio se presenta con excesiva frecuencia, y algu-
nos aspectos bioquímicos de esta condición se describen
en el caso no. 4 (capítulo 65).
EL MÚSCULO LLEVAA CABO LA
TRANSDUCCIÓN DE LA ENERGÍA
QUÍMICA EN ENERGíE MCCÁruICE
El músculo es el principal transductor (máquina) bio-
químico que convierte la energía potencial (química)
a energía cinética (mecánica); además, el único tejido
de mayor extensión en el cuerpo humano, represen-
tando un poco menos de 25oA de 1a masa corporal al
nacimiento, más de 40oA enel adulto joven, y un poco
menos de 30oA en el adulto mayor.
Bt7

863. 818 " Bioquítnica rie Horper
IJn transductor químico-mecánico efectivo debe
llenar varios requisitos: l) Debe contar con un sumi-
nistro constante de energía química; en el músculo de
1os vertebrados, el AIP y la creatina fosfato propor-
cionan la energía química. 2) Debe haber el modo de
regular la actividad mecánica
-es
decir, velocidad,
duración y fuerza de contracción en el caso del múscu-
1o. 3) La maquina debe estar conectada a un operador, un
requisito que es llevado a cabo, en los sistemas bioló-
gicos, por el sistema nervioso. 4) Debe existir la forma
de regresar la máquina a su estado original.
En los veftebrados, los requisitos anteriores y las
necesidades específicas de los organismos, se logran
mediante la acción de tres tipos de músculos: músculo
esquelético, músculo cardiaco y músculo liso. Los dos
primeros poseen la forrna estriada al ser observa-
dos con un microscopio, en cambio, el músculo liso
no es estriado. El músculo esquelético está sujeto al
control nervioso voluntario, y el control de los múscu-
los cardiaco y liso es involuntario.
El sarcoplasma de las células
muscu¡ares cont¡ene ATP, fosfocreatina
y enz¡mas glucolíticas
E1 músculo estriado se compone de células muitinu-
cleadas en forma de fibras musculares, las cuales están
circunscritas por una membrana plasmática eléctrica-
mente excitable, denominada sarcolema. Una célula o
fibra muscular individual, la cual puede estirarse hasta
llegar a la longitud total del músculo al que pertenece.
posee un paquete de muchas miofitlrillas dispuestas
paralelamente, e inmersas en líquido intracelular 11a-
mado sarcoplasma. Dentro de dicho líquido está con-
tenido glucógeno, compuestos de alta energía como el
ATP, y la fosfocreatina, así como las enzimas g1u-
colíticas.
El sarcómero es la unidad funcionat
del músculo
En la figura 58-i se muestran imágenes relacionadas
con el músculo voluntario a distintos niveles de orga-
nización.
Cuando Ia miofibrilla es estudiada mediante mi-
croscopia electrónica, pueden observarse bandas obscu-
ras y claras en forma altema (bandas anisotrópicas, 1o
cual significa que son birrefrigentes con hz polariza-
da) y bandas isotrópicas, es decir que no se alteran a1
exponerse alluzpolarizada). Estas bandas son deno-
minadas bandas A y bandas I, respectivamente. La
región central de la banda A (llamada banda H), al
parecer, es menos densa que el resto de la banda. La
banda I es dividida por una línea muy densa y estrecha
llamada línea Z (figura 58-2).
Fascículo muscu¡at
l,*,.._.
F¡bra muscular
,' Banda Lfnea Banda
,HZA
Z-Sarcómero-Z
Figura5S-1. Estructura del músculo voluntario. El sarcómero es la región entre dos líneas Z. (Dibujo por Sylvia Colard Keene.
Reproducida con autorizac¡ón de Bloom W Fawcett DW'. A Textbook of Histotogy, l Oth ed. §aunáeis, t SZs.¡
),-,u."
M:ofibrilla

864. Músculo y citoesqueleto' 819
A. Extendidos
Banda H
Banda ABanda I
2300 nm
taa
aaoa
aaaao
aaaa
aaa
B. Contraídos
Filamento- ...
I I
Diámetrode6nm
tt
tl
Filamento_r__=____=_r l _,___ l r ----_-,--
Diámetrodel6nm
grueso
15oo nm
Figura 58-2. Disposición de los filamentos en el músculo estriado. A: Extendidos. Se muestra Ia posición de las bandas l. A
y H en estado extendido. Los filamentos delgados se sobreponen parcialmente a los extremos de los filamentos gruesos, y
ios filamentos delgados se muestran anclados a las líneas Z (también Ilamadas a menudo discos Z). En Ia pañe inferior de la
figura 5B-2A se iñdican las "puntas de flecha" apuntando en direcciones opuestas y que surgen de los filamentos (gruesos)
dó miosina. Se muestran cuatro filamentos (delgados) de actina fijados a las dos líneas Zatravés de la o-actinina. La regiÓn
central de los tres filamentos de miosina, sin puntas de flecha, es llamada banda M (no se indica en la figura). También se
muestra un corte transversal que cruza las bandas M, atraviesa un área donde los filamentos de actina y de miosina se
sobreponen, y üuza otra área en la cual únicamente hay filamentos de actina. B: Contraídos. Los filamentos de actina han
demostrado deslizarse a lo largo de las zonas laterales de las fibras de miosina para encontrarse unos con otros. La longitud
de los filamentos gruesos (representada por las bandas A) y los filamentos delgados (distancia entre dos líneas Z, y los
bordes adyacentes de las bandas H), no se han modificado. No obstante, la longitud de los sarcómeros se ha reducido (de
2300 nm á tSOO nm¡, y la longitud de las bandas H e ltambién ha disminuido debido a Ia sobreposición de los filamentos
gruesos y delgados. Estas observaciones morfológicas han brindado parte del fundamento del modelo del filamento deslizan-
te en la contracción muscular.
El sarcómero se define como la región existente
entre dos lireasZ (liguras 58-1 y 58 2), y se repite a
todo 1o largo del eje de una fibrilla a distancias de I 500
a 2 300 nr.r.r, dependiendo del estado de contracción.
La apariencia estriada del tejido cardiaco y volLrn-
tario que se aprecia mediante los estudios microscó-
picos de luz. se debe a su alto grado de organización.
en el que mayoría de las céltrlas o fibrillas musculares
están alineadas de manera que slls sarcómeros se en-
cuentran paralelos entre sí (figura 58 I
).
0-Actinina
Filamentos de miosina
de 16 nm de diámetro
Los filamentos gruesos cont¡enen
m¡os¡na y los filamentos delgados
cont¡enen act¡na, tropomiosina
y troponina
Cuando las miofibrillas son examinadas por microsco-
pia electrónica, dala impresión de que cada una de
ellas está formada por dos tipos distintos de filamen-
tos longitudinales. Untipo, el filamento grueso, confi-
nado a la banda A, se compone principalmente de la
o.o.a
.:o:o:.
.:.: o: o:.
.:?:?:.
aaa
Corte transversal:
Línea Z
I

865. 820 . Bioquímica de Harper (Capítulo 58
proteína miosina. Estos filamentos tienen casi 16 nm
de diámetro y. al ser seccir nados en forma transver-
sal" parecieran tener una configuración hexagonai
(tigura 58 2, centro; a la derecha el corte transversal).
E1 otro filamento, el delgado (de casi 7 nm de
diámetro), se ubica ed'la banda I y se extiende hasta ia
banda A, pero no abarca lazona H (figura 58-2). Los
lliamentos delgados están constituidos por las proteí-
nas actina, tropomiosina y troponina
1figura 58 3). En
la banda A. los filamentos delgados esrán dispuestos
alrededor del filamento grueso (miosina) como una
segunda configuración hexagonal. Cada filarnento
delgado se encuentra simétricamente entre tres fila-
mentos gtuesos (figura 58 2, centro; en medio el corle
transversal), y cada filamento grueso está rodeado en
fornra simétrica por seis filanrentos delgados.
Los lllamentos gruesos y delgados interactúan a
través de puentes cruzados que surgen a intervalos de
lzl nm a lo largo de los filamentos gruesos. Corno ..
puntualiza en la figura 58 2, los puentes cruzados r d:-
bujados como puntas de flechas en cada extremo ..
los filamentos de miosina, pero sin distinguirse pc:
completo en los filamentos delgados) poseen polan-
dades opuestas en los dos extremos de los hlarrento.
gruesos. Los dos polos de los filamentos gmesos es-
tán separados por un segmento de I 50 nm (la ban",.
M, no denorninacla en la figura) libre de proyecciones
rodelo I
Iizantes
a base I
Este modelo fue propuesto de manera independienr;
en la década de 1950 por Henry Huxley, Andreu
LI II
des
@ffiffiffi # @ %%A*ac
Tropomios¡na Troponina
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r¡v
35.5 nm
Ensamblaje iinal del filamento delgado
Figura 58-3. Representación esquemática del filamento delgado, donde se muestra la configuración espacial de sus tres
componentes proteicos principales: actina, tropomiosina y troponina. El compartimento superior muestra moléculas individuales
de actina G. E! compartimento de en mecjio indica monómeros de actina ensamblados en actina F. También se seña a-
moléculas individuales de tropomiosina (dos cadenas entrelazadas) y de troponina (compuesta de tres subunidades). E
compartimento inferior muestra el filamento delgado ya ensamblado, constitu¡do por actina F, tropom¡osina y tres subunidades
de troponina (TpC, Tpl y TpT)

866. Músculo y citoesqtreleto .
821
lluxley y sr.rs colegas. Estaba ampliamente sustentado
en cuidadosas observaciones mortblógicas durante el
reposo, 1a extensión y la contracción musculares. Bá-
sicamente. cuando el rnúsculo se contrae no existen
cambios en la longitud de los fllamentos delgados y
gflresos, pero las zonas H y las bandas I se acortan
(figura 58 2). De esta manera,los conjuntos interdi-
-eitados
de los filamentos deben deslizarse uno sobre
otro durante la contracción. Los puentes cruzados que
unen los filamentos gruesos y delgados en ciertas eta-
pas del ciclo de contracción, generan y mantienen la
tensión. La tensión desarrollada durante la contrac-
ción muscular es proporcional a la sobreposición de
los f ilan,entos, así como al número de puentes cruza-
dos. Cada cabeza de los puentes cruzados se conecta
con un filamento grueso mediante un segmento fibroso
flexible qr-re plrede doblarse hacia el exterior del ñla-
mento grueso. Este segmento flexible facilita el con-
t¿rcto de Ia cabeza con el filamento delgado cuando es
necesario. pero también es lo suf icientemente cimbran-
te como para poder acomodarse en e1 espacio existente
entre los filamentos.
: ,-" ii"-. :,.,i, i . r:1 ,;,t1.1'1lil",;ll1
La masa de un múrsculo fresco se compone en 75% de
agua y más de 20"A de proteínas. Las dos proteínas
principales son la actina y la miosina.
La actina G monomérica (43 kDa; G, globular.)
comprende alrededor del 25'A del peso total de pro-
teína muscular. En condiciones fisiológicas de fuerza
iónica, y en presencia de Mg2', [a actina G es polimeriza-
da de fonna no covalente, para dar origen a un f,rla-
mento doble helicoidal insoluble llamado actina F
({igura 58 3). La fibra de actina F tiene de 6 a 7 nm
de grosor y un giro que se repite cada 35.5 nm.
Las miosinas constituyen una familia de proteí-
nas de al menos 15 miembros identificados. La miosina
discutida en este capítulo es la miosina II y, cuando en
este texto se menciona la miosina, se hace referencia a
esta especie; en caso de que se trate de otro tipo de
miosina se hará la indicación necesaria. La miosina I
es una especie monomérica que se une a 1a membrana
celular; puede servir como enlace entre los microfila-
mentos y la membrana celular en algunos sitios.
La miosina representa 55% del peso total de pro-
teína muscular y forma los hlamentos gruesos seña-
lados. Es un hexámero asimétrico con una masa
molecular aproximada de 460 kDa. La miosina tiene
una "cola" fibrosa compuesta de dos hélices entrela-
zadas. Cada hélice posee una cabeza globular lijada
en un extremo (figura 58 4). El hexámero consiste en
un par de cadenas pesadas (P), cada una de 200 kDa
de masa molecular. aproximadamente, y dos pares de
cadenas ligeras (L), cada una de 20 kDa de masa
molecuiar, aproxinradamente. Las cadenas L muestran
dif-erencias entre sí. una se conoce como la cadena li-
gera esencial y la otra es la cadena ligera reguladora.
La miosina del n-rúsculo esquelético se une a ia actina
para formar eI complejo actomiosina (actina-miosina),
en el cual se favorece su actividad intrínseca de AIPasa
de forma notable. Las isofomas de rniosina pueden
variar en cantidad, dependiendo de las diferentes si-
tuaciones anatómicas, fisiológicas y patológicas.
Las estructuras cristalográficas de Ia actir.ra y la
cabeza de miosina ya han sido determinadas; estos
estudios han corroborado un gran número de hallaz-
gos previos respecto a la estructura de estas proteinas
¡-.
además. han propclrcionado muchos datos que se
desconocían.
Cuando la miosina es digerida por la acción de tripsina,
son generados dos fiagmentos de miosina (meromiosi-
nas). La meromiosina ligera (MML) consiste en fibras
cr-helicoidales aglomeradas e insolubles, derivadas de
1a cola de la miosina (figura 58-4). La MML no mues-
tra actividad alguna de AIPasa y tampoco se une a la
actina F.
La meromiosina pesada (MMP: masa molecltlar
alrededor de 340 kDa) es un proteína solubie que po-
see un porción fibrosa y una globular (figura 58 4). Sí
muestra actividad de ATPasa y se une a la actina F. La
digestión de la MMP por la acción de la papaina ge-
nera dos subfragmentos, S-1 y S-2. El fragmento S-2
es fibroso y no presenta actividad de AfPasa ni se une
a la actina F.
El fragmento S-l (masa molecular de I l5 kDa,
aproximadamente) sí muestra actividad de ATPasa. se
une a las cadenas L, y en ausencia de ATP" se une a la
actina, decorándola con "puntas de flecha" (figura 58-5).
Tanto el S-l como la MMP muestran actividad de
ATPasa. lo cual acelera de 100 a 200 veces la forr¡a-
ción del complejo actina F-miosina. Como se discutirá
después, la actina F incrementa de forma notable la ve-
locidad a la cual la ATPasa de la miosina libera sus
productos, ADP y P¡. De esta manera, aún cuando la
actina F no afecte la hidrólisis per se, su capacidad de
promover la liberación de los productos generados por
la actividad de la AfPasa sí acelera la velocidad total
de la catálisis.

867. 822 . Bioquímica de Harper (Capírtrlt, i:
'/r--'t a+ '/r--t r'--\
§,}j/.***_r §, l)rs
1 de v¡/c
r\L-
\/
MMP
á
a
85 nm
Figura 58-5. Decoración de los filamentos de actina con
fragmentos S-1 de miosina semejando "puntas de flecha,,.
(Cortesía de JA Spudich.)
Figura 58-4- Diagrama de una molécula de miosina donde se muestra las dos cr-hélicés entrelazadas (porción fibrosa), la
región globular o cabeza (G), las cadenas ligeras (L), y los efectos de la ruptura proteolítica llevada a óabo por tripsina y
papaína. La región globular (cabeza de miosina) contiene un sitio de unión paia actina; también existe un sitio de unión de lá
cadena L, donde se fija al resto de la molécula de miosina.
S-2 de MMP
CAMBIOS EN LA CONFORMACIÓN
DE LA CABEZA DE MIOSINA DAN
LUGAR A LA CONTRACCIÓN
MUSCULAR
¿Cómo
es que la hidrólisis del ATP se traduce en mo-
vimiento visible? La contracción muscular consiste,
esencialmente, en la unión y separación cíclicas entre
el fragmento S-l de la cabezade la miosina y los fila-
mentos de actina F. Este proceso puede ser referido
también como la formación y desintegración de los
puentes cruzados. Laf4ación de la actina a la miosina
es seguida de cambios conformacionales que son de
particular importancia para el S- 1 de la cabeza, y de-
penden del nucleótido presente (ADP o AIP). Estos
cambios resultan en un impulso de activación, que hace
que los filamentos de actina se deslicen entre los fila-
mentos de miosina. La energia de este impulso de
activación es sumistrada por el AIP, el cual es hidro-
lizado aADP y P¡. No obstante, el impulso de activa-
ción ocurre corrio resultado de los cambios confor-

868. macionales de la cabeza de la miosina cuando el ADP
la abandona.
Los eventos bioquímicos principales que tienen
lugar durante un ciclo de contracción yrelajación muscu-
lar, pueden representarse en cinco pasos que se mues-
tran en la figura 58 6.
1) En la fase de relajación posterior a 1a contrac-
ción muscular, el S-1 de la cabeza de la miosina,
hidroliza el AIP a ADP y P;, pero estos productos
pernanecen unidos. El complejo resultante ADP-
P¡-miosina ha sido energetizado a una conforma-
ción llamada de alta energía.
2) Cuando la contracción rnuscular es estimulada
(mediante los eventos donde participan Car ,
troponina, tropomiosina y actina, que se descri-
ben más adelante), la actina queda expuesta y el
S-1 de la cabeza de la miosina se une a ella para
fomar el complejo actina-miosina-ADP-Pi se-
ñalado.
3) La formación de este complejo promueve la libe-
ración del P¡, lo cual origina el impulso de acti-
vación. Esto es seguido de la liberación del ADP,
y se acompaña de un cambio conformacional de
la cabeza de la miosina con relación a su cola
(figura 58-7), traccionando la actina casi 10 nm
hacia el centro del sarcómero. Esto es el impul-
so de activación. La miosina ahora se encuentra
en un estado conocido como de baja energía, in-
dicado como actina-miosina.
4) Otra molécula de AIP se une al S- 1 de la cabeza
de la miosina, formando un complejo actina-
miosina-ATP.
5) El complejo miosina-ATP tiene poca afinidad
por la actina, por lo que esta última es liberada.
Este último paso es un componente clave en la
relajación, y depende de la unión de1 AIP al com-
plejo actina-miosina.
Figura 58-6. La hidrólisis de ATP produce la unión-separa-
ción cíclica de actina y miosina en cinco reacciones descritas
en el texto. (Modificada de Skyer L: Biochemistry, 2nd ed.
Freeman, 1981.)
Figura 58-7. Representación de los puentes cruzados act¡-
vos entre los filamentos delgados y gruesos. Este diagrama
fue adaptado por A.F. Huxley de H.E. Huxley: The mechanism
of muscular contraction. Science 1969;'164:1356. Este último
propuso que la fuerza necesaria para la contracción muscu-
lar deriva de la tendencia de la cabeza de miosina (S-1) a
rotar con respecto al filamento delgado, y dicha fuerza es
transmit¡da al f¡lamento grueso a través de Ia porción S-2 de
la molécula de miosina, actuando como una unión no exten-
sible. Los puntos flexibles en cada extremo del fragmento
S-2 perm¡ten que S-1 pueda girar, dando lugar a variaciones
en la separación entre los filamentos. Esta figura se basa en
la propuesta de H.E. Huxley, pero también incorpora los as-
pectos de elasticidad (enrollamiento de la porción S-2) y de
acortam¡ento gradual (detallado aquí como cuatro sitios de
¡nteracc¡ón entre la porción S-1 y el filamento delgado). (Véa-
se Huxley AF, Simmons RM: Proposed mechanism of force
generation in striated muscle. Nature [Lond] 1971;233:533).
Lafuerza de unión de los sitios de fijación es mayor en la
posición 2 que en la posición 1, y es mayor en la posición 3
que en la posición 2. La cabeza de miosina puede separar-
se de la posición 3 con el gasto de una molécula de ATP;
éste es el proceso esencial durante el acortamiento de las fi-
bras musculares. La cabeza de miosina varía en cuanto a su
posición de 90", a casi 45', como se indica en el texto. (S-1,
cabeza de miosina; S-2, proción de la molécula de miosina;
MML, meromiosina ligera) (figura 58-4). (Reproducida de
Huxley AF: Muscular contract¡on. J Physiol 1974;243:1 . Con
la gentil autorización del autor y del Journal of Physiology.)
Es así que comienza otro ciclo con la hidrólisis
delAIP (paso
[1] de la figura 58-6). regenerán-
dose la confbrmación de alta energía.
De esta manera. la hidrólisls del AfP es utiii-
zadapara impulsar el ciclo, siendo e1 impulso de
activación. el cambio conformacional del S- I de
la cabeza de la nTiosina que tiene lugar por la
Iiberación de ADP. Las regiones de bisagra de la
miosina (referidas como puntos f'lexibles en los
extremos del fragmento S-2 en el pie de la figura
58 7), permiten el an.rplio rango de movimiento
del S-l. f-acilitando su encuentro con los filamen-
tos de actina.
Si hay un descenso del nivel intracelular de
Af P (p. ej., después de la muefe), esta molécu-
F¡lamento grueso
F¡lamento delgado
Actina-Miosina
ADP-Pi
Músculo y citoesqueleto .
823
@
@

869. 824 . Bioquímica de Harper
rC¡t
la no estará disponible para unirse al S-l de la
cabeza de la miosina (paso 4), y 1a actina no se
disociará del cornplejo señalado y, por ende, no
habrá relajación (paso 5). Esta es la explicación
del rigor mortis, la rigidez del cuerpo que ocu-
rre desprres de la muer-te.
Los cálculos han indicado que la eficiencia
de la contracción muscular es casi de 50%, y la
del motor de combustión intema es menor de
20%.
En el músculo estriado, existen otras dos proteínas que
son de menor importancia en términos de masa molecu-
lar y de la función que desempeñan. La tropomiosina
es una molécula fibrosa que consiste en dos cadenas,
una alfa y una beta, las cuales se fljan a la actina F en
los surcos existentes entre sus filamentos (figura 58 3).
La tropomiosina está presente en todas las estructuras
muscuiares o de tipo muscular. El complejo de tropo-
ninas es exclusivo del músculo estriado, y consiste en
tres polipéptidos. La troponina T (TpT) se une a la
tropomiosina, así como a los otros dos componentes
de la troponina. La troponina I (TpI) inhibe la interac-
ción actina-F-miosina y también se une a los otros dos
componentes de la troponina. La troponina C (TpC)
es un polipéptido que se une al calcio, y es estructural
y funcionalmente análoga a la calmodulina, una pro-
teína importante que se une al calcio ampliamente
distribuida en Ia naturaleza. Cuatro moléculas del ion
calcio se unen a cada molécula de troponina C o de
calmodulina, y ambas moléculas poseen una masa
molecular de 17 kDa.
Hl Caz* desempeña una función
central en la regulación
de la contracc¡ón muscular
La contracción de todos los tipos de músculo se lleva
a cabo mediante el mecanismo general descrito antes.
Los músculos de distintos organismos, y las células y
tejidos musculares de un mismo organismo, pueden
presentar distintos mecanismos moleculares respon-
sables de la regulación de su contracción y relajación.
En todos los sistemas, el Ca2* desempeña una función
regr-riadora fundamental. Existen dos mecanismos ge-
nerales de regulación de la contracción muscular: uno
basado en la actina y otro en la miosina. El primero
opera en el músculo esquelético y en el cardiaco; el
segundo, en el músculo 1iso.
La regulación muscular basada en actina trene r,.:_-
en los músculos esquelético y cardiaco de los r -: ..
brados, arnbos estriados. En el mecanisrno ser;',
descrito antes (ligura 58 6 ). el único factor po,-.,r...
.
mente limitante del ciclo de la contracción mus.--. ,-
puede ser el ATP. El sistema del músculo esquelet.-
se inhibe en reposo; tal inhibición cesa para dar 1.--.:
a la contracción activada. El inhibidor del mu..'-
estriado es el sistema troponina, el cual está unic- _
tropon.riosina y actina F en los hlamentos deic¡¿ ,
(figura 58 3). En el músculo estria<lo no eris*t. .,
control de la contracción, a menos que los sisler:_.,
tropomiosina-troponina estén presentes.iunto con . l
filamentos de actina y rniosina. Como se descn:
previamente, la tropomiosina está presente en los s -..
-
cos de actina F, y los tres componentes de troponin.:
Tp! TpI y TpC están unidos al complejo acr:: ,
F-tropomiosina. La TpI evita la unión entre la caL,;-,
de la miosina y su sitio de fijación en la actina F.
...
sea alterando la conformación de la actina F a tra.,..
de las moléculas de tropomiosina o, bien, simplertre -
te deslizando la tropomiosina a una posición q,..
bloquee directamente los sitios de unión de actina F .
los cuales se hjan las cabezas de la miosina. Cu: -
quiera de las dos vías evita la activación de laAfP¡.s,
de la miosina, la cual está mediada por 1a unión de ,
cabeza de la miosina a la actina F. Así, el sistema T:_
bloquea el ciclo de contracción en ei paso 2 de la fi3-
ra 58 6. Esto explica el estado inhibido del múscu..
estriado relajado.
Éi retiec.ii* §í*r*ü$[esmt** l"*gxle *i
¡ri:r*i intra*elular de üa2"
en e3 rñ# eu!* esq*eléti**
En el sarcoplasma del músculo er reposo, la concer.-
tración de Ca2t es de 10-s a l0-7 molil-. El estado er
reposo se alcanza debido a que el Caz* es bombeac.
hacia el retículo sarcoplásmico mediante la acción cl.
ur.l sistema de transporte activo, llamado Car* ATPas:
(figura 58-8), que inicia la relajación. El retícul¡
sarcoplásmico es una red de sacos menrbranosos fl-
nos. Dentro del retículo sarcoplásmico, el Car- se un.
a una proteína de unión específca de Ca2- llanla,j*
calsecuestrina. El sarcómero está timitado por ur;
memL¡rana excitable (el sistema túbular T) colnpuesir
por canales transversos (T), íntimamente asociados ;.
retículo sarcoplásmico.
Cuando el sarcolema es excitado por un impuls.
nervioso, la señal es transmitida al sistema tubular T.
inmediatamente después, se abren los canales libera-
dores de Ca2* del retículo sarcoplásmico más cercano!

870. IlÍúscuk¡ y cifoesqtrelero .
825
aaz{
Ca?*
{ cisterna
Calsecuestrina
Sarcómero
Figura 58-8. Diagrama de la relación entre el sarcolem¡
(membrana plasmática), un túbulo T y dos cisternas del reti-
culo sarcoplásmico en el músculo esquelético (sin escala).
El túbulo T se proyecta hacia el interior del sarcolema. Una
onda de despolarización, iniciada por un impulso nenrioso.
es transmitida desde el sarcolema y se continúa a través del
túbulo T; es conducida después al canal liberador de Ca2-
(receptor de rianodina), quizá mediante la interacción entre
éste y el receptor de dihidropiridina (canal de Ca2t de voltaje
Iento), los cuales se encuentran muy cercanos uno del otro.
La liberación de Ca2t desde el canal liberador de Ca'Z. hacia
el citosol, inicia Ia contracción. Subsecuentemente, el Caz-
es bombeado de regreso hacia la cisterna del retículo
sarcoplásmico, a través de la Ca'z. ATPasa (bomba de Ca'Zt).
donde es almacenado, y en parte unido a calsecuestrina.
liberando así Car' desde el retículo sarcoplár'mico ha-
cia el sarcoplasma. La concentración de Car e n el sar-
coplasma se eleva rápidamente a 10
5
mol/L.
'-os
sitios
de unión para el Car- en la TpC del filament, delgado
son ocupados de forma expedita por el Ca'- liberado. La
TpC'4Car interactúa con TpI y TpT para alterar su
interacción con la tropomiosina. De esta ñrn,a, la
tropomiosina se desplaza o altera la confbr¡nación de
la actina F para que el complejo cabeza de miosina-
ADP-P¡ (hgura 58 6) pLreda interactuar con la actina
F e iniciar un nuevo ciclo de contracción.
El canal que libera Car' es también colrocido
como receptor de rianodina (RRl). Existen dos isofor-
mas de este receptor, la RRII y la RRl2; la primera
está presente en el músculo esquelético y la segunda en
el músc¡llo cardiaco y en el cerebro. La rianodina es
un alcaloide vegetal que se une ai RI{l I y ai RRl2
específicamente. modulando sus actividades. El canal
que libera Ca: es un homotetrámero constituido por
cuatro subunidades de 565 kDa; posee secuencias
transmernbranales en su terminal carboxilo, ias cuales
propablemente lbrman el canai de Car-. El lesro de la
proteína protruye hacia el citosol, abarcando el esira-
cio entre el retículo sarcoplásmico y la rnembrana
tubutar transversa. E1 canal posee una compuerla re-
gulada por ligando, donde actúan en forma sinérgica
el Car-
¡,
eI AIP in vitrc¡, aunque no está claro su modo
de operar in vivo. En la figura 58 9 se mnestra la po-
sible secuencia de evenlcls que llevan a la aperlura del
canal. El canal de calcio se encuentra nluy cerca
del receptor de dihidropiridina (RDHP; un canal lento
de Ca}tipo K reguiado por voltaje) del sistema tubular
transverso (figura 58 8). Los experimentos i¡t ttitro en
los que se ha utilizado la cromatogralia por columna
de afinidad han señalado que una prolongación de 37
aminoácidos c1el RRIl interacttLa con un sitio especí-
fico del RDHP.
La relajación muscular tiene lugar cuando 1 ) el
Car sarcoplásmico cae por debajo de l0-i mol/L de-
bido a su recaptura en el retículo endoplásmico por la
Car AIPasa; 2) la TpC'4Car* pierde su Car'; 3) la tro-
ponina. mediante su interacción con la tropomiosina.
inhibe la posterior interacción entre la cabeza de
miosina y la actina F. y 4) en presencia de ATP, Ia
cabeza de miosina se separa de la actina F. Así. el Car
controla 1a contracción muscular a través cle un meca-
nisnro alostérico mediado, en el músculo, por TpC.
Tpl. Tp! tropomiosina y actina F.
La disminución de la concentración de AfP en el
sarcoplasma (p. e.j., por uso excesivo de AIP durante
el ciclo de contracción-relajación o por un retraso en
su fon.nación1 como en el caso de la isquemia) tiene
dos efectos principales: 1) La Ca2* AIPasa (bomba de
Car-) del retíctrlo sarcoplásmico deja de mantener la
baja concentración de Ca2' en el sarcoplasma; así. se
favorece la interacción entre las cabezas de miosina y
la actina F.2)La separación
-dependiente
deAIP
Figura 5B-9. Posible cadena de eventos que conduce a la
apertura del canal liberador de Ca'?t. Como se indica en el
texto, el canal de Ca2t de voltaje y el canal liberador de Ca':.
rnteractúan entre sí in vitro a través de regiones específicas
de sus cadenas de polipéptidos. RDHP, receptor de dihidro-
piridina; RR/7, receptor 1 de rianodina
Sarcolema
Receptor de \
o¡r]iá'qi¡l,iii"á I
\l
Canal liberador- I
aeCa2+ I
----"--"-* Il
" ^
l_,/l\;¿+,_l-l^ LJ
Calsecuestrina
Cisterña
Despolarización de la membrana del túbulo T
Movimiento de carga del canal de Ca2* de voltaje lento
(RDHP) de la membrana del túbulo transverso
Apertura del canal liberador de Ca'z. (RRl1
)
/
a
t
Ca2+
t

871. 826 . Bioquímica de Harper
de las cabezas de miosina de la actina F no se lleva a
cabo, por lo que hay presencia de rigidez muscular
(contractura). La condición de rigor mortis, después
de la muerte, es el resultado de estos eventos.
La contracción muscular es un equilibrio dinámi-
co delicado entre la unión y separación de las cabezas
de miosina y la actina F, y está sujeta a una regulación
exquisita a través del sistema nervioso.
El cuadro 58-1 resume todos los fenómenos que
ocurren en la contracción y relajación del músculo
esquelético.
Las mutaciones del gen que codif¡ca
los r:anales liharadarae da l1a2+
Algunos pacientes predispuestos genéticamente, llegan
a padecer una reacción grave denominada hipertermia
maligna, después de haber sido expuestos a cieftos
anestésicos (p. ej., halotano) y a algunos relajantes des-
polarizantes del músculo esquelético (p. ej., succinil-
colina). La reacción consiste principalmente en rigi-
dez de los músculos esqueléticos, hipemetabolismo
y fiebre muy alta. La alta concentración citosólica de
Car- en el músculo esquelético es un factor principai
para el desarrollo de esta condición. A menos que la
hipertermia maiigna sea identiflcada y tratada de in-
mediato, los pacientes pueden morir súbitamente por
flbrilación ventricular o sobreviven con el riesgo de
presentar subsecuentemente otras compl icaciones gra-
Guadro 58-1. Secuenc¡a de eventos en la
contracc¡ón y relajación del músculo esquelético,
Pasos de la contracción
1) Descarga de la neurona motora
2) Liberación del transmisor (acetilcolina) en Ia placa terminal
motora
3) Unión de la acetilcolina a los receptores nicotínicos de acetil-
colina
4) Aumento de Ia conductancia de Nar y de K- en la membrana
de la placa terminal
5) Se genera el potencial de la placa terminal
6) Generación del potenc¡al de acción en las fibras musculares
7) Propagac¡ón interna de ta despolarización a lo largo de los
túbulos T
8) Liberación de Car* desde las cisternas terminales del retÍ3ulo
sarcoplásmico y su difusión hacia los filamentos delgados y
gruesos
9) Fijación de Car. a la troponina C, dejando epuestos los sitios
de unión de Ia actina con mios¡na
10) Formación de puentes cruzados entre act¡na y m¡osina, y desl¡-
zamiento de Ios filamentos delgados sobre los gruesos, ocaslo-
nando acodamiento
Pasos de la rela¡ación
1) E¡ Ca'?. es bombeado de nuevo hacia el retbulo sarcoplásmico
2) Liberación de Ca2+ de Ia troponina C
3) Cesa la ¡nteracción entre actina y miosina
-
Reproducido, con autorizac¡ón, de Ganong WF.. Reviewof
Medical Physiology, 19h ed. Appleton & Lange,
'1998.
(Capítulo 58)
ves que de igual manera los pueden llevar a la mueúe.
El tratamiento adecuado es detener el anestésico y ad-
ministrar el fármaco dantroleno vía intravenosa. El
dantroleno (un derivado de la hidantoína) es un rela-
jante del músculo esquelético, que acrúa inhibiendo Ia
liberación de Ca2- desde e1 retículo sarcoplásmico ha-
cia el citosol, impidiendo así el incremento dei Ca2*
citosólico que caracteriza a la hipetermia maligna.
La hipertermia maligna también se presenta en
el ganado porcino. Los animales homocigotos suscep-
tibles de padecer la hipertermia maligna, responden al
estrés con una reacción fatal (síndrome del estrés
porcino) similar a la manif'estada por los humanos. Si
la reacción ocurre antes de ser sacrihcados, afecta la
calidad de la came del animal en fbrma adversa y el
producto resultante es muy inferior. Ambos sucesos
pueden terminar en una pérdida financiera considera-
ble para la industria porcina.
El descubrimiento de los altos niveles de Caz-
citosólico en el músculo como rasgo característico de
la hipertermia maligna, sr-rgiere que esta condición
puede ser ocasionada por anomalías de la Car' AIPasa
o de los canales liberadores de Ca2t. E,n la primera no
se han detectado anomalías, pero la secuenciación del
cDNA de la segunda proteína, sí demostró defbctos
obvios, en los puercos particularmente. Todos los cDNA
de puercos con hipertermia maligna examinados, mos-
traron una sustitución de T por C1843, resultando en
el reemplazo de Cis por Argr'r5 de los canales libera-
dores de Ca2-. La mutación afecta la función del canal.
puesto qr-re se abre mucho más fácilmente y permane-
ce abierto más tiempo del normal; el resultado final es
una liberación masiva de Caz- hacia el citosol. provo-
cando una contracción muscular sostenida.
El cuadro es mucho más complejo en los huma-
nos, ya que la hipertermia maligna presenta hetero-
geneidad genética. Los miembros de un gran número
de familias que han padecido de hipertermia maligna
no muestran relación genética alguna con el gen del
RR/1. Algunos humanos susceptibles de padecer hi-
pertermia maligna, presentan la misma mutación
encontrada en los puercos. Otros poseen una gran va-
riedad de mutaciones en diferentes loci del gen del
RR11. Se ha demostrado que algunas familias con hi-
pertermia maligna presentan mutaciones que afectan
el RDIIP, La figura 58-10 resume la probable cadena
de eventos en el desarrollo de la hipertermia maligna.
La principal esperanza de estos hallazgos es Ia posibi-
lidad de monitorear, utilizando muestras de DNA
adecuadas, a los individuos con riesgo de desarollar
hipertermia maligna durante la anestesia. Las pruebas
de monitoreo actuales (p ej , la prueba in vitro de
cafeína-halotano) son relativamente poco confiables.
Los individuos afectados podrían entonces utilizar
otros ane ésicos alternativos. que no pongan sus vi-
das en peligro. Si se pretendiera, también sería posible

872. Figura 58-10. Esquema simplificado de la etiología de la
hipertermia maligna (MlM 145600). Han sido detectadas al
menos 17 mutaciones puntuales distintas del gen RRl1, al
gunas de las cuales se asocian con la enfermedad de la
estructura central (MlM 117000). Se estima que al menos
50% de las familias cuyos miembros padecen hipertermia
maligna está relacionado con el gen RR/7. También se ha
identificado algunos individuos con mutaciones del gen que
codifica el RDHP; es posible que sean descubiertas muta-
ciones de otros genes que codifican proteínas implicadas
en algunos aspectos del metabolismo muscular.
eliminar la hipertermia maligna del ganado porcino,
realizando algunas prácticas de criat.rza apropiadas.
Otra condición debida a mutaciones del gen que
codifica el RMI es la enfermedad de la estructura
central, la cual es una miopatía rara que se presenta
en la infancia y se manifiesta con hipotonía y debilidad
muscular proximal. La microscopía electrónica revela
la ausencia de mitocondrias en el centro de muchas
fibras musculares tipo I (véase después). El daño a las
mitocondrias inducido por altos niveles intracelulares
de Ca2*. secundarios a un funcionamiento anon.nal de1
RR11. parece ser el responsable de 1os hallazgos
n-rorfológicos.
Un gran número rie proteínas adicionales desempeñan
muchas funciones en la estructura y función muscula-
res (cuadro 58-2). La titina fonna Lrn tercer sistema
de filamentos, quizás permitiendo al músculo regresar
a su forma inicial después de haberse elongado. Esta
proteína cruza desde la línea Zhasfa la línea M, me-
diante un solo filamento que mide más de lmm de
longitr"rd. Parte de la molécula translapa la banda A
Músculoy citoesqtreleto' 827
(donde la actina y la miosina se sobreponen) y otra pafte
traslapa la banda I (principalmente actina). La titina
es la proteína más grande que se conoce hasta el mo-
mento, en cuanto a longitud; su isoforma cardiaca hu-
mana se compone de26,926 aminoácidos, conunamasa
molecular de2993 kDa. Más de90oA de su masa mo-
lecular está constituida por una estructura repetida
compuesta por 244 copias de 100 repeticiones de re-
siduos. Estas repeticiones consisten de 112 dominios
parecidos a inn.runoglobulinas y 132 dominios seme-
jantes a la fibronectina-3 (FN-3-semejantes del inglés
FN-3-like). La titina parece participar en el ensambla-
je muscular, actuando como molde para la inserción
de otras proteínas accesorias de la banda A. La fosfo-
rilación de residuos específicos de serina, localizados
en los extremos opuestos de la titina, puede ayudar a
controlar su inserción en la posición correcta durante
la miogénesis. La titina también interviene en la regu-
lación de la tensión en reposo. Una región central
contiene repeticiones de PGVL (prolina, glutamato.
valina, lisina) y los dominios de inmunoglobulina re-
petidos en tándem. Estas repeticiones pueden actuar
en paralelo, como dos resortes en serie. Reforzando la
función de la región PGVL en la relajación, en el mús-
culo cardiaco contraído, esta estructura llega a medir
hasta 163 aminoácidos de longrtud, en tanto que en el
músculo esquelético, más elástico, mide hasta 2 000
aminoácidos de largo. Las isoformas de titina pueden
ser generadas mediante un empalme dif-erencial; estas
isofbrmas, con longitudes variables de ias zonas de
estiramiento, podrían explicar 1a diversidad de la longi-
tud de los sarcómeros de los mÚrsculos estriados i'er1e-
brados, y también la variación de la tensión en reposo.
La nebulina es offa proteína gigante que se extiende
desde la línea Z a 1o largo de todo el fllarr.rent'l de actina.
quizá controlando la longitud de los filamentos delga-
dos. Se compone de unidades repetidas de 35 arui-
noácidos que conforman dominios de unión para la
actina. La c¿-actinina desempeña una función impor-
tante en el músculo, puesto que ancla la actir.ra a las
líneas Z (discos Z). Otraproteína accesoria irl.rportan-
te es la desmina, un filamento intellnedio (réase
después). Estos filamentos unen a las r¡iof'lbril1as lado
con lado y están implicados en su l'iiación a la superfi-
cie celular. La distrofina también participa en la
fijación a1 plasmalema; las mutaciones del gen que la
codiflca son causa de 1a distrolia muscular de
Duchenne (caso no. 6, capítu1o 65), y están implica-
das tanibién en el desarrollo de algunos casos de
cardiorniopatía dilatada (r'éase después).
La calcineurina es una proteína localizada en el
mírsculo ¡r
es de gran interés. Es una fosfatasa proteica
regulada por cahnodulina. Los estudios han sugeridcl
que podria ser un componente fundamental de los
mecanismos de control que aciivan a genes involr-rcra-
dos en la hipertrofia cardiaca v en la regulación de la
Proteína canal liberador de Ca'z- (RRll
) defectuosa
(p- ej., sustitución de Cis por A19615)
El canal mutante se abre más fácilmente y permanece abierto
por más t¡empo, por lo que hay mayor flujo de Ca'. hacia el cito
Los altos niveles intracelulares de Ca'?* estimulan una
contracción muscular sostenida (rigidez); también inducen
la degradación de glucógeno, la glucólisis y el metabol¡smo
aeróbico (que resulta en una producción excesiva de calor)

873. importantes
828 . Bioquímica de Harper
Cuadro 58-2. Otras proteínas musculares
(L'oltíttti,:,
-<:
aislado careciera de Ca2*, dejaríade latir en 1 minuto
aproximadamente, en tanto que el músculo esqueléti_
co puede continuar contrayéndose sin una fuente
extracelular de Ca2'. El AMp cíclico desempeña una
funciónprimordial tanto en el músculo cardiáco como
en el esquelético; modula los niveles intracelulares de
Ca2- mediante la activación de proteína cinasas. Estas
enzimas fosforilan muchas proteínas de transporte de1
sarcolema y del retículo sarcoplásmico, y también
del complejo regulador troponina-tropomiosina, afec,
tando el nivel intracelular de Ca2*, o las respuestas a é1.
Existe una relación fuerte entre la fosforiiación de 1a
TpI y la contracción aumentada del músculo cardiaco,
inducida por catecolaminas. Esto podría tener relación
con los efectos inotrópicos (aumento de la contracti-
lidad cardiaca) de los compuestos
B-adrenérgicos sobre
el corazón. En el cuadro 58 3 se resumen álgunas di-
ferencias entre el músculo esquelético, cardiaio y liso.
El Ga2* entra a los miocitos a través
de canales de Ca2* y sale med¡ante
ef intercambiador Na*-Ca2* y la Ca2*
ATPasa
Como se mencionó antes, el Car* extracellrlar desem-
peña un función importante en la contracción del
músculo cardiaco, pero no del múrsculo esquelético.
Esto significa que el Caz- entra y sale cle los rliocitos
de un modo regulado. A continuación serán consicle-
radas brevemente. tres proteínas transmembranales que
intervienen en dicha regulación.
A. Canales de Ca2*
El Car' ingresa a los miocitos mediante estos canales.
ios cuales permiten la entrada sólo de iones Car,. La
principal vía de entrada es el canal tipo L (de larga
duración, mayor conductancia) o ca,tai lento de Cal:
estcls canales actúan mediante un umbral de voltaje,
abriéndose durante la despolarización inducida poi la
propagación del potencial de acción cardiaco, y ce-
rrándose e trando el potencial de acción declina. Ésros
canales son equiparables a los receptores de dihidro-
piridina del músculo esquelético (figura 5lJ g).
Los
canales lentos de Cart son regulados por cinasas de
proteína dependientes de cAMp (estirnuladores) y por
cinasas de proteína dependientes de cGMp tinniUi-
doras); dichos canales son bloqueados por los llamados
bloqueadores de los canales cie calclo (p. ej., vera-
pamil). Los canales rápidos de Car- (o canales T. <ie
transitorios), también están presentes en el plasmalema.
aunque en cantidad mucho menor; éstos contribuyen
posiblemente a que se inc¡emente, dLrrante la fase tem-
prana, la concentración mioplirsmica de Caz*.
El aumento resultante de Car- en el nrioplasma
tiene ef'ecto sobre los canales liberadores cle Car- del
retículo sarcoplásrrico, thvoreciencio su apefiura. Esto
Abarca desde la lí-Es la proteína más grande
Nebulina
i nea Z hasta la lhea
M
del organismo. Part¡c¡pa
en la relajación muscular
Puede regular el ensam-
blaje y la longitud de tos
f¡lamentos de actina
Se encuentra deficiente
__ -__ i _._- +._,_
ü-Actinina Ancla la act¡na a las Estab¡liza los filamentos
lÍneas Z de actina
Desm¡na
Fijada al plasma-
lema
i en la distrofia muscular de
Duchenne. Las muta-
c¡ones de su gen pueden
también producir card¡o-
m¡opatra dilatada
Es una fosfatasa de pro-
teínas regulada por cal-
modulina. Puede téner
I funciones importantes en
la hipertrofia cardiaca y
en la regulación de las
fibras musculares de
I
contracción ráp¡da y lenta
Proteina C que i Dispuesta transver- Une a la miosina ya la tr_
une mtostna salmente en las ban_ tina. partic¡pa
en la con-
das A del sarcóme- servación de la integridad
ro estructural del sarcómero
cantidad de fibras de contracción lenta del músculo
esquelético (véase después).
EL MÚSCULO CARDIACO SE ASEMEJA
AL MÚSCULO ESQUELÉTICO
EN MUGHOS ASPECTOS
El cuadro general de contracción muscular en el cora_
zón es similar al del músculo esquelético. El músculo
cardiaco, al igual que el músculo esquelético, es es_
triado y ufiliza el sistema actina-miosina-tropo-
miosina-troponina antes descrito. A diferencia del
músculo esquelético, el músculo cardiaco muestra una
ritmicidad intrínseca, y los miocitos individuales se
comunican entre sí gracias a su naturaleza sincicial.
El sistema tubular T está más desanollado en el mús_
culo cardiaco, en tanto que su retÍculo sarcoplásmico
es menos extenso, y como consecuencia, el suminis_
tro intracelular de C* parala contracción es menor.
El músculo cardiaco depende por tanto, del Ca2*
extracelular para su contracción; si el músculo cardiaco

874. l,Iú s cu I o
.y
ci t o e.s qtt e I et o.
829
Músculo esquelético
4. Retículo sarcoplásmico bien desarrollado
y la bomba de Cuz* actúa ráp¡damente.
5. El plasmalema carece de muchos recepto-
res hormonales.
7. EI Ca'?. del líquido extracelular no tiene im-
portancia en la contracción
Músculo cardiaco
7. El Caz. del liquido extracelular es impor-
tante en Ia contracción
4. El retículo sarcoplásmico está presente y
la bomba de Ca
2-
actúa relativamente rá-
pido
5. El plasmalema cont¡ene una gran variedad
de receptores (p. ej., a- yB-adrenérgicos).
Músculo liso
1. No estriado
9. La caldesmona tienen una función impor-
tante como proteína reguladora
4. El retículo sarcoplásmico es a menudo ru-
dimentario, y la bomba de Ca'?* actúa lenta-
mente
5. El plasmalema contiene una gran var¡edad
de receptores (p. ej., a- y
B-adrenérgicos)
6. La contracc¡én es iniciada por impulsos
nerviosos, hormonas, etc.
7. El Ca'?. del líquido extracelular tiene impor-
tancia en la contracción
8. Carece de sistema de troponinas; emplea
la cabeza de la miosina como regulador
6. El impulso nervioso inicia la contracción 6. Posee r¡tmicidad intrínseca
8. Presencia del sistema de troponinas 8. Presencia del sistema de troponinas
9- No hay pan¡cipación de la caldesmona 9. No hay participación de la caldesmona
10. Ciclaje muy rápido de los puentes cnzados10. Ciclaje rápido de los puentes cruzados 10. Lento ciclaje de los puentes cruzados,
permitiendo una contracción lenta y pro-
longada y menor utilización de ATP
es conocido como liberación de Ca2- inducida por Ca:
(LCIC del inglés Car -induced Ca2- release [CICR]'¡
Se estima que alrededor de1 10% del Car implicado
en la contracción muscular, entra a1 citosol desde dei
líquido extracelular, y el restante 90% procede de1 re-
tículo sarcoplásmico. Sin embargo, ei primer porcenta-
je indicado (10%) es de gran trascendencia, ya que la
velocidad de incremento de Ca2t en el mioplasma es
imporlante, y la entrada de este ion a tra\¡és de 1os cana-
les de Ca2- contribuye de tbrma significativa a dicho
incremento.
I nterc ambi ador C d- /N a.
Esta es la principal vía de salida de Car* de los miocitos.
En los miocitos en reposo, este mecanislno ayuda a
mantener el baio nivel de Ca2' libre intracelular, me-
diante el intercambio de un ion Caz- por tres de Na-.
La energía necesaria para el movimiento contra gra-
diente del Ca2' al exterior de Ia célula, proviene del
movimiento del Na- del plasma al interior de la célula,
a favor de su grandiente de concentración. Tal inter-
cambio contribuye a la relajación muscular, pero puede
realizarse también en dirección inversa durante la ex-
citación. Debido a la existencia de este mecanismo de
intercambio de Car -Na , cualquier factor que ocasio-
ne un aumento intracelular de Na' (Na-¡), provocará
coll1o consecuencia elevación de Ca2*¡ produciéndose
una contracción de mayor fuerza. Esto se conoce coll1o
ef-ecto inotrópico positivo. Un ejemplo es el uso de
lárrnacos ilamados digitálidos para tratar 1a insuficien-
cia cardiaca. Los digitálidos inhiben la Na*-K-ATPasa
del sarcolema, disminuyendo la salida de Na- e incre-
mentando así el Na'1. Esto, a su vez, ocasiona que
aumente el Caz' a través del mecalrismo de intercam-
bio Car'-Na*. El incremento del Ca2'1 resulta en el
reforzamiento de la contracción cardiaca (de benefi-
cio en el caso de la insuficiencia cardiaca).
Cd'ATPasa
Esta bomba de Ca2*, localizada en el sarcolema, también
contribuye a la salida de Ca2n, pero se cree que desem-
peña una función de menor importancia en compa-
ración con el mecanismo de intercambio Ca2t-Na*.
Debe señalarse que existe una gran variedad de
canales iónicos (capítulo 43) en la mayoría de 1as cé-
lulas: para Nat, Kn, Ca2*, etc. Muchos de ellos han
sido clonados en los últimos años, y ha establecido su
topología en las membranas respectivas (número de
veces que cada uno cruza su membrana, localización
del sitio real del transporte iónico en la proteína, etc.).
Los canales iónicos pueden ser ciasificados como se
indica en el cuadro 58-4. El músculo cardiaco es rico
en canales iónicos, los cuales son también de gran im-
portancia en el músculo esquelético. Las mutaciones
de genes que codifican los canales iónicos, han mos-
trado ser las responsables de un gran número de
condiciones relativamente poco comunes que afectan
al músculo. Éstas y otras enfermedades debidas a mu-
Cuadro 58-3. Algunas diferencias entre el músculo esquelético, cardiaco y liso
3. Túbulos T grandes 3. Túbulos T generalmente rud¡mentarios
1. Estriado
l
3. Túbulos T pequeños

875. 830 . Bioquímica de Harper (Capítulo 58t
Cuadro 58-4. Tipos principales de canales iónicos
taciones de los canales iónicos, han sido denominadas
canalopatías; algunas de las cuales están enlistadas
en el cuadro 58-5.
Las cardiomiopatías hereditarias se
deben a trastornos del metabolismo
energético card¡aco o a proteínas
m iocárdicas defectuosas
Una cardiomiopatía hereditaria es cualquier anomalía
estructural o funcional del miocardio ventricular cuya
causa es hereditaria. Existen algunos tipos de
cardiomiopatías no hereditarias, pero no serán trata-
das aquí. Como se muestra en el cuadro 58-6, las
causas de cardiomiopatías hereditarias pueden perte-
necer a dos clases muy extensas: l) trastornos del
metabolismo energético cardiaco, que reflejan princi-
palmente mutaciones de genes que codifican enzimas
o proteínas involutradas en la oxidación de ácidos
grasos (la principal fuente de energía del miocardio) y
en la fosforilación oxidativa;y 2) mutaciones de genes
que codifican proteínas las cuales intervienen o afec-
tan la contracción miocárdica, como la miosina,
tropomiosina, las troponinas y la proteína C que une a
la miosina. Las mutaciones de los genes que codifican
estas tres últimas proteínas originan la cardiomiopatía
hipertrófica familiar, la cual será discutida a continua-
ción.
Las mutaciones del gen que codif¡ca !a
cadena pesada de la p-miosina cardiaca
son una de las causas de ¡a
cardiom¡opatía hipertrófica familiar
La cardiomiopatía hiperlrófica familiar es una de las
enfermedades cardiacas hereditarias más frecuentes.
Los pacientes que presentan hipertrofia
-casi
siem-
Cuadro 58-5. Algunos trastornos (canalopatías)
debidos a mutaciones de genes que codifican
péptidos constituyentes de canales iónicos
*
*
ffiormadón obten¡da parcialmente de Ackerman MJ, Clapham
DE: lon channels-basica science and cl¡nical disease. N Eng
J Med 1997;336:1575.
i
Otras canalopatías son el si.ldrome de QT prolongado (MlM
192500); el pseudoaldosteronismo (síndrome de Liddle, MIM
177200); hipoglicemia hiperinsulinémica persistente infantil
(MlM 601820); Nefrol¡tasis infantil t¡po l¡ hereditaria ligada al
cromosoma X de carácter recesivo (síndrome de Dent, MIM
300009), y miotonía generalizada recesiva (enfermedad de
Becke( MIM 255700). El término "miotonh" se refiere a cuaF
quier condición en la que los músculos no se relajan des-
pués de su contracción.
pre global- de uno o de ambos ventrículos, la mani-
fiestan desde los primeros años de vida, y no está
relacionada con ningún tipo de causa extrínseca como
la hipertensión. La mayoría de los casos son transmi-
tidos de forma autosómica dominante: el resto son
Cuadro 58-6. Causas bioquímicas de
cardiomiopatías hered itarias*,t
I Proteínas o procesos alterados
Errores congén¡tos de la oxi-
dación de ácidos grasos
La carnitina entra a las células y a
las mitocondrias Algunas enz¡mas
de la oxidación de ácidos grasos
.
Basado en Kelly DP, Strauss AW: ¡nherited card¡omyopathies. N
ErEI J Med 1994;330:913.
'r
Mutac¡ones (p. ej., mutaciones puntuales, o en algunos casos
deleciones) de genes (nucleares o m¡tocordr¡ales) que codifican
muclEs proteiEs, enzmas o moléculas de IRNA, como causa fun-
damental de cardiomiopaths hereditar¡as. Aigunas cordiciores
son leves, en tanto que otras son graves y pueden ser parte de un
síndrome que afecta otros §idos
(p. ej., MELAS; capñulo 64).
presentes en las células
Se abre en respuesta a una molécula
extracelular específica, por eJemplo
acetilcolina
Se abre o cierra en respuesta a una
molécula intracelular específica, por
ejemplo un nucleótido cíclico
Se abre en respuesta a un camb¡o en
el potencial de membrana, por ejemplo
Na
.,
K. y los canales de Ca2, en el
cofazón
Se abren en respuesta a un cambio en
la presión mecán¡ca
Parálisis periódica hiperca-
lémica (MlM 170500)
Parálisis periódica hipocalé-
mica (MlM 114208)
Hipertermia mal¡gna
(MrM 180901)
Canal de Ca'!. de voltaie lento
(RDHP) Músculo esquelético
Canal liberador de Ca'¿. (RRll)
Anomalias de las proteínas
contráctiles y estructu-
rales m¡ocárdicas
Proteínas codificadas por genes
mitocondriales Protehas codifica-
das por genes nucleares
Cadenas pesadas de p-miosina,
troponina. tropomiosina, distrofina
Tipo
Estímulo mecánico, de
compueta
Canal de cloruro Músculo es-
quelético

876. espontáneos. Hasta hace pocos años, la causa no ha-
bía podido ser establecida.
El comienzo del entendimiento molecular de la
cardiomiopatía hipertrófica familiar data de 1989,
cuando se encontró la relación genética del trastorno
con un polimorfismo del brazo largo del cromosoma
14 en una familia afectada, gracias al uso de todo un
equipo de marcadores RFLP. Los estudios previos
habían señalado que dos genes que codifican las
isoformas o y p de las cadenas pesadas de la nliosina
cardiaca, se localizaban en tándem cerca del sitio del
polimorfismo, indicando que se trataba de los genes
afectados. La isoforma p predomina en el músculo
ventricular humano. Los estudios subsecuentes reve-
laron que la presunta responsable de la cardiomiopatía
hipertróhca familiar era una mutación con cambio de
sentido(es decir, sustitución de un aminoácido por otro)
de la cadena pesada de la B-miosina.
Estudios adicio-
nales han descubiefio un gran número de mutaciones
con cambio de sentido del mismo gen, todas codifi-
cando residuos altamente conservados. Algunos indivi-
duos han mostrado otras mutaciones, como la forma-
ción de un gen que codifica una cadena pesada híbrida
de crlp-miosina. Los pacientes con cardiomiopatía hi-
perlróf ica familiar pueden presentar grandes I aria-
ciones en el cuadro clínico. Esto refleja en parte la
heterogeneidad genética, es decir, la mutación de mu-
chos otros genes también puede llevar al desarrollo de
cardion,iopatía hereditaria familiar. Adernás, las mu-
taciones en distintos sitios del gen que codifica la
cadena pesada de la B-miosina
pr.reden afectar la fun-
ción de ia proteína en menor o mayor grado. Las
mutaciones con catnbio de sentido se agrupan en la
cabeza y en las regiones cabeza-bastón de la cadena
pesada de miosina. Una hipótesis es que los polipép-
tidos mutantes ("polipéptidos veneno") originan la
fbrnración de miofrbrillas anonnales, 1as cuales resul-
tan t-inalmente en una hipertrofia compensadora. Es
de gran interés el l.recho de que ningr-rna de las muta-
ciones albcten 1os tres dominios funcionales principales
de la proteína (actividad de ATPasa, sitio de unión
con la actina y sitio de unión con la cadena ligera de
miosina), qr-rizá porque en caso de suscitarse serían
morlales. Algunas mutaciones alteran la carga de los
aminoácidos (p. ej., sustitución de arginina por gluta-
mina), con lo cual se af-ecta posiblemente la contbrma-
ción de la proteína de fbrma más marcada, y perlurba
así su lunción. Los pacientes con estas mutaciones
cuentan con una esperanza de vida mucho rnás cofia
que los pacientes cuyas mutaciones no tienen efecto
alguno sobre 1a carga de los aminoácidos. Luego en-
tonces, la deten.ninaciór.r pr:ecisa de 1as mrrtaciones
involucradas en la génesis de la cardiomiopatía hiper-
trófica familiar podría tener un valor pronóstico signi-
ficativo; éste podría lograrse con el uso adecuado de la
reacciór.r en cadena de polin.rerasa sobre DNA genó-
MitsculoY citoesqtteleft¡ '
831
mico obtenido de una muestra de linfocitos sanguíneos.
La figura 58-1.1 representa un esquema simplilicado
de los eventos causales de la cardiomiopatía hiper-
trófica familiar.
Otro tipo de cardiomiopatía es la llamada car-
diomiopatía dilatada. Las mutaciones en los genes
que codifican la distrofina, la proteina muscular LIM
(denominada así debido a que contiene un dominio
abundante en cisteína originalmente detectado en otras
tres proteínas: Lin-II, Isl-1 y Mec-3), y la proteína de
unión del elemento de respuesta a nucleótidos cícli-
cos (PUERC) (del inglés cyc:lic response-elentertr
binding proteinlCREBl), han sido implicada en la etio-
logía de esta condición. Las primeras dos proteínas
ayudan a organizar el aparato contráctil de las células
r.r.rusculares cardiacas y la PUERC está relacionada con
la regulación de un gran número de genes de estas cé-
lulas. La investigación actual tiene como propósito no
sólo elucidar las causas moleculares de ias
cardiomiopatías, sino adernás descubrir las mutacio-
nes que originan trastornos del desar:rollo cardiaco (p.
ej.. defectos de los tabiques) y arritmias (p. ej., debi-
das a mutaciones que afectan los canales iónicos)
En tanto que todos los músculos contienen actina.
miosina y tropomiosina, sólo los milscuios estriados
cle los vertebrados poseen el sistema de troponina. Esto
indica que los mecanismos que regulan 1a contracción
difieren en los diferentes sistemas contráctiles.
Cardiomegalia y muchos signos y síntomas
card¡acos, incluyendo muerte súbita
Figura 58-11 . Esquema simpliflcado de la etiología de la cardio-
miopatía hipertrófica familiar (MlM 192600), ocasionada por
mutaciones del gen que codiflca la cadena pesada de la
l3-mio-
sina. Las mutaciones de genes que codif¡can otras proteínas,
como las troponinas, tropomiosina y Ia proteína C de unión
de la miosina, pueden también originaresta condición. Las muta-
ciones de genes que codifican aún otras proteÍnas (p ej., dis-
trofina) están implicadas en la etiología de la cardiomiopatía
dialatada.
Predominio de mutaciones con cambio de sentido del gen
que codifica la cadena pesada de la B-miosina,
localizado en el
cromosoma 14
Cadenas de polipéptldos mutantes ("polipéptidos veneno")
que conducen a la formación de miofibrillas defectuosas

877. 332 . Bioquímica de lTarper (Capítttlo 561
El músculo liso posee estructuras moleculares
semejantes a las presentes en el músculo estriado, pero
los sarcómeros no están alineados, por lo que no le con-
fieren la apariencia estriada. Los músculos lisos contie-
nen c¿-actinina y tropomiosina, como los músculos
esqueléticos; no cuentan con el sistema de troponina,
y las cadenas ligeras de las moléculas de miosina di-
fieren de aquéllas de la miosina de los músculos
estriados. La regulación de la contracción del múscu-
1o liso esá basada en miosina-a diferencia del músculo
estriado, en cual está basada en actina. Sin embargo,
al igual que el músculo estriado, la contracción del
músculo liso está regulada por Ca2*.
La fosforilación de las cadenas
p-l¡geras de la miosina inicia
la contracción del músculo liso
Cuando la miosina del músculo liso se une a la actina F,
en ausencia de otras proteínas musculares como tro-
pomiosina, no existe actividad detectable de AIPasa.
Esta falta de actividad es muy distinta a la situación
descrita para la miosina y actina F del músculo estria-
do, en el cual hay gran actividad de dicha enzíma. La
miosina del músculo liso posee una cadena ligera (ca-
dena p-ligera) que evita la unión de la cabeza de la
miosina y a la actina F. La cadena p-ligera debe ser
fosforilada antes de que permita que la actina F active
la ATPasa de la miosina. La actividad de AIPasa lo-
gra entonces hidrolizar el AIP hasta casi diez veces
más lentamente que la AIPasa del músculo esqueléti-
co. El fosfato de las cadenas ligeras de miosina puede
formar un quelado con el Ca2* unido al complejo
tropomiosina-TpC-actina, 1o que lleva a un incremen-
to en Ia tasa de formación de puentes cruzados entre
las cabezas de la miosina y la actina. La fosforilación
de las cadenas p-ligeras comienza el ciclo de contrac-
ción, unión-separación, en el músculo liso.
La cinasa de la cadena ligera
de la miosina es act¡vada por ¡a
calmodulin a-4Ca2* para después
fosforilar la cadena p-l¡gera
El sarcoplasma del músculo liso contiene una cinasa de
la cadena ligera de miosina que es dependiente de cal-
cio. La activación por Ca2* de la cinasa de la cadena ligera
de miosina requiere la unión de la calmodulina.4Ca2*
a su subunidad cinasa (figura 58-12). La cinasa de la
cadena ligera activada por la calmodulina.4Ca2*,
fosforila la cadena p-ligera, la cual posteriormente deja
de inhibir la interacción miosina-actina F. Entonces,
el ciclo de contracción comienza de nuevo.
Calmodulina
It
ttiosina cinasa
1 0-s mol/L
"u
lT
.l. 7
mot/L ca2-
(inactiva)
Ca2*. calmodulin" *-
I
l
pL-miosina (inhibe
la interacción actina-miosina)
H2P04-
f
FosFATASAI
Figura 58-12. Regulación de la contracción del músculo liso
por Ca2*. (Adaptado de Adelstein RS, Eisenberg R: Regula-
tion and kinetics of actin-myosin ATP interaction. Annu Rev
Biochem 1980;49:921.)
El rnúsculo liso se relaja cuando la
consentraeiÓn de Sa2n eae Bor debajü
de 10{ n"!oBa!'
La relajación del músculo liso ocurre cuando I ) el Ca2*
sarcoplásmico disminuye a menos de 10-7 mol/L. El
Ca2* se disocia de la calmodulina, que a su vez se di-
socia de la cinasa de Ia cadena ligera de miosina, por
1o que 2) la cinasa se inactiva. 3) No hay fijación de
nuevos fosfatos a ia cadena p-ligera, y la fosfatasa de
proteínas de la cadena ligera, la cual está activa per-
manentemente y es independiente de calcio, remueve
1os fosfatos de la cadena p-ligera. 4) La cadena p-ligera
de miosina desfosforilada inhibe entonces la unión
entre las cabezas de miosina y la actina F, y la actividad
de ATPasa. 5)La cabeza de miosina se separa de la
actina F en presencia de AIP, pero no puede unirse a
ella de nuevo debido a la presencia de la cadena p-lige-
ra desfosforilada; es así que tiene lugar la relajación.
En el cuadro 58-7 se resume y compara la regu-
lación de las interacciones actina-miosina (activación
de Ia ATPasa de la rniosina) en los músculos estriado
y liso.
La cinasa de la cadena ligera de miosina no se ve
afectada de forma directa o es activadapor el oAMP. Sin
embargo, la cinasa de proteínas activada por cAMP
(capítulo 44) puede fosforilar a la cinasa de la cadena
ligera de miosina (no la cadena p-ligera). La cinasa de
HPOr--pL-miosina (no inhibe
la interacción miosina-activa)
.
CALMOT
CINASA

878. L{úsculo
), cifoesqueleto ' 833
Cuadro 58-7. lnteracciones actina-miosina en el músculo estriado y liso
Músculo estr¡ado Músculo liso (y células no musculares)
Proteínas de los filamentos musculares Act¡na
Miosina
Tropom¡os¡na
Troponina [pl, Tp]l TpC)
Actina
Miosinal
Tropomiosina
lnteracción espontánea entre actina F
y miosina (activación espontánea
de la ATPasa de la miosina por la
actina F)
Sí NO
lnhibidor de la interacc¡ón actina-
miosina (inhibidor de Ia activa-
ción de la ATPasa dependiente
de actina F)
Sistema de troponinas (Tpl) Cadena p{¡gera de miosina no fosforilada
Contracción activada por Ca2' Ca2*
Efecto directo del Ca'¿. 4ca'z* se unen a TpC 4oa'¿" se unen a calmodulina
Efecto del Ca
,-
fijado a proteína Elcomplejo TpC . 4Ca2* antagon¡za la inhib¡ción
por Tpl de la interacción act¡na F-m¡osina (per-
mitiendo la activación de la ATPasa de-
pendiente de actina F)
Elcompleio calmodulin.4Ca2* activa la cinasa
de la cadena l¡gera de miosina que fosforila la
cadena p-ligera de miosina. La cadena p-
l¡gera fosforilada ya no inhibe la interacc¡ón
actina F-miosina (permitiendo la activac¡ón de
la ATPasa dependiente de actina -F).
*Las
cadenas ligeras de miosina son distintas en los músculos estr¡ado y l¡so.
la cadena ligera de miosina foslbrilada nluestra una
afinidad mucho menor por la calmodulina'Ca2-, y por
tanto, es mucilo menos sensible a la activación. Con-
secuentemente. un aumento del CAMP atenÚra la
respuesta de contracción de1 músculo liso por eleva-
ción del Ca2* sarcoplásmico. Este mecanismo molecu-
lar puede explicar el efecto relajante de la estir¡ulación
B-adrenérgica sobre el n.rúsculo liso.
Otra proteína que parece tener una panicipación
importante en la regulación de la contracción del
músculo liso dependiente de Ca2' es la caldesmona
(87 kDa). Esta proteína se localiza en el músculo liso
y está presente también en tejidos no musculares. A
bajas concentraciones de Ca2-, la caldesmona se une a
la trr,pomiosina y actina; esto impide Ia interacción
ente actina y miosina, manteniendo al múLsculo en es-
tado relajado. A concentraciones más altas de C**,la
Car'-calmodulina une a la caldesrnona, liberándola de
la actina; entonces, esta última queda libre para unirse
a la miosina y así generar Ia contracción. La caldesmona
también es sometida a un proceso de fosforilación-
desiosforilación; cuando es fosforilada, no se puede
fijar a la actina, así ésta clueda libre para interactuar
de nuevo con la miosina. La caldesmona puede tam-
bién intervenir en la organización de la estructura del
aparato contráctil en el músculo liso. Muchos de sus
efectos han sido demostrados in vitro, y su irnportan-
cia f,rsiológica aúrn está en investigación.
Como se señaló en el cuadro 58-3, el lento ciclaje
de los puentes cruzados da lugar a una contracción
lenta y prolongada del músculo liso (p. ej., en los va-
sos sanguíneos y vísceras) con una menor utilización
de AIP en comparación con el músculo estriado. La
capacidad del músculo liso de mantener su fuerza a
velocidades limitadas de contracción se conoce como
estado de cerradura; ésta es un rasgo característico
del músculo liso, y la determinación exacta de su base
molecqlar está en estudio.
El óxido nítrico relaja el músculo liso
de los vasos sanguineos y también
tiene muchas otras funciones
biológicas importantes
La acetilcolina es un vasodilatador que actua relajando
al músculo liso de los vasos sanguíneos. No obstante,
no actúa directamente sobre dicho múscu1o. Una ob-
servación trascendente es que si las células endoteliales
fueran extraídas de la capa subyacente de células muscu-
lares lisas, la acetilcolina no tendria más su efecto vaso-
dilatador. Este hallazgo indica que los vasodilatadores
como la acetilcolina interactuan inicialmente con las
células endoteliales de los vasos sanguíneos peque-
ños, a través de receptores específicos; dichos recep-
tores están acoplados a la cascada de los fosfoinosítidos
(capítulo 44), que conduce a la liberación intracelular
de Ca2* mediante la acción del trifosfato de inositol. A
su vez, la elevación de Ca2* lleva a la liberación del fac-
tor relajante derivado del endotelio (EDRF del in-

879. Acetilcol¡na
i
E
.' Arginina
"-I' lca'*- - - - @l oN sintasa
+
ON + Citrulina
cGMP
cinasas
proteicas
| .'
t^
rG)<-----
834 . Bioquímica de Harper
glés endothelium-derived relaxing.factor), el cual di-
funde hacia el músculo liso adyacente, donde reacciona
con e1 grupo her¡e de una guanilil ciclasa soluble; esto
da como resultado la activación de esta enzima, con la
elevación consecuente de los niveles intracelulares de
cGMP (figura 58-13). Tal evento estimula, a su vez, la
actividad de ciertas cinasas proteicas dependientes de
cGMP, las cuales fosforilan posiblemente proteínas muscu-
lares específicas, ocasionando la relajación del mús-
culo. Sin embargo, el vasodilatador arterial coronario
nitroglicerina, ampliamente utilizado para aliviar la
angina de pecho, estimula Ia liberación intracelular de
EDRF y por tanto, produce un aumento de cGMP.
De forma inesperada, el EDRF se identificó como
el gas óxido nítrico (ON), el cual se genera por la
acción de la enzima ON sintasa, de ubicación citosó-
lica. Las formas endotelial y neuronal de la ON sintasa
son activadas por Ca2- (cuadro 58 8). El sustrato de
esta enzima es la arginina y sus productos son citrulina
v oN:
Trin¡lrato
de glicerilo
CELULA
ENDOTELIAL
tCapírttlo i'
Eñ^r *l
La ON sintasa cataliza una oxidación de cinco elec-
trones de un nitrógeno amidina de la arginina. La
l-hidroxiarginina es un intermediario que permanece
firmemente unido a la enzima. La ON sintasa es una
enzima compleja, que emplea cinco cofactores redox:
NADPH, FAD, FMN, heme y tetrahidrobiopterina. El
ON también puede formarse a partir del nitrito, deri-
vado de vasodilatadores como e1 trinitrato de glicerilo
durante su metabolismo. El ON tiene una vida media
muy corta (aproximadarnente de 3 a 4 segundos) en
los tejidos, debido a que reacciona con el oxígeno
1'
con el superóxido. El producto de la reacción con el
superóxido es el peroxinitrito (ONOO'), el cual se
descompone a la forma altamente reactiva de radical
OH'. El ON es inhibido por la hemoglobina y otras
proteínas que contienen heme, las cuales se fijan a é1
f irmemente. Los inhibidores químicos de la ON sintasa
ahora se encuentran disponibles, por 1o que se puede
disrninuir notablemente la formación de ON. La ad-
ministración de tales inhibidores a animales y humanos
produce vasocontricción. y una marcada elevación de
la presión sanguínea, lo que indica que el ON posee
gran importancia en el mar.rtenirniento de la presión
sanguínea in vivo. Otro ef-ecto cardiovascular impor-
tante es el que se logra mediante la estimr-rlación de la
síntesis de cGMP, el cual actúa como inhibidor de la
agregación plaquetaria (capítulo 59).
Desde el descubrimiento cle la fiLnción qlre des-
empeña el ON como vasodilatador, ha surgido un gran
interés experimental al respecto. Se ha descubiefto una
gran variedad de funciones de este gas, las cuales im-
plican su presencia casi en todos los tejidos del orga-
nismo (cuadro 58 9). Han sido identiflcadas tres
isofomras principales de la ON sintasa, cada una de
1as cuales ha sido clonada; adernás, se ha determinado
con precisión la localización cromosómica de los genes
que las codifican en los humanos. Han sido realizados
experimentos de noqueo génico, utilizando la recombi-
nación homóloga (capítulo 42) de cada una de las tres
isofbrmas lo que ha ayudado a establecer algunas de
las funciones postiLladas para el ON.
En resumen, la investigación realizada durante la
década pasada dernostró que el ON posee una in.rpor-
tante parlicipación en muchos procesos fisiológicos y
patológicos.
El ATP requerido como fuente constante de energía para
que se ileve a cabo el ciclo contr acción-relajación muscu-
lares debe ser generado 1) por glucólisis, utilizando
Nitrato--->-
Y
Nitrito ---> ON-->
GTP
^
lGuanilil
U
lciclasa
t
cGMP
I
Y
Re alac ón
CÉLULA DE Músculo Ltso
Figura 58-13. Diagrama que muestra la formación de óxido
nítrico (ON) en una célula endotelial, a partir de argrnina, en
una reacción calalizada por la ON sintasa. La interacción
entre un agonista (p. ej., acetilcolina) y su receptor (R), pro-
bablemente induce la liberación de Ca2. a través del trifosfato
de inositol generado en la vía del fosfoinosítido, y produce la
activación de la ON sintasa. El ON, de forma subsecuente,
se difunde hacia el músculo liso adyacente, donde ocasiona la
activación de la guanilil ciclasa, formación de cGMP, estimu-
lación de cGMP-cinasas de proteínas y la relajación como
efecto final. La nitroglicerina (vasodilatador) ha demostrado
actuar en el interior Ce las células de músculo liso, donde su
metabolismo lleva a la formación de ON.

880. Músculo y citoesclueleto .
835
Cuadro 58-8. Besumen de la nomenclatura de las ON s¡ntasas
y de los efectos de su noqueo génico en ratones
r
r
Adaptado de Snyder SH: NO endothellal NO, Nature 1995;32:196.
t n, neuronal; ¡,¡nducible; e, endotelial.
+
El noqueo génico fue realizado mediante recombinación homóloga en ratones (capítulo 42). Las enz¡mas son clasificadas como
neuronales, lnduclbles (macrófagos) y entote¡lalés debldo a que son ésto3 los sltlos en los gue fueron fdentlflcada8 por prlmera
vez. No obstante, las tres enz¡mas han sido detectadas en otros sitios, y ta enz¡ma n€uronal también es induclble. Cada enzima
ha sldo clonada y su locallzaclón cromosómlca en los humanos tamblén ha sldo determlnada.
I La iONS es lndependiente de Ca
,., p6ro se f¡¡a firmeménte a la catmodulina.
glucosa sanguínea o glucógeno muscular,2) por fosfo-
rilación oxidativa, 3) a partir de la creatina fosfato, y
4) a partir de dos moléculas de ADP en una reacción
catalizada por la adenilil cinasa (figura 58-14). La can-
tidad de AIP en el músculo esquelético sólo es sufi-
ciente para suministrar la energía necesaria para la
contracción de L a2 segundos, de manera que el AIP
debe ser renovado de forma constante a partir de una
o más de las fuentes señaladas antes, dependiendo de
las condiciones metabólicas. Como se discutirá des-
pués, existen al menos dos tipos distintos de fibras de
músculo esquelético, una que es predominantemen-
te activa en condiciones aeróbicas y Ia otra en condi-
ciones anaeróbicas; como es de esperar, ambas utilizan
cada una de las fuentes de energía mencionadas en
distinta proporción.
E! músculo esquelético contiene
grandes reservas de glucógeno
El sarcoplasma del músculo esquelético cuenta con
abundantes reservas de glucógeno, localizado en grá-
nulos cercanos a las bandas I. La liberación de glucosa
*
a partir de glucógeno depende de una fosforilasa es-
pecífica de glucógeno muscular (capítulo 20), la cual
puede ser activada por Ca2n, adrenalina y por AMP.
Para generar glucosa 6-fosfato para iniciar la glucólisis
en el músculo esquelético, la fosforilasa b de glucógeno
debe primero ser activada a fosforilasa a mediante la
fosforilación llevada a cabo por la fosforilasa b cinasa
(capítulo 20). El Ca2* promueve la activación de esta
última enzima, también mediante fosforilación. Así,
elC** realizados funciones en este proceso: inicia la con-
tracción muscular y activa una vía por medio de la cual
se obtiene la energía necesaria. La hormona adrenalina
también activa la glucogenólisis en el músculo. El AMP,
producido por la degradación de ADP durante el ejer-
cicio muscular, también puecle activar la fosforilasa b
sin provocar su fosforilación. La fosforilasa b del glu-
cógeno muscular se encuentra inactiva en la enferme-
dad de McArdle, una de las enfermedades de1 alma-
cenamiento de glucógeno (capítulo 20).
Bajo eondiciones aeréh¡cas, el músculo
genera ATP mediante ¡a fasforilación
oxidativa pr¡ns¡pairnente .
La síntesis de AIP a través de la fosforilación oxidativa
requiere del suministro de oxígeno. Los músculos, que
tienen mayor demanda de oxígeno como resultado de
su contracción sostenida (p. ej., para mantener la pos-
tura corporal), lo almacenan fijado al grupo heme de
la rnioglobina (capítulo 7). Gracias al grupo heme, los
músculos que contienen mioglobina son de color rojo,
en tanto que los músculos con poca o ninguna cantidad
de mioglobina son blancos. La glucosa que proviene de
la circulación sanguínea y del glucógeno endógeno, así
corno los ácidos grasos derivados de los triacilglice-
roles del tejido adiposo, son los sustratos principales
utilizados para el metabolismo aeróbico en el músculo.
. Vasodilatador, importante enh regdac¡ónde la presiónsanguirea
. Participa en la erección peneana; el c¡trato de sildenafil (V¡agra)
afecla este proceso al inh¡bir una ,osfodisterasa del CGMP
. Neurotrarsmisor en el cerebro y el sisterma nervioso periférico
autónomo
. Pa¡t¡c¡pa en la poterriación a largo phzo
. Participa en la neurotoxicidad
. Los niveles baios d€ ON están relacionados con el p{oroespasmo
de la esterbsis p¡lórica hipertrófica ¡nfanl¡l
. Puede intervenir en la relaiación del músculo esquelét¡co
'
Puede tormar parle de un s¡stema inmune prim¡tívo
. hhlbe la adh€sión, act¡vación y agregación plaqueta¡ia
Subtlpo Nombrer Comentarlos Resultado del noqueo génico en ratones+
I nONS Su actiüdad depende del aumento de Ca2*. ldentificada
por primera \€z en neuronas. Acüvada por calmodulina.
Estenosis pilórica, resistente al colapso vascular;
conducta se)ual agresiva (serc masculirn).
2 ioNs. lndepend¡ente del aumento de Ca,.. lmportante en
macrófagos.
Más sl'§ceptibles a ciertos tipos de infección.
3 eONS Su acüüdad depende del aumento de Ca2*.
ldentificada por primera vez on céluhs endoteliales.
Elevación de la presión arterial media.

881. 836 " Bioquímicct de Harper (Capítulo 5, t
Creatina fosfato
I
cBEATNAI ll
I
FosFocrNASA I
lLl
)"""a{.,_,1
t
( E.-*.r
ll

ATP
\-----r'
+
I rosronrl-ecrón I I
I oxrorrvn |
|
Figura 58-14. Las múltiples fuentes de ATP en el músculo.
esquelético. Una clasificación las subdivide en tipo I
La adenilil cinasa cataliza ra formación de una mo- !'^",'lTii'ffi:Httl;llt?l.l#:iffi[:ix:i;1,'.'Íi;]l;
lécula de AIP y una de AMP, a partir de dos moléculas
fines dssimplificación, consideraremos sólo dos tipos:
de ADP Esta reacción esta acoplada a la hidrólisis de
dpo I (contracción lenta, oxidativa) y tipo II (contracción
AfP mediante la ATPasa de la miosina durante la con-
rápida, glucolítica) (cuadro 58-10). Las fibras tipo I son
tracción muscular (figura 58-14). rojas debido a que contienen mioglobina y mitgcondrias;
El AMP así producido, puede ser desarninado por la su metabolismo es aeróbico y realizan contracciones
AMP desaminasa, fbrmando IMP y amoniaco: relativamente sostenidas. Las fibras tipo II, carecen de
AlllP + H,o + IMP + NH.
mioglobina y contienen muy pocas mitocondrias, son
De esta forma, er músculo es fuenre de amoniaco (tam-
|Tfi::dx;ffi'J¿["1",'á:tffJlái1'"]1li'"H::i::f.i
bién producido por la reacción catalizada por la adeno-
ta. La proporción de estos dos tipos de fibras varía según
sina desaminasa, descrita después), el cual ingresará el músculo del organismo, dependiendo de su función
al ciclo de la urea en el hígado (capítulo 31). El AMP
1p ej., si un músculo participa en la contracción soste-
también puede ser sustrato de la 5'-nucleotidasa, ia cual nida, como es la conserva- ción de 1a postura corporal).
hidroliza ei fosf'ato y produce adenosina: La proporción también varía con el entrenamientolpor
AMP+HrO*+Adenosina+P,ejemplo'elnúmerodefibrastipolaumentaenalgu-
nos músculos de la pierna de atletas que se entrenan
La adenosina actú¿r como vasodilatador, incremen- para maratones, en tanto que el número de fibras tipo
tando el flujo sangrríneo y el suministro de nutrientes II aumenta en los corredores de velocidad.
Contracción
muscular
I
nream
| \
lde
N/rosrNA | \
La creatina fosfato const¡tuye la reserya
pr¡nc¡pal de energía en e! músculo
La creatina fosfato evita la depleción rápida de ATP, al
suministrar un fosfato de alta energía de disposición
inmediata, el cual puede ser utilizado para regenerar
AIP a partir de ADP. La creatina fosfato se forma a
partir de AIP y de creatina (figura 58-14), cuando el
músculo está relajado y no tiene grandes demandas de
ATP. La enzíma que cataliza la fosforilación de la
creatina es la creatina cinasa (CK, del inglés, creatine
kinase), una enzima específica de músculo, de gran
utilidad en la práctica clínica para la detección de en-
fermedades musculares agudas o crónicas.
ADP + P¡
al músculo. La adenosina, a su vez, es un sustrato de
la adenosina desaminasa, produciendo inosina y
amoniaco:
Adenosina + Hr-+ Olnosina + NH.
El AMP, el P1 y el NH3 formados durante muchas de
las reacciones anteriores, activan a la fosfofructo'
cinasa-L (FFC-L); así se incrementa la tasa de
glucólisis en el músculo que se ejercita rápidamente,
como durante una caffera.
EL MÚSCULO ESOUELÉTrcO POSEE
FIBRAS DE CONTRACCION LENTA
(ROJAS) Y RÁPIDA (BLANCAS)

882. ATPasa de miosina
Utilización de energia
Mitocondria
Color
Mioglobina
Velocidad contracción
Duración
Cuadro 58-I0. Características de las fibras tipo I
y tipo ll del músculo esquelét¡co
Tipo I
Contracción
lenta
Tipo ll
Contracción
rápida
Baja
Baja
Muchas
Rojo
Sí
I Lenta
¡
Prolongada
En vista de los dos tipos de fibras del músculo esque-
lético, y a las muchas fuentes de energía descritas
previamente, es de gran interés colllparar su parlicipa-
ción en la actividad rcalizada por un corredor (p. ej..
de 100 metros) y por un maratonista (42.2 km) (cua-
dro 58 1l).
Las fuentes principales de energía durante una
carera de 100 trretros son la creatina fosfato (duran-
te los primeros 4 a 5 segundos) y después la glucólisis
anaeróbica, utilizando el glucógeno muscular como
fuente de glucosa. Los dos sitios principales de con-
trol metabólico se encuentran en la fosforilasa de1
glucógeno y en la FFC-I. Como se señaló antes, la
primera enzima es activada por Ca2* (liberado desde
el retículo sarcoplásmico durante la contracción), adre-
nalina y AMP. La FFC-1 es activada por AMP, P1 y
NH,. Haciendo alusión a la eficiencia de estos proce-
sos, el flujo de energía mediante la glucólisis puede
Cuadro 58*11. Tipos de fibras musculares y
principales fuentes de energía utilizadas en un
corredor de velocidad y en un maraton¡sta
Músculo v citoesque!eto . 837
incrementarse hasta I 000 veces durante una carrera
de velocidad.
En cambio. en el maratón. el metabolismo aeró-
bico es la principal fuente de ATP. Las fuentes princi-
pales de combustible son la glucosa sanguínea y los
ácidos grasos libres, derivados en su mayor parte de
la degradación de triacilgliceroles del tejido adiposo.
estimulada por adrenalina. El glucógeno hepático es
degradado para conservar el nivel de glucemia. El
glucógeno muscular es también fuente de combusti-
ble, pero es degradado de forma mucho más gradual
en un maratón, en comparación con las carreras de
velocidad. Se ha calculado que la cantidad de glucosa
sanguínea, de glucógeno hepático y de glucógeno
muscular, y de triacilglicerol en el tejido adiposo, son
suflcientes para suministrar la energía necesaria al
mÍrsculo durante un maratón de 4, 18, 70 y alrededor
de
,1 000 minutos, respectivamente. No obstante. 1a
tasa de oxidación de ácidos grasos por el músculo es
más lenta qr.re la de la gh.rcosa, por 1o que la oxidación
de glucosa y de ácidos grasos son las fuentes princi-
pales de energía en un maratón.
La fátiga de los músculos durante el ejercicio es un
lenómeno que casi toda persona ha experinientado.
¿,Cuál
es su causa? Larazón principal es la acumula-
ción en e1 tejido muscular, no de lactato. sino de
protones. Este hecho ha sido dernostrado al obsen'ar
que la infusión de lactato no siempre va segr-rida de
fatiga. El aumento de protones (disminución del pH)
puede af-ectar Ia fünción del músculo de muchas ma-
neras, incluyelrdo las siguientes: 1) disr-ninul,endo 1a
V,,,", de la F-FC-11 2) aminorando la liberación de Ca--
del retículo sarcoplásmico; 3) disminuyendo la actii i-
dad de la ATPasa de actomiosina: 4) alectando^
posiblernente, la conlormación de algunas de 1as pro-
teínas musculares que participan en 1a contracción.
La carga de carbohidratos (de1 inglés car'áolir,-
drote loacling; también conocida como "desnudamiento
de glucógeno" o "descarga-recarga") se ha vuelto muy
popular entre los corredores. El objetivo es llenal los
músculos con la mayor cantidad posible de glucógeno
antes de una caffera. Una manera factible de logrario,
es ingiriendo muy poca cantidad de carbohidratos con
la dieta durarrte 3 días; después, provocar una de-
pleción de las resenas de glucógeno corriendo hasta
la fatiga extrema" y finalmente, los Írltimos 3 días pre-
vios a la carrera, consumir la mavor cantidad Ce
carbohidratos que pueclan.
La carga de soda (ciel inglés soda loading') corv
siste en el consumo de bicarbonato de sodio, con el
propósito de amortiguar la ploducción de protones
Alta
Alta
Pocas
Blanco
No
Rápida
Corta
La creatina fosfato es la princ¡-
pal fuente de energia durante
los primeros 4 a 5 segundos
El ATP es la principal fuente de
La princ¡pal fuente de energil
es la glucosa, derivada del
glucógeno muscular y
del metabolismo de la glu-
cólisis anaeróbica
La glucosa sanguínea y los áci-
dos grasos libres son la princi-
pal fuente de combustible
El glucógeno muscular es de-
pletado lenlamente
El glucógeno muscular es de-
pletado ráp¡damente

883. 838 . Bioqttímico de Horper (Capítulo 5.x,
durante el ejercicio. AI parecer, esto no tiene efecto
alguno en una carrera de velocidad, puesto que la
mayoría de los protones producidos permanecerían en
el músculo. No obstante, en el caso de una carrera de
800 m, sí sería de beneficio, ya que los protones pue-
den ser movilizados fuera del músculo e ingresar a la
circulación mientras dure la actividad. Parecería que
esto sería de beneficio mínimo en las carreras de lar-
gas distancias, las cuales requieren del metabolismo
predominantemente aeróbico, con una menor produc-
ción de lactato y de protones.
La estimulación con sangre (del ínglés blood
doping) consiste en la administración a los atletas, de
muestras de sus propios glóbulos rojos, justo antes de
una carrera; las muestras (1 L aproximadamente) son
extraídas alrededor de 5 semanas antes de la carrera y
se conservan a bajas temperaturas. No existe eviden-
cia de que este procedimiento brinde algún benelicio
en las carreras de larga distancia, lo que sugiere que el
desempeño final se limita y depende de la disponibili-
dad de oxígeno.
La creatina es administrada por vía oral a muchos
atletas para maximizar su acfuación en corrpetencias de
corta duración y de alta intensidad. Pocos estudios han
indicado que esto podría afectar el desempeño muscular
en forma positiva, pero no puede darse aún por hecho.
La androstendiona es ur andrógeno natural débil
(capítulo 48). Ha sido empleada por atletas (p. ej., Mark
McGwire, el jugador estadounidense de béisbol) para
incrementar la masa muscular y su actuación deporti-
va. Su uso y el de otros esteroides anabólicos está
prohibido en muchos deportes.
E¡- TUÚ§CL,l1CI E§Q{JHLÉTICÜ
CON§T¡TUYE LA RESERVA PRITdT¡PAL
BE PROTHíN*AS TN Et ORGAru¡§MÜ
En los humanos, las proteínas del músculo esquelético
son la mayor fuente no grasa de energía almacenada.
Esto explica e1 porqué de la gran pérdida de masa
muscular, particularmente en los adultos, como resul-
tado de un estado prolongado de nutrición calórica
deflciente.
El estudio in vivo de la degradación proteica ti-
sular es difícil, ya que los aminoácidos liberados du-
rante la descomposición intracelular de proteínas pue-
den ser reutilizados en gran parte para la síntesis de
proteínas dentro de la célula, o bien, pueden ser trans-
porlados hacia otros órganos donde ingresarán a vías
anabólicas. Sin embargo, la actina y ia miosina son
metiladas mediante una reacción postraduccional que
resulta en la formación de 3-metilhistidina. Durante la
degradación intraceiular de actina y miosina, la 3-me-
tilhistidina es liberada y excretada a través de la orina.
La excreción urinaria de aminoácidos metilados, re-
presenta un índice confiable para estimar la velocidad
de degradación de las proteínas miofibrilares presen-
tes en la musculatura humana.
El músculo esquelético participa de forma activa
en la descomposición de algunos aminoácidos, así
como en la síntesis de otros. En los mamíferos, el
músculo parece ser el sitio principal para el catabo-
lismo de los aminoácidos de cadena ramificada. El
músculo oxida leucina a CO2, y convierte los esquele-
tos de carbono de isoleucina y de valina (así como de
aspartato, asparagina y glutamato) a compuestos
anfibólicos intermediarios del ciclo del ácido tricarbo-
xílico. La capacidad de los músculos para degradar
aminoácidos de cadena ramificada, aumenta de 3 a 5
veces en condiciones de aluno y en la diabetes.
El músculo también sintetiza y libera grandes
cantidades de alanina y glutamina. Estos compues-
tos se sintetizan mediante la utilización de grupos
amino que son generados durante la degradación de ami-
noácidos de cadena ramihcada, y el nitrógeno amino
es transferido posteriormente al ct-cetoglutarato y al
piruvato mediante ffansaminación. La glucólisis apartr
de glucosa exógena, proporciona casi todo el piruvato
necesario parala síntesis de alanina. Estas reacciones
constituyen el llamado ciclo glucosa-alanina, donde
la alanina muscular es ¡tllizada en la gluconeogénesis
hepática, en tanto que de forma simultánea, suminis-
tra grupos amino al hígado para que sean desechados
como urea.
Las características del metabolismo muscular se
resumen en el cuadro 58-12.
EL CITOESQUELETO REALIZA
MUCHA§ FUNCIONES CE[-UI-ARE§
Las células no musculares realizan trabajo mecánico,
incluyendo su autopropulsión, morfogénesis, degra-
dación, endocitosis, exocitosis, transporte intracelular
y cambios de la forma celular. Estas funciones celula-
res son llevadas a cabo por un red intracelular muy
extensa de estructuras filamentosas que confoñnan el
citoesqueleto. El citoplasma celular no es una bolsa
llena de líquido, como alguna vez se pensó. Todas las
células eucariotas, esencialmente, contienen tres tipos
de estructuras filamentosas: lllamentos de aclirta (7 a
9.5 nm de diámetro; también conocidos como microfi-
lamentos), microtúbulos (25 nm) y filamentos inteme-
dios (10 a 12 nm). Cada tipo de filamento puede dis-
tinguirse bioquímicamente y mediante microscopia
electrónica.
Las células no musculares contienen
act¡na en forma de microfilamentos
La actina G está presente en la mayoría, si no es que
en todas las células del organismo humano. A concen-

884. Múscttlo y cifoesqueleto .
839
traciones adecuadas de magnesio y cloruro de potasio.
esta proteína se polimeriza de manera espontánea a
filamentos de actina F que toman la forma doble
helicoidal, como los presentes en el músculo. Existen
al menos dos tipos de actina en las células no müscu-
lares: la
B-actina y la y-actina. Ambos tipos pueden
coexistir en la misma célula, y probablemente pueden
copolimerizarse en el mismo filamento. En el citoplas-
ma,la actina F forma microfilamentos de 7 a 9.5 nm,
los cuales a menudo se encuentran como haces de una
estructura reticular con apariencia enmarañada. Dichos
haces son prominentes en el área subyacente a la mem-
brana plasmática de muchas células y son conocidos
como fibras de estrés; estas últimas desaparecen al
aumentar la motilidad celular o cuando hay transfbr-
mación maligna celular mediante sustancias químicas
o por vinrs oncogenicos.
Aun cuando los filamentos de actina no poseen
la misma organización que en el músculo, en las céiu-
las no musculares también interactúan con miosina para
producir movimiento celular.
,.. r:r':, i ¡": i É"; t"i.)*,.'.¡ i: ¡"; l Cpñ * i-¡ fi -Éjp * n * l r,',={l ¡ b t.: i i r¡ *
1' 1:l*'ii;rtirli:;.¡
Los microtúbulos, los cuales son un componente inte-
gral del citoesqueleto celular, son tubos citoplásmicos
de 25 nm de diámetro, y casi siempre son de gran lon-
gitud. Los microtúb1os son necesarios para la for-
mación y función del huso mitótico, por lo que están
presentes en todas las células eucariotas. También par-
ticipan en el movimiento intracelular de vesículas
endocíticas y exocíticas, y son ios principales integran-
tes estructurales de cilios y flagelos. Los microtúbulos
son el componente esencial de axones y dendrrtas,
ayudándolos a mantener su estrtctura; también par-ti-
cipan en el flujo axoplásmico de sustancias. el cual
tielre lugar en algunos procesos neuronales.
Los microtúbulos son cilindros de l3 prototila-
mentos dispuestos en forma longitudinal, cada ut.to
constituido por dímeros de c¿-tubulina y p-tLrbulina:
ambas proteinas están relacionadas y tienen una ffIasa
molecular de 50 kDa cada una, aproximadamente. Los
dín-reros de tubulina están unidos para formar ploto-
filamentos, y subsecuentemente hojas, l, después crlin-
dros. Un centro organizador microtubular. localizado
alrededor de un par de centriolos, coordina el creci-
miento de nuevos microtúbulos. Una tercera especie
de tubulina- la y-tubulina" parece tener urt.l p.rniuipa-
ción fundamental en este proceso de ensan.rbla_te. 1 el
GTP es necesario para que se lleve a cabo ta1 proceso.
Una gran variedad de proteínas están relacirltadas con
los microtúbulos (proteínas relacionadas a micro-
túbulos |PRM]; del inglés mict'r,ttubttle-tts.sociaÍed
proteins fiLLPsl, una de las cuales es iau: estas pro-
teínas desempeñan funciones in.iponantes en el ensam-
blaje y estabilización microtubular. Los microtubulos
se encuentran en un estado de inestabilidad dinárnica.
puesto que se ensamblan ¡
desensamblan en forma
constante; además, presentan poiaridad (extremos posi-
tivo y negativo), lo cual es significativo para su creci-
miento a partir de los cent¡iolos. y para su capacidad
de dirigir el movimiento intracelular. Por ejemplo, en
el transpofie axonal" 1a protelna cinesinao con actividad
AfPasa similar a la de la miosina, hace uso de la
hidrólisis de AIP para nror ilizar las vesículas a 1o lar-
go del axón, hacia el e remo positivo de 1a estructura
microtubular. Ei flr¡o de materiales en dirección opues-
ta, es decir, hacia el extremo negativo. es activado por
Cuadro 58-12. Resumen de las características
principales de la bioquímica del músculo
esquelético relacionadas con su metabolismo
*
. Las funciones del músculo esquelético, bajo condiciones tanto
aeróbicas Geposo) como anaeróbicas (p. ej., carrera de velo-
cidad), son llevadas a cabo, según las circunstancias, med¡ante
glucólisis aerobia y anaerob¡a.
. El músculo esquelético contiene mioglobina como reservorio de
ox(7eno.
. El músculo esquelético está compuesto de tipos d¡st¡ntos de
fibras adaptadas a condiciones anaeróbicas (fibras de contrac-
ción rápida) o aeróbicas (fibras de contracción lenta).
.
La actina, mios¡na, fopomiosina, el complejo de troponinas (TpI
Tpl y TpC), ATP y Ca
'z*
son constitu!¡entes clave en el proceso de
contracción.
. La Caz+ ATPasa, el canal l¡berador de Ca
'z*
y la calsecuestrina
son proteínas implicadas en muchos aspectos del metabolismo
del Ca2* en el músculo.
. La insulina actúa sobre el músculo esquelético para incrementar
la captura de glucosa.
. Después de la ingesta de al¡mentos, la mayor parte de la glucosa
es utilizada para sintetizar glL¡cógeno, el cual actúa como almacén
de glucosa para cuando se requiera de su d¡spon¡bilidad durante
el eiercicio; la "precarga" de glucosa es empleada por algunos
atletas maratonistas para formar almacenes de glucógeno-
. La adrenal¡na estimula la gluco§enólisis en el músculo esqueléti-
co, en tanto que el glucagon no puede provocar este efecto por la
ausencia de sus receptores en el músculo.
. El musculo esquelét¡co no contribuye de forma d¡recta a la gluce-
mia porque no cuenta con la glucosa 6-fosfatasa.
. El lactato producido durante el metabolismo anaerobio en el
músculo esquelético, pasa al h(Jado, el cual lo r.¡t¡liza para sinteti-
zar glucosa, la cual, a su vez, regresa al músculo para ser utilizada
(ciclo de Cori).
. El músculo esquelético posee fosfocreatina, la cual actua como
almacén de energh cuando se requ¡ere de su disponibilidad a
cono phzo (segundos).
. Los ácidos grasos libres del plasma son la principal fuente de
energia, part¡cularmente baio condiciones maratón¡cas y durante
el ayuno prolongado.
.
El músculo esquelético puede utilizar cuerpos cetónicos durante
el ayuno.
. El músculo esquelético es elsiüo pr¡ncipal de metabolismo de los
am¡noác¡dos de cadena ramificada, cuando son utilizados como
fuente de energh.
. La proteólisis muscular, durante elayuno, provee de aminoácidos
para la gluconeogénesis.
. Los aminoácidos principales derivados delmúsculo son la alanina
(destinada a la gluconeogénesis hepática, principalmente, yforma
parte del ciclo glucosa-alanina) y la glutamina (destinada al ¡n-
testino y riñones, principalmente).

885. 840 . Bioqtrímica de Harper
la dineína citosólica, otra proteína con actividad
.ATPasa. De fonna semejante, las dineínas axonémicas
activan los movimientos ciliares y flagelares. Otrapro-
teína, la dinamina, utihza GTP y participa en ia
endocitosis. Las cinesinas, dineínas, dinaminay miosinas
son conocidas como motore§ moleculares.
Los cilios y flagelos que carecen de dineína se
vuelven inmóviles, io cuai, en el hombre, produce es-
terilidad e infección respiratoria crónica, una condición
conocida como síndrome de Kartagener.
Algunos fármacos se fijan a los microtúbulos
interfiriendo en su ensamblaje o desensamblaje. Son
ejemplos: la colchicina (utilizada en el tratamiento
de la artritis gotosa aguda), la vinblastina (un alcaloide
Vinca uÍtlizado en el tratamiento de ciefios tipos de cán-
cer), el paclitaxel (Taxol, efectivo contra el cáncer
ovárico), y la griseofulvina (un agente antimicótico).
Los filasnentos internredios difieren
de los microfilamento$ y microtúbulos
Existe un sistema fibroso intracelular de filamentos,
cuya periodicidad axial es de 21 nm y su diámetro es
de 8 a 10 nm, el cual es de tamaño intermedio entre
ios microfilamentos (6 nm) y los microtubulos (23 nm).
Se ha encontrado cuatro clases de filamentos interme-
dios, los cuales se indican en el cuadro 58 13. Todos
son moléculas fibrosas y alargadas, con un dominio
central en fbrma de varilla, con una terminal amino
como cabeza y una tenninal carboxilo como cola. Es-
tos filamentos forman una estructura semejante a una
cuerda; los fllamentos más maduros están compues-
tos de tetrámeros empaquetados de forma helicoidal.
Los fllan,entos intermedios son componentes estruc-
turales imporlantes de las células, y la mayoría de ellos
son componentes estables del citoesqueleto, que no
están sometidos a un ensamblaje y desensamblaje rá-
(Capítulo 56,
pido, ni desaparecen durante la mitosis, como sucede
con los filamentos de actina y microtubulares. Una
excepción importante está representada por las pro-
teínas laminas, las cuales después de haber sido
fosforiladas, se disocian durante la mitosis y se
reensamblan cuando termina este proceso.
Las queratinas constituyen una familia muy gran-
de de la que han sido identificados casi 30 miembros.
Como se indica en el cuadro 58-13, se han distinguido
dos tipos principales de queratina; cada una de las que-
ratinas individuales es un heterodímero formado por
un miembro de cada clase.
Las vimentinas se encuentran ampliamente distri-
buidas en las células mesodérmicas, y la desmina, la
proteína glial acídica fibrilar, y la periferina están re-
lacionadas con este grupo de proteínas. Todos los
miembros de la familia de proteínas semejantes a
vimentinas, pueden copolimerizar con otra proteína del
mismo grupo. Los filamentos intermedios son de gran
relevancia en las células nerviosas; los neurofilamentos
son clasificados como bajos, medianos y altos, con
base en su masa molecular. Las laminas forman una
estructura reticular yuxtapuesta a la membrana nuclear
interna. La distribución de los filamentos intermedios
en células normales y anormales (p. ej., cancerosas),
puede ser analizada mediante el uso de técnicas
inmunofl uorescentes, empleando anticuerpos de espe-
cificidad adecuada. Estos anticuerpos dirigidos contra
filamentos intermedios específicos, pueden también
ser de utilidad para los patólogos, ayudándolos a de-
terminar el origen de algunos tumores malignos
indiferenciados, puesto que este tipo de tumores aún
contiene la clase de filamentos intermedios hallados
en sus células originales.
Un gran número de enfermedades de la piel,
caracterizadas principalmente por la presencia de ám-
pulas, han demostrado ser ocasionadas por mutaciones
de genes que codifican varios tipos de queratinas' Tres
Cuadro 58-13. Clases de filamentos intermedios de las células eucariotas y su distribución
Proteínas Masa molecular Distribución
Querat¡nas
1.¡ po I (acílicas)
l¡po Il (bás¡cas)
40-60 kDa
50-70 kDa
Células epiteliales, pelo, uñas
Semejantes a ümentina
Vimentina
Desmina
Proteha glial aciCica fibrilar
Periferina
54 kDa
53 kDa
50 kDa
66 kDa
Muchas células mesenquimatosas
Músculo
Células gliales
Neuronas
Neurofilamentos
Bajos (B), medianos (M) y ahos (H
) 60-1 30 kDa Neuronas
Láminas
A,Bvc
65-75 kDa Lám¡na nuclear
" Con respecto a su masa molecular.

886. l¡:[úsculo y citoe.squeleto' 84]
de estos trastoñ1os son la epidenlolisis bulosa siln-
ple. la lriperqueratosis epidermolítica y la qrerato-
áerma epidermolítica palmoplantar. La presencia de
ámpulas refleja posiblemente, la capacidad disminiri-
da de muchas capas de la piel para resistir los distintos
tipos de estrés mecánico, debido a anomalías en la
estructura mi crofilamentosa.
.
t.'.1 i'il.. i'l
Las miofibrillas del músculc, esquelético están com-
puestas por lilamentos delgados y gntesos. Los segundos
contienen miosina y los prinleros, actina, tropomiosiua
y el complejo troponina (troponinas ! I y C). La actina se
une a la miosina, 1a tlopomiosina se une a la actina. la
lroponina T se une a la tropomiosina; la troponina I
inhibe la interacción actina-miosina y la troponina C
se une al Cazt, el cual es un parlicipante de gran trascen-
dencia en todo el proceso cle contracción muscular. El
modelo del filamento deslizante y puentes cruzados,
es el filnciamento sobre el cual se basa el pensamiento
actual respecto a la contracción muscular. La base de
este modelo es qlre los filamentos interdigitados se
deslizan uno sobre otro durante la contracción, y que
los puentes cr-uzados presentes entre la miosina y la
actina, generan y ntantienen la tensiótr. La hiclrólisis
de ATP es utilizada para dirigir el r.novimiento de los
filamentos: el ATP se une a las cabezas de miosina. i
es hidrolizado a ADP Y Pi mediante la actividad de la
AIPasa del con,plejo actomiosina. El Ca2' desempe-
ña una función clave en la iniciación cie la contracción
muscular. al fijarse a la troponir.ra C. En el músculo
esquelético, e1 retículo sarcoplásmico regula la distri-
bución de Ca2* hacia los sarcómeros, en tanto que ei
influjo de Car- através de los canales de calcio del sar-
colema, tiene una mayor imporlancia en 1os músculos
liso y cardiaco. Las proteínas del retículo sarcoplásmi-
cc con funciones especializadas dentro de1 metabolismo
del Car'. incluyen a la Car* ATPasa, la calsecuestrina
y al canal liberador de Caz*. Mucilos casos de hiper-
teir.r.ria maligna en humanos se cieben a mutaciones del
gen que codifica el canal liberador de Ca2*. Existe un
gran número de dif-erencias entre el músculo esquelé-
tico y el cardiaco; en particuiar, el segundo posee Llna
gran variedad de receptores en su superficie. Algunos
casos de cardiomiopatía hiperlrófica son ocasionados
por mutaciones con cambio de sentido dei gen que
codifica la cadena pesada de la B-rliosina.
El múscu1o
liso, a dif-erencia del esqueiético y el cardiaco. tlo cttenta
con el sistema de troponinas; en cambio, ia foslbri-
lación de las cadenas p-ligeras de miosina es 1a causante
de que se inicie el proceso de contracción. Un regula-
dor del músculo liso vascular de reciente descubrimiento
es el óxido nítrico; el bloqueo de su fbnlación a plrtrr
de la arginina provoca una elevación aguda de 1a pre-
sión sarrguínea, indicando que la regulación de la
presión sangr-iinea está supeditada a muchas de las lirn-
ciones de este colnpuesto. La distrofia muscttlat ti¡t'
Duchenne (capítulo 65) se debe a rnutaciones de1 gen.
localizado en el cromosoma X, que codilica 1a pl.rtet-
na distroflna. En los l.tumanos se ha encontr&Ct¡ doS
tipos principales de fibras musculares: ltl¡t'cas
(anaeróbicas)
;v rojas (aeróbicas). Las primeras :'::ri-
cipan parlicularmente en actividades intensas .l¡ ..rt-t¿l
duración, como son las carreras de velocti:,¡
"
ias
segunCas, en el ejercicio aeróbico prolongi.i'-''. ;'rt.i'to
es el maratón. Durante una caffera de re]':::¿'iil' e1
músculo emplea creatina fbsfato y la eluci' . . cot.t.to
fuentes de energía; en el maratón. ia o:;id::l .':: le áci-
dos grasos es de nT ayor imporlancia cirLt r:- '; ..'. etapas
tardias.
Las células no musculares realiz¿i-, l:-- --a:ltrs Ilpos
de trabajo mecánico, llevado a cabo i''-: -.s ¡stt'uctu-
ras qlle constituven el citoesqueleto E..---. sstructuras
incluyen los fiiamentos de actin¡ l':- -: '-.itrentos).
los microtúbulos (compuestos princI:::- :-.:nte de o-tu-
br.rlina y p-tLrbulina) y los filamerlt.: :-:inlledios; es-
tcls últimos están representados pi': ,. ;-ueratinas. ias
proteínas semejantes ¿ ]¿5 vil11e r: :'-,r. ltrS neurofilrl-
mentos y 1as laminas. I
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2'10:293.

887. 59
Proteínas plasmáticas,
inmunoglobulinas
y coagulación sanguínea
Margaret L. Rand, PhD. y Robeft K. Murray, MD,
phD
rruTñ**tJ*cr*r"*
La sangre circula a través de lo que sería virtualmente
un sistema cerrado de vasos sanguíneos. La sangre se
compoue de elementos sólidos, los eritrocitos, leucoci-
tos y las plaquetas, suspendidos en un medio líquido
llamado plasma. Como se indica después, la sangre
-y
en pafiicular, el plasma- lleva a cabo muchas
lirnciones vitales para conservar la salud.
Una vez coagulada la sangre, la fase líquida re-
manente (suero) carece de factores de la coagulación
(incluyendo fibrinógeno), los cuales se encuentran nor-
malmente en el plasma, pero son consumidos durante
el proceso de coagulación. El suero contiene algunos
productos de la degradación de los factores de la coa-
gulación
-productos
generados durante el proceso de
la coagulación y que no están presentes de forma nor-
mal en el plasma.
§ e4 pt
RTAr* teA B§*M Ém §üé.
La función fundamental de Ia sangre en el manteni-
miento de la homeostasis y la facilidad con la que ésta
puede ser obtenida, han hecho que el estudio de sus
constituyentes sea de gran importancia en el desarrollo
de la bioquímica y de la bioquímica clínica. La hemo-
globina, albúmina, las inmunoglobulinas y los nume-
rosos factores de coagulación se encuentran en el grupo
de las proteínas estud]adas con mayor detalle. Loiam-
bios en la cantidad de muchas proteínas plasmáticas
ocuffen en muchas enfermedades y pueden ser moni-
*
Re.seort:h InsfiÍuÍe, hospital /or sick Children. Toronto, and
Depaftment of Biochemistry, Uni versity o I Toronto.
toreados mediante electroforesis. Las alteraciones en
la actividad de ciertas enzimas encontradas en el plas-
ma son de utilidad diagnóstica en un gran número de
condiciones patológicas. Los estados hemorragicos y
trombóticos pueden originar urgencias médicas graves,
y la trombosis en las arlerias cerebrales y coronarias
cardiacas constituyen las causas principales de muerte
en muchos países. El control racional de estas condi-
ciones requiere de un entendimiento completo de las
bases de la coagulación sanguínea y de la fibrinolisis.
LA SANGRE REALIZA MUCHAS
FUNC¡ONES
Las funciones de la sangre
-excepfo
aquéllas lleva-
das a cabo específicamente por células, como el trans-
porte de oxígeno y la defensa inmunológica mediada
por células- sotrealizadas por el plasmay sus cot¡s-
tituyentes (cuadro 59-1).
El plasma está constituido por agu4 electrolitos-
metabolitos, nutrientes, proteínas y hormonas. Los dos
primeros componentes son prácticamente los mismos
para todos los líquidos extracelulares. La determina-
ción por laboratorio de los niveles de Na-, K-, Car-,
Cl-, HCO3-, PaCOz y del pH sanguíneo son impor-
tantes en el manejo de muchos pacientes-
EL PLASMA CONTIENE UNA MEZCLA
COMPLEJA DE PROTEíNAS
La concentración de las proteínas totales en el plasma
humano es aproximadamente de 7.0 a 7.5 gldL y re-
ó4J

888. 844. Bioqttímica de Hurpet
lC-u¡tittrio -<9
1) Respiración: transpo¡1e de ox(]eno desde los pulmones hasta
los tejidos y de CO, desde los te.i¡dos hasta los pulmones
2) Nutrición: transporte de materiales alimenticios absorbidos
3) Excreción; transporte del desecho metabólico a los riñones,
pulmones, piel e ¡ntestinos para su evacuación
4) Mantenimiento del equilibrio ácido-base normal en el orga-
nismo
5) Regulación del equ¡l¡brio hídrico a través de los efectos de la
sangre sobre el ¡ntercambio de agua entre el Iíquido circulante
y el lQuido tisular
6) Regulación de la temperatura corporal mediante la distribu-
ción del calor corporal
7) Defensa contra infecciones a través de leucocitos yanticuerpos
circulantes
8) Transporte de hormonas y regulación del metabolismo
9) Transporte de metabolitos
10) Coagulación
Cuadro 59-1. Funciones pr¡nc¡pales de la sangre La separación de proteínas individuales a parrir
de una mezcTa compleja, se logra a menudo a tra\.és
del empleo de solventes o electrolitos (o arnbos) para
remover fracciones proteínicas diferentes de acuerdo
con sus características de solubilidad. Ésta es la base
de los llamados métodos de "precipitación salina''
(salting-out), los cuales tienen utilidad para detenni-
nar las fracciones proteínicas en el laboratorio clínico.
Así, se pueden separar las proteínas del plasma en tres
grupos principales
-fibrinógeno,
albúmina y glo-
bulinas- mediante el uso de concentraciones variables
de sulfato de amonio o sodio.
El n-rétodo más común para analizar las proteínas
plasmáticas es la electroforesis. Existen varios tipos
de electrofbresis, cada uno emplea un meclio distinto
de sopofie. En los laboratorios clínicos, el acetato de
celulosa es utilizado arnpliamente como medio de sos-
tén. Su uso permite la resoiución de las proteínas
plasmáticas
-previamente
teñidas- en cinco bandas,
designadas fracciones or, üu, B y y, respectivamente
(fignra 59 2).La tira teñida de acetato de celulosa (u
otro medio de sostén) se denomina electroforograma.
La cantidad de estas cinco bandas puede ser cuantifli-
cada mediante el uso de aparatos de banido densito-
métrico. N4odificaciones características de la cantidad
de una o más de estas cinco bandas pueden encontrar-
se en muchas enfermedades.
La concentración de proteínas
plasmáticas es irnportante para
determinar la distnibuc!ón de líquido
entre la sangre y los tejidos
En las afteriolas, la presión hidrostática es de casi
37 mm Hg, a la cual se le opone unapresión intersticial
(tisular) de 1 mm Hg. La presión osmótica (presión
oncótica) ejercida por las proteínas plasmáticas es
aproximadamente de 25 mm'Hg. Es así que una fuer-
za centrífuga neta de casi 1 1 ilm Hg conduce al líquido
hacia los espacios intersticiales. En las vénulas, la pre-
sión hidrostática es de alrededor de l7 mm Hg, siendo
las mismas cifras indicadas antes para la presión
oncótica e intersticial; de esta manera, una fuerza neta
de casi 9 mm IIg atrae agua de regreso hacia la circu-
lación. Las presiones anteriores son referidas a menudo
como las fuerzas de Starling. Si la concentración de
proteínas plasmáticas disminuye drásticamente (p. ej.,
debido a una malnutrición proteica grave), ei iíquido
no es atraído de nuevo hacia el compartimiento
intravascular y se acumula en los espacios tisulares
extravasculares, una condición conocida como ede-
ma. Este último tiene muchas causas; ia deficiencia
de proteínas es una de ellas.
presenta la porción prir-rcipal de elementos sólidos de
tal líquido. Las proteínas del plasma son en realidad
una mezcla compleja que incluye no sólo proteínas
simples, sino también proteínas conjugadas como
glucoproteinas y muchos tipos de lipoproteínas.
Miles de anticuerpos están presentes en el plasma
humano, aunque ia cantidad de cr,ralquiera de ellos.
por lo general, es muy baja aun en circunstancias nor-
males. Las dimensiones relativas y las masas molecu-
lares de algunas de las proteínas más imporlantes del
plasma se muestraÍl en ia figura 59-1.
)
Escala
(D
AIbúmina
69 000
10 nm Na+ Cl-Glucosa
r
Hemoglobina
64 500
-
y-Globulina
1 56 000
-
Br-Globulina
90 000
.r1-L¡poproteína
200 000
p1-Lipoproteína
1 300 000
Fibrinógeno
340 000
Figura 59-1. Dimensiones relativas y masas moleculares
aproximadas de algunas moléculas de proteínas de la san-
gre (Oncley).

889. Profeínas plasmátícas, innnmoglobulinas y coagttlación ,sangttínea ' 845
e
c
@
Figura 59-2. Técnica de electroforesis de zona en acetato de celulosa. A: Una pequeña cantidad de suero u otro líquido se
apÍ", u una tira de acetato de celulosa. B: Electroforesis de la muestra en un amodiguador electrolito. C: Visualización de las
bándas de proteína separadas en posiciones características después de su tinción. D: El análisis densimétrico de la tira de
acetato de celulosa convierte las bandas a picos característicos de albúmina, u, globulina, cr2-globulina, p-globulina y i-
globulina. (Reproducida con autorización de Stites DP, Terr Al, Parslow TG [editores]: Baslc & Cinical lmmunology, Bth ed.
Appleton & Lange, 1994.)
Las proteínas plasrnáticas §e han
est!"rdiado extensamente
Debido a la relativa facilidad con la cual pueden ser
obtenidas las proteínas plasmáticas, éstas han sido es-
tudiadas de forma exhaustiva tanto en humanos como
en animales. Se dispone de información copiosa acer-
ca de la biosíntesis, el metabolismo, la estructura y
funciones de las proteínas plasmáticas más importan-
tes._flan sido investigadas también las alteraciones en
su'cantidad y de su metabolismo en muchos estados
patológicos. En los últimos años, muchos de los genes
que codihcan proteínas plasmáticas han sido clonados
y también ha sido detetminada su estructura.
Muehas de ias preparaciones listadas en el cua-
dro 2-l han sido empleadas en el estudio de las
proteínas plasmáticas. La preparación de anticuerpos
específicos para proteínas plasmáticas individuales ha
facilitado en mucho su estudio, permitiendo la preci-
pitación y el aislamiento de proteínas puras a partir de
la mezcla compleja en la que se encuentran en los teji-
dos o el plasma. Además, el uso de isótopos ha hecho
posible determinar sus vías biosintéticas y su veloci-
dad de recambio en el plasma.
A partir de los estudio de las proteínas, plasmá-
ticas han surgido las siguientes generalidades.
A. La mayoría de tas proteínas plasmáticas
son sintetizadas en el hígado
Esto ha sido establecido a través de los experimentos
realizados en el animal completo (p. ej., hepatectomía)
y mediante el uso de la preparación de hígado aislado y
perfundido, de fragmentos hepáticos, de homoge-
neizados hepáticos y de sistemas de traducciótinvitro,
utilizando preparaciones de mRNA extraído del híga-
do. No obstante, las y-globulinas se sintetizan en las
células plasmáticas, y algunas proteínas plasmáticas
son sintetizadas en otros sitios, como 1as células en-
doteliales.
B. Las proteínas plasmáticas por to general
se sintetizan en los polirribosomas unidos
a la membrana
Después, las proteínas plasmáticas hacen un recorrido
por la ruta principal de secreción de las células (mem-
brana del retículo endoplásmico rugoso -+ membrana
del retículo gndoplásmico liso -+ aparato de Golgi -+
vesículas secretoras) antes de ingresar al plasma. Así,
lamayoría delas proteínas plasmáticas se sintetizancomo
preproteínas, las cuales en un inicio poseen péptidos
señal en amino terminal (capítulo 43). Las preproteínas,
por ló común, son objeto de muchas modificaciones
postraduccionales (proteólisis, glucosilación, fosfori-
laci6n, etc.) conforme viajan a través de la célula. El
tiempo de traslado desde el hepatocito
-el
sitio de su
biosíntesis- hasta el plasma varía desde 30 minutos
hasta varias horas o máspara cada proteína individual.
C. Casi todas las proteínas plasmáticas
son glucoproteínas
Estas proteínas poseen cadenas de oligosaciíridos uni-
das mediante enlaces O, N, o ambos (capítulo 56). La
!
vtfl
01ü2PI
Alhimina

890. 846 " Bioquímica de Harper (Capítulo
-;v
albúmina es la excepción principal; no contiene resi-
duos de azúcares. Las cadenas de oligosacáridos
desempeñan muchas funciones (cuadro 56 2). La re-
moción de los residuos terminales de ácido siálico de
cierlas proteínas plasmáticas (p. ej., ceruloplasmina),
mediante su exposición a la neuraminidasa, puede acor-
tar de forma marcada su vida media en el plasma
(capítulo 56).
D. Muchas proteínas plasmáticas
muestran polimortismo
Un polimorfismo es un rasgo mendeliano o nronogé-
nico que se presenta en al menos, dos fénotipos de la
población, ambos comunes (es deci¡ ninguno de los
dos ocr-rrre con una fiecuencia menor de I a2oA). Las
sustancias del grupo sanguíneo ABO (capítulo 60) son
Ios ejemplos mejor conocidos de polimorfismo huma-
no. Las proteinas plasmáticas humanas que muestran
polimorfi smo incluyen Ia o,-antitripsina, haptoglobina,
transferrina, ceruloplasmina e inmunoglobulinas. Las
formas polimórficas de estas proteínas pueden diferen-
ciarse mediante distintos procedimientos (p. ej., varios
tipos de electroforesis o de enfoque isoeléctrico, don-
de cada lbrma puede rnostrar una migración caracte-
rística. Los análisis de estos polimorhsnros humanos
han demostrado ser de gran interés genético, antropo-
lógico y clínico.
E. Cada proteína plasmática posee una vida
media característica en la circulación
La vida media de una proteína plasmática puede de-
terminarse mediante la marcación de la proteína pura
aislada utilizando lrribajo condiciones adecuadas no
desnaturalizantes. Este isótopo se une de foma cova-
lente a los residuos tirosina de la proteína. La proteír.ra
marcada se separa del I13r librepara así deten¡inar su
actividad específica (desintegraciones por minuto y por
miligramo de proteína). Posteriormente, se inyecta una
cantidad conocida de la proteína radioactiva en un
sLrjeto adulto sano, de quien se extraen muestras de
sangre a distintos intervalos de tiernpo para determi-
nar la radioactividad. Los valores de radioactividad
se grafican contra el tiempo; así, la vida ntedia de la
proteína (tiempo en el cual la radiactividad declina
desde s¡-r valor pico hasta la mitad de tal valor) puede
ser calc¡-rlada con base en la gráfica resultante, des-
contando los tiempos que en.rplea la proteína desde su
inyección hasta alcanzar su equilibrio (mezclar) entre
la sangre y los espacios extravasculares. La vida me-
dia obtenida para la albúmina y la haptoglobina en los
adultos sanos es aproximadamente de 20 y 5 días, res-
pectivamente. En algunas enf-ermedades. la vida lredia
de una proteina puede estar alterada notablemente. por
ejemplo, en al gunas enlennedades gastrointestinales
como la ileítis regional (enfbnnedad de Crohn), pue-
den perderse cantidades considerables de proteínas
plasmáticas, incluyendo albúmina, que pasan hacia e.
intestino a través de la mucosa intestinal inflamada.
Los pacientes con esta condición presentan una gas-
troenteropatía con pérdida de proteínas, y la t,ida
media de la albúmina yodada en estos sirjetos puede
reducirse a tan sólo un día.
F. Los niveles de algunas proteínas en el
p lasm a p uede n i n creme ntarse d u rante
estados inflamatorios agudos o en forma
secundaria a ciertos tipos de daño tisular
Estas proteínas son llamadas "proteínas de fase aguda
'
(o reactantes) e incluyen a la proteína C reactiva (CRP.
del inglés c-reactiye protein, así denominada porque
reacciona con el polisacárido C de los pneumococos r.
cx,r antitripsina, haptoglobina, o,, glucoproteína ácid¡
y fibrinógeno. La elevación de los niveles de esras
proteínas varía desde sólo 507o hasta valores tan altos
como 1 000 veces más, en el caso de la CRP. Su nivel
también se incrementa durante estados inflamato¡io:
crónicos y en pacientes con cáncer. Estas proteínas, ai
parecer, participan en la respuesta orgánica ante la in-
flamación. Por ejemplo, la proteína C reactiva puede
estimular la vía clásica del complemento, y la o1-
antitripsina puede neutralizar ciertas proteasas
liberadas durante el estado inflamatorio agudo. La
interleucina 1 (IL-l), un polipéptido liberado a parrir
de las células fagocíticas mononucleares, es el princr-
pal
-pero
no el único- estimulante de la síntesis de
la mayor parte de los reactantes de fase aguda llevada
a cabo en los hepatocitos. Moléculas adicionales como
Ia IL-6 están implicadas y éstas, así como la IL- 1, pa-
recen intervenir a nivel de la transcripción del gen.
El cuadro 59-2 resume las funciones de muchas
de las proteínas plasmáticas. La sección siguiente pre-
senta información básica respecto a las proteínas
albúmina, haptoglobina, transferrina, ceruloplasmina.
G,1-antitripsina, o,2-macroglobulina, las inmunoglobu-
linas y el sistema del complemento. Las lipoproteínas
se discuten en el capítulo 27.
, ;".,:1 ¡.
: ;"' .,'t;) : : :; ::, . 1:¡ *,¡;,.:¡,,1;¡ ; ¡ ¡i. !-i t :,',rr,,,..,,,.
La aibúmina (69 kDa) es la proteína principal del plasrna
humano (3.4 a 4.7 g/dl) y constituye aproximadamente
60To de la proteína plasmática total. Alrededor de
.10ú,,
de 1a albúmina está presente en el plasma y el otro
600% existe en el espacio extracelular. El hígado pro-
duce casi 12g de albúmina al día, lo cual representa
aproxinradantente 25%o de la síntesis hepática total de
proteítras y Ia mitad de las proteínas secretadas por ta)
órgano. En un inicio, Ia albúrmina se sintetiza coÍlo una
preproproteína. Su péptido señal es removido con-
lbmre la nrolécula pasa hacia la cisterna del retículo
endoplásrnico rugoso, y subsecuentemente un hera-
péptido de Ia antino terminal resultante se cofla a L.

891. plasmáticas
Proteínas plasmáticas, inmttnoglobulincts y coagulación sanguínea .
847
Participación en la
respuesta inflamatoria
Cuadro 59-2. Algunas funciones de las proteínas
Hormonas i Eritropoyetina-
Defensa inmune
La albúmina humana madura consiste en una ca-
dena polipeptídica de 585 aminoácidos y posee 17
enlaces disulfuro. Mediante el uso de proteasas, la al-
búmina puede subdividirse en tres dominios, los cuales
desempeñan funciones diferentes. La albúl¡ina tiene
una forma elipsoide, 1o que indica que no provoca un
aumento en la viscosidad del plasma, a diferencia de
una molécula alargada como el fibrinógeno. Debido a
su masa molecular relativamente baja (casi 69 kDa) y su
alta concentración, la albúmina, al parecer, es respon-
sable de 7 5 a 80oA de la presión osmótica del plasma
humano. Los estudios electroforéticos han demostrado
que el plasma de algunos humanos carece de albúmi-
na. Estos sujetos padecen de analbuminemia. Una de
las causas de esta condición es una mutación que afecta
el ensamble. Los sujetos con analbuminemia mues-
tran sólo un edema moderado, a pesar de que la albú-
mina es el determinante plasmático principal de la pre-
sión osmótica. Se cree que la cantidad de otras
proteínas plasmáticas aumenta en compensación por
la carencia de albúmina.
Otra función imporlante de la a1búmina es su ca-
pacidad de unirse a varios ligandos. Estos últimos
incluyen los ácidos grasos libres (FFA), calcio, algu-
nas homonas esteroides, biiirnrbina y una porción del
triptófano plasmático. Además, la albúmina parece
desempeñar una función imporlante en el transporte
de cobre en el organismo humano (véase después). Una
gran variedad de fármacos, incluyendo sulfonamidas,
penicilina G, dicumarol y aspirina, se unen a Ia albú-
mina; este hallazgo tiene implicaciones farmacológicas
importantes.
Las preparaciones de albúimina humana han sido
utilizadas ampliamente en el tratamiento del choque
hemorrágico y de quemaduras. No obstante, dicho tra-
tamiento está en revisión, puesto que algunos esfudios
recientes han sugerido que la administración de albú-
mina en estas condiciones puede incrementar 1os
índices de mortalidacl.
La h*ptoglcbina un& * la iremoglobina
extrac§!"pussuiar, lmpid**ndo así qilc
la her*cgiobina lübr* ángrese ai riñón
La haptoglobina (Hp) es una glucoproteína plasmática
que se une a la hemoglobina extracorpuscrilar (Hb-)
en un complejo no covalente (Hb-Hp). La cantidad de
haptogiobina plasmática humana varía de 40 a 1 80 mg
de hemoglobina capacidad de unión por decilitro.
Aproximadamente 10% de la hemoglobina que es de-
gradada cada día, se libera hacia la circulación y se
convierte así, en extracorpuscuiar. El otro 90% está
presente en los eritrocitos viejos ya dañados, que son
degradados por células del sistema histiocítico. La
masa molecular de la hen, oglobina es aproximadamen-
te de 65 kDa, en tanto que la masa molecular de la
lnmunoglobulinas, proteínas del com-
plemento, p, microglobulina
Proteínas de respuesta de fase aguda
(p. ej., proteiqa C reactiva, cr, gltco-
proteína ácida [orosomucoide])
Oncofetal 01 fetoproteína (AFP)
Proteínas de unión
o de transporte
Albúm¡na (varios ligandos, incluyendo
bilirrubina. ácidos grasos libres, iones
lCa,.l, metales lp. ej. Cu2., Zn2,l,
metahem, esteroides, otras hormonas
y una gran variedad de fármacos
Ceruloplasmina (contiene Cu
2*;
proba-
blemente la albúmina es más impor-
iante en el tEnsporte fisiológico de
Cu..)
Globulina de unión a corticosteroides
(transcortina) (se une al corlisol)
Haptoglobina (se une a la hemoglob¡na
extracorpuscular)
Lipoproteínas (quilom¡crones, VLDL,
LDL, HDL)
Hemopexina (se une al grupo hem)
Proteina de unión al ret¡nol (se une al
retinol)
Globulina de unión a hormonas sexua-
les (se une a testoslerona, estradiol)
Globulina de unión a hormonas tiroi-
deas (se une a T
o, l)
Transferr¡na (transporta hierrro)
Transtiret¡na (antes prealbúmina; se
une a T4 y forma un complejo con la
proteina de unión al retinol)
" Muchas olfas hormonas proteicas circulan en la sangre, pero no
se les denomina proteinas plasmáticas. De forma semejante, la
ferritina también se encuentra en el plasma en pequeñas canti-
dades, pero tampoco se le refiere como una proteÍna plasmática.
largo de ia vía de secreción. La síntesis de albúmina
disminuye en una gran variedad de enf-ermedades, par-
ticularmente aquélla llevada a cabo en el higado. El
plasma de los pacientes con enfermedad hepática, a
menudo muestra un descenso en la relación albúmi-
na: globulinas (relación albúmina/globulina disminuida).
La síntesis de la albúmina declina de forma relativa-
mente tempraÍla en condicioÍles de malnutrición
proteica, como el kwashiorkor (capítulo 65 caso 2).
Función
Varios factores de coagulación, fibrino-
geno

892. 848 . Bioqtrímica de Harper
lorma polimórfica r¡ás simple de la haptoglobina (Hp
1-i)hallada en humanos, es casi de 90 kDa. Así, el
complejo Hb-Hp posee una nrasa molecular aproxi-
mada cle 155 kDa. La hemoglobina libre pasa a través
del glomérulo del riñón, entra en los túbulos, donde
tiende a precipitarse (como puede suceder después
de una transfi-rsión masiva de sangre incompatible,
cuando la capacidad de la haptoglobina para unirse a
la hemoglobina ha sido excedida por rnucho) (figura
59 3). Sin embargo. el complejo Hb-Hp es demasiado
grande para pasar a través del glomérulo. La función
de la Hp es entonces, evitar la pérdida de hemoglobi-
na libre a través del riñón. Esta proteína conserva el
hierro, tan valioso, presente en la hemoglobina, que
cle otra forma perdería el organismo.
La haptoglobina humana existe como tres fomas
polimórficas conocidas como Hp l-l, Hp 2-1 yHp2-2.
La Hp I -l migra en la electrofbresis en gel de almidón,
como una banda única; en tanto que Hp 2-l y Llp 2-2
muestran patrones mucho más complejos. Dos genes.
denonrinados Hp' y Hpt. codifican estos tres fenotipos.
siendo el del Hp 2-1 de fenotipo heterocigoto. No se
han determinado diferencias funcionales significati-
vas entre las distintas formas polimórficas de FIp.
Los niveles de haptoglobina en el plasma huma-
no sufien variaciones que son de utilidad diagnóstica.
Los niveles bajos de haptoglobina se presentan en 1os
pacientes con anemias hemolíticas. Esto se explica
por el hecho de que, mientras la vida media de la
haptoglobina es de cinco días aproximadamente, 1a
vida media del complejo Hb-Hp es casi de 90 minu-
tos, puesto que tal compuesto es retirado del plasma
rápidamente por los hepatocitos. Así. cuando la
haptoglobina se une a la hemoglobina, 1a depuración
del plasma se l1eva a cabo 80 veces más rápido que 1o
normal. Se ha establecido que el nivel de haptoglobina
cae muy rápido en situaciones en que Ia hemoglobi-
na es liberada de fcrn¡a constante de los eritrocitos.
como ocurre en las anemias hemolíticas.
La haptoglobina es una proteína de fase aguda
¡,
su niveJ plasmático se incremerlta el1 una gran valie-
dad de estados inlarnatorios.
Otras proteínas plasmáticas se Llnen al grupo hem.
pero no a 1a hemoglobina, La hemopexina es r.Lna
B,-
globulina que se une a dicho grupo. La albírmina se une
a aigunos grupos metahem (lrem férico) para fomar
A. Hb + Riñón i Excretada por la orina o se prec¡pita
(rüw 6s.000)
los túbulos: el organismo pierde hierro
B. Hb + Hp +Complejo Hb: Hp + Riñón
/MW6sC00' rMW90ooú) I
|'vw
r c.000r
Y
;j:T""Jrñ:ffi
'Jffi
;"J*x'"?::Íili,t;á"
Figura 59-3. Diferentes destinos de la hemoglobina libre y
clel complejo hernoglobina-haptoglobina.
(Capítulo 591
rr-retahen, albúmina, la cuai transfiere posteriormente
el grupo melahern a la hemopexina.
A. Transferrina
Esta proteína es Llna p1-globulina con una masa
molecular aproximada de 76 kDa. Es una glucoprr¡teína
y es sintetizada en el hígado. Han sido halladas casi
20 formas polimórficas de transferrina. Esta desem-
peña una función central en el metabolismo orgánico
del hiemo debido a que lo transpofta (2 rnol cie Fer*
por mol de transferrina) en la circulación hasta los si-
tios donde este ion es requerido; por ejemplo, desde
el intestino lTasta la médula ósea y otros órganos. El
hierro es importante para el organismo humano debi-
do a su presencia en muchas hemoproteínas, como
hemoglobina, mioglobina y citocromos. El hierro es
ingerido con la dieta y su absorción como Fer está
regulada directamente a nivel de la r¡ucosa intestinal.
En circunstancias normales, el organisnro vigila su
contenido de hierro de forma muy estricta, como 1o
demuestra la rápida absorción de hierro para reponer
las pérdidas de este ion de casi 1 mg/d en un hornbre
adulto sano. Las mujeres adultas son más proclives a
presentar estados de deficiencia de hier-ro debido, en
algunos casos, a pérdidas sanguíneas excesivas durante
1a menstrlLación. En el cuadro 59-3 se muestran las
cantidades de hierro presentes en la transferrina y en
llruchos otros compaft imientos de1 organismo.
Aproximadamente 200 mil millones de eritrocitos
(casi 20 mL) se catabolizan diariamente, liberando casi
25 mg de hierro en el organisn-ro. El hierro libre es
tóxico, pero asociado con transferrina disminuye su
potencial de toxicidad y ésta se encarga de conducirlo
a los sitios donde es necesario en el cr.rerpo. Existen
receptores en la superficie de muchas células para la
transferrina. Dicha proteína se fija a estos receptores
para ingresar al interior de las células mediante un fle-
nórneno llamado endocitosis rnediada por receptor
(comparar con e1 proceso de las LDL, capítulo 27).El
pH ácido del interior de los lisosomas provoca que el
Cuadro 59-3. Distribución de hierro en un hombre
adulto de 70 kg*
Transferrina
Hemoglobina en eritrocitos
En mioglob¡na y muchas enzimas
En reservas (ferritina y hemosiderina)
Absorción
Pérdidas
3-4 mg
2500 mg
300 mg
1000 mg
1 mg/d
1 mg/d
*
En una mujer adulta con peso corporal semejante, la cant¡dad en
las reservas podrían ser menores (100 a 400 mg) y las pérdidas
mayores (1.5 a 2 mg/dÍa).

893. hierro se disocie de 1a proteína; no obstante, a difbrencla
del compor.rente proteínico de las LDL, ia apotrans-
ferrina no es degradada en el interior de 1os lisosomas.
Por el contrario, permanece asociada a su receptor, con
el cual se dirige a la membrana plasmática, se disocia
de su receptor y reingresa al plasma para recoger más
hierrc y entregarlo de nttevo a las células que lo re-
quieren.
B. Probtemas del metabolismo del hierro
En las mujeres, merece atención especial el metabo-
lismo del lTieno. por la razón antes mencionada' Además,
di,rrante e1 embarazo, su porción diaria recomendada
debe incrementarse, tomando en consideración el cre-
cimiento fetal. La gente de edad mayor con hábitos
dietéticos pobres (ios llamados "tomadores de té y
galletitas") pueden desamollar def-rciencia de hierro.
La anemia por deficiencia de hiemo debida a una in-
gesta inadecuada, utilización alterada, o pérdida exce-
sir¡a de hierro. es una de las condiciones uás comunes
que se observan en la práctica médica.
La concentración de transf-enina en el plasma es
de alrededor de 300 mg/dl. Esta cantidad de trans-
ferina pue<ie unirse a 300 ¡tg
de hierro por decilitro,
por 1o que esto representa la capacidad total de unión
de hierro del plasma. Sin embargo. la proteína por lo
comitn se encuentra saturada con hien-o sólo en una
tercera pafie. En la anemia por deliciencia de hierro.
la proteína está aún menos saturada con hierro, en tanto
que en condiciones de almacenatniento del erceso de
hierro en el organismo (p. ej., hemocromaiosis), la satu-
ración es mucho mayor que un tercio de la capacidad
tota1.
C. Ferritina
Ésta es otra proteína impoftante en el metabolismo del
hierro. En condiciones notmaies, la ferritina aluace-
na hierro. el cual puede ser solicitado segÚrn las
concliciones lo requieran. En situaciones de exceso de
hierro (p. ej., hemocromatosis), las reservas de hier-ro
se incrementan de fbrma notable, existiendo mucha
más ferritina en 1os tejidos, como en hígado y bazo.
La f'erritina contiene aproximadat-nenfe 23oA de hie-
rro. y la apof'erritina (la porción de proteína libre de
hierro) tiene una masa molecular de casi
zl40 kDa. La
ferritina se compone de 24 subunidades de 18.5 kDa,
las cuales rodean de una lorma micelar a unos 3 000 a
¿1 500 átomos férricos. Normalmente existe poca
f-erritina en el plasma humano, no obstante, en los pa-
cientes con exceso de hierro, la cantidad de ferritina
en el plasma se increlnenta notablen-rente. La cantidad
plasmática de f-erritina puede ser cuantificada adecua-
damente mediante un radioimnunoensayo sensible y
específico, lo cual sirve como un índice de ias reser-
r as de hier-ro en el orgattisrtio.
Proteínas pldsmátictts. inmunoglobulinos y coagulación sanguínea ' 849
La síntesis del receptor de transferrina (TfR. del
inglés trans./érrin receptort) y de la ferritina se encuen-
tran relacionadas de forma recíproca con el contetlrdo
celular de hierro. Las secuencias específicas no trans-
critas de1 rrRNA para ambas proteínas (llamados
elementos de repuesta al hierro, del inglés it,rir
response elements), interactúran con una proteína cito-
sólica sensible a las variaciones de los niveles de hien o
celular (proteína de unión del elemento de respuesta
a1 hiero, del inglés íron- responsive-element-bindittg
protein). Cuando los niveles de hierto se encuentran
altos. las células utilizan ei mRNA de la ferritina a1-
macenado, para sintetizar ferritina, en tanto que e1
mRNA del TfR es degradado. En contraste. cLiandt'
los niveles de hiero son bajos, el mRNA del TfR se
estabiliza y tiene lugar un atmento en la síl.rtesis de los
receptores, mientras que el rr-rRNA de la ferritina se
almacena aparentemente en forma inactiva' Este es itr'
ejemplo importante del control de la expresión de pt.'-
teínas a nivel de la traducción.
D. Hemosiderina
Es una mo[écula relacionada con estados de enfen.lle-
dad; al parecer, representa una lorma parctalnleni;
degradada de f'erritina. pero que aún contiene hi¡rr"
Puede detectarse mediante tinción histológica tp. e1
azul de Prusia) y localizar el lrierro; stt presencie e'
determinada hi stológicamente de forma senc iLia c u ¡'tr -
do existe un almacenamiento excesivo de este 1tr11'
E. Hemocromafosis primaria y secundaria
La hemocromatosis primaria es un fenónleno gerletic'
comítn, caracterizado por un almacenamiento e\L-i'r-
vo de hierro en los tejidos, lo que conduce a daño tisiiLr¡r
(capítulo 65 caso No. l0). La hernocromatosis secur-'-
daria puede aparecer después de translr¡sir¡rl¡-'
repetidas (p. ej., para el tratamiento de la anerllr¡ Lli-
ciforme), ingesta excesiva de hierro (p eJ - ¡1'¡
"¡
Bantú africanos quienes collsltmen bebidas ¡lc¡11.',.-
cas fermentadas en recipientes hecl.ros de liier-r.' . : -':--
gran núr.nero de condiciones. E1 cuadro 59
-
r;.-'t::;
las pruebas de laboratorio útiles en 1a er ai¡'t¡ci.ir'. ¿= ¡
pacientes con anomalías del metabolisit.i.' ce :- ¡::¡'
Cuadro 59-4. Pruebas de laboratorio para evaluar
a los pacientes conlrastorxos del metabolismo
. Cuenta eritrocitaria y estimación de hemoglobina
. Determinación de hierro plasmático, capacidad total de unión al
hierro (TIBC, del ¡nglés t otal iron-binding capacity) y porcentaie
de saturación de transferrina
. Determinación de ferritina plasmática por radioinmunoensayo
. llnción con azul de Prusia de cortes de tejido
. Determinación de la cantidad de hierro ( pg/g) en ura blopsla ie
rejido

894. 850 . Bioquímica de Harper
(Capíttrlo 59 t
l-a ceruloplasmina une al cobre,
y los niveles plasmáticos bajos de esta
proteína están relacionados
con la enfermedad de Wilson
La ceruloplasmina (casi 160 kDa) eS uo& o(2 globulina.
Tiene un color azul debido a su alto contenido de co-
bre y transportag}oá del cobre presente en el plasma.
Cada molécula de ceruloplasmina se une a seis áto-
mos de cobre de forma muy íntima, por lo que el cobre
no está disponible para ser intercambiado. La albúmi-
na transporta el otro l0% del cobre plasmático, pero
se une a este metal de forma menos fuerte en compa_
ración con la ceruloplasmina. Así, la albúmina dona
su cobre a los tejidos más facilmente que la cerulo-
plasmina y, al parecer, tiene una mayor impoftancia
que esta última respecto al transporte de cobre en el
organismo. La ceruloplasmina muestra actividad de
oxidasa dependiente de cobre, pero su importancia
fisiológica no ha sido aún elucidada. La cantidad de
ceruloplasmina en el plasma disminuye en caso de en-
fermedad hepática. En particular, los niveles bajos de
ceruloplasmina están presentes en la enfermedad
de Wilson (degeneración hepatolenticular), una enfer-
medad ocasionada por un metabolismo alterado del
cobre. Con el objeto de aclarar la descripción de la
enfermedad de Wilson, a continuación se considera
primero el metabolismo del cobre en el cuerpo humano
y después el de la enfermedad de Menkes, otra condi-
ción que implica anomalías en el metabolismo del cobre.
El cobre es cofactor para algunas
enz¡mas
El cobre es un oligoelemento esenciai. Es requerido.
en la dieta debido a que es el metal cofactor pára una
gran variedad de enzimas (cuadro 59-5). El cobre
acepta y dona electrones, y participa en reacciones que
implican dismutación, hidroxilación y oxigenación. Sin
embargo, el exceso de cobre puede ocasionarproble-
mas debido a su capacidad para oxidar protéínas y
lípidos, para unirse a ácidos nucleicos yfacilitar la
producción de radicales libres. Es entonces impofian-
te tener mecanismos que manten§an la cantidad de
cobre en el organismo dentro de los límites normales.
El cuerpo del adulto normal contiene alrededor de I 00
mg de cobre, localizado sobre todo en hueso, hígado,
riñón y músculo. La ingest a diaria de cobre es de 2 a 4
nrg, de los cuales casi 50%o es absorbido en el estóma-
go y en el intestino delgado superior, y el resto es
excretado a través de las heces. El cobre llega hasta el
hígado unido a la albúmina, donde es utilizado por las
células hepáticas, y parte de é1 es excretado por ta bl-
lis. El cobre también abandona el hígado fijado a la
ceruloplasmina, que es sintetizada en tal órgano.
Los niveles tisulares de cobre y de
algunos otros metales son regulados
en parte por las metalotioneínas
Las metalotioneínas constifuyen un grupo de peque-
ñas proteínas (casi 6.5 kDa) localizadas en el citosol
de las células, particularmente, las hepáticas, del ri-
ñón e intestino. Tienen un alto contenido de cisteína y
pueden unirse al cobre, zinc, cadmio y mercurio. Los
grupos SH de las cisteínas parlicipan en la unión con
los metales. El ingreso agudo (p. ej., mediante inyec-
ciones) de cobre y de algunos otros metales, incrementa
la cantidad (inducción) de estas proteínas en los teji-
dos, tal como resulta con la administración de algunas
hormonas o citocinas. Estas proteínas pueden funcio-
nar como reservas de los metales antes mencionados
en una forma no tóxica, y participan en su metabolis-
mo global en el organismo. El secuestro de cobre
también disminuye la cantidad de este metal disponi-
ble para generar radicales libres.
La enfermedad de Menkes se or¡g¡na
por mutaciones del gen que cod¡f¡ca
una ATPasa de unión del cobre tipo
p
(del inglés copper-binding p-type
ATPasel
La enfermedad de Menkes (enfermedad del pelo
..gri-
fo" o de "alambre") es un trastorno del metabolismo
del cobre. Está iigada al cromosoma X y afecta sólo a
los niños del sexo masculino; involucra al sistema ner-
vioso, tejido conjuntivo y vasculatura, y por lo general
es mortal en la infancia (capítulo 57).tJna condición
semejante fue obseryada en Australia en ovejas ali-
mentadas con una dieta deficiente de cobre, y el pelo
de los pacientes con enfermedad de Menkes se pare-
cíaalalanadefectuosa de estos animales. Esto sugirió
que 1a enfermedad de Menkes se ocasionaba por una
anomalía en el metabolismo del cobre. En 1993, se
reportó que las bases de esta enfermedad eran muta-
ciones del gen que codificaunaAlPasatipo p
de unión
de cobre. De forma interesante, la etuimamostró una
estructura similar a la de algunas proteínas que unen
metales presentes en microorganismos. Esta Alpasa,
al parec&, eg la responsable de orientar la salida del
cobre desde las células. Cuando se encuentra alterada
por mutaciones, el cobre no es movilizado de manera
Cuadro 59-5. Algunas enzimas importantes
que contienen cobre
. Amina oxidasa
.
Superóxido dismutiasa dependiente de cobre
.
Citocromo oxidasa
.
Tirosinasa

895. normal desde el intestino, donde se acumula, tal como
sucede en una gran variedad de células y tejidos de
otros aparatos, de los cuales no puede egresar. A pe-
sar de lá acumulación de cobre, la actividad de muchas
enzimas dependientes de cobre disminuye, quizá de-
bido a un defecto en su itrcorporación a las apoenzimas'
E1 hígado normal expresa muy poca cantidad de
ATPaia, 1o que explica que tal órgano no esté implica-
do en la enfermedad de Menkes. Estos estudios
sugirieron que el hígado podria contener un tipo dis-
tinio de AfPasa de unión de cobre, lo cual podría estar
relacionado con las causas de la enfemedad de Wilson
(véase después). En el cuadro 59-6 se comparan las
características más imporlantes de la enfermedad de
Menkes y de Wilson.
Proteínas plasmátigas,
La enfermedad de Wilson es un trastol'11o genético
donde el cobre no puede ser excretado por la bilis y se
acumula asi en hígado, cerebro, riñón y eritrocitos'
Puede ser considerada como una incapacidad para
mantener un equilibrio del cobre casi de cero, que re-
sulta en toxicosis por cobre. El aumento de cobre en
1as células hepáticas parece inhibir la unión del cobre
a la apoceruloplasmina, y esto conlleva un descenso
de los niveles plasmáticos de ceruloplasmina. Conforme
el cobre se acumula, los pacientes pueden desarroliar
anemia hemolítica, enfermedad hepática crónica (ci-
rrosis, hepatitis) y un síndrome neurológico debido al
acúmulo de cobre en los ganglios basales y otros cen-
tros. Un hallazgo clínico frecuente es el anillo de
Kayser-Fleischer, el cual es un anillo de pigmento
u".á. o dorado alrededor de la cómea debido al depó-
sito de cobre en la membrana de Descemet. Las pruebas
de laboratorio de mayor importancia para valorar el
metabolismo del cobre se listan en el cuadro 59-7' Si
se sospecha de la presencia de enfermedad de Wilson,
debe iealizarse una biopsia hepática; son diagnósti-
cos. valores de cobre hepático por arriba de 250 mg
por gramo de peso seco, junto con un nivel plasmátictl
de céruloplasmina por debajo de 20 mg/dl'
La cáusa de la enfermedad de Wilson fue descu-
bierla también en
.l
993. Después del hallazgo del gen
que ocasiona la enfemedad de Menkes, se descubrió
or-,u g.un variedad de mutaciones en un gen que codi-
fica unaAIPasa semejante a laAIPasa tipo P de unión
<le cobre. detenlinadas como las responsables de esta
condición. El gen, al parecer, codifica una proteírra de
I 411 aminoáóidot; .t homóloga de lbrma notable al
producto del gen de Menkes. De una manera a[Ln no
Lxplicada por completo. unaAf Pasa no furrcional pro-
Cuadro 59-6. Comparación de la enfermedad de Wilson y de Menkes*
Enlermedad de Menkes
L
Xq13.3
13q14'3
I I '---
D^^^^i,,^ r¡^á^á á
^r
ñ^a^m, Y AutOSómiCa reoesiva
1 Recesiva ligada a cromosoma X
1
AutosÓmica receslva
1 orro"rriññprteuniónalCu r*'tATPasatipoPdeuniónalCu'z*
Enlermedad de Wilson
Localización del gen
Herencia
Producto génico ntpasa tipo P de unión al cu *
I
A I PaSa lpo H Oe unlofl ar uu -
Epresión I
tooos los teiidos excepto h(?ado Hoado, riñón, Placenta
L
Mutaciones Una gran variedad
Una gran variedad
En Ia infancia tardia
Hallazgos cli{icos
Enfermedad hepática, signos neurológicos, pueden
Deoeneración cerebral, pelo anormal, otros signos, Entermedao nepalca' slgflos In
irÉrt"-t"r"pr"*
sobrevivir hasta la adultez tardia
Tratamiento
No hav un tratamiento efectivo
Penicilamina
-*"ur;;"r*-"-"
l"n."un"o
lJc'-''."ér.¡co
I iól,ur"o"oaJ.¡n"
""¡."
Iceruloplasmina sérica
'l
Cu?- ¡niest¡nal V renal
T Ct-t'z- urinario
1 Cú- hepático'
T Crf ' hepático
"rn*". ""**"r-
--I-o"rr*"n
*
"r,.
- - -i ;tr*;;voria de los pacientes
cultivos celulares 1 t Acumulación de cu'.
I Normales en E rllayurE uE ru§
Pdur
J L¡berac¡ón de Cu
'?'
Defecto I Absorción intestinal de Cú-, deficiencia de enzimas Excreción biliar de c#., incorporación de Cu'z* a la
dependientes de Cu '?'
ceruloplasmina
-AdaptadodechellyJ,MonacoAP:cloningtheWilsondiseasegene.NatGenetl993;5:317
inmunoglobulinasco agulac ión s anguín ect 851
lnicio Al nacimiento

896. 852 .Bioquímica de Harper
(Capírulo j,
del metabolismo del cobre*
Cuadr,o 59-7, Pr¡ncipales pruebas de laborator¡o que
se utilÍzan en Ia investigación de las enfermedades
.
Basado en Gaw A et al: Cfinical Biochemistry. Churchill
Liüngstone, 1 995.
duce ¡¡na excreción defectuosa del cobre hacia la bi-
lis, reducción en la incorporación dei cobre a Ia
apoceruloplasmina y acumulación de cobre en híga_
do, y subsecuentemente, en otros órganos como el
cerebro.
El tratamiento para la enfermedad de Wilson con_
siste en una dieta baja en cobre, además de la
administración de por vida de penicilamina, la cual
quela el cobre y es excretada por Ia orina para que así
deplete del organismo el exceso de este mineral.
La deficiencia de ür antiprCIte¡nasa
{«,,-antitripsina} está relacionada
con e¡ enf¡sema y un tipo
de enfermedad hepática
La o,-antiproteinasa (casi 52 kDa) antes era conocida
como cr,-antitripsina, y este último nombre es el que
será utilizado aquí. Es una proteína de cadena única
d:
??4
aminoácidos y posee tres cadenas de oligosa-
cáridos. Constituye el componente principal
eé0%)
de la fracción cr, del plasma hurnano. Es sintetizada
por los hepatocitos y macrófagos y es el principal in_
hibidor de la proteasa de serina (serpin o f¡ a"t
plasma humano. Esta proteína inhibe la iripsina, elas_
tasa y algunas otras proteasas al formar complejos con
ellas. Existen al menos 75 formas polimórficás, muchas
de las cuales pueden ser separadas por electroforesis.
El ggnotipo principal es MM y su producto fenotípico
es PiM. Existen dos áreas de interés clínico respecto a
la cr, -antitripsina. La deficiencia de esta proteína tiene
relación con algunos casos (aproximadamente 5%) de
enfisema. Esto ocurre sobre todo en los individuos
con el genotipo ZZ, quienes sintetizan piZy
también
en los heterocigotos PiSZ; ambos tipos secrétan canti_
dades de proteína considerablemente menores en
comparación con los individuos del tipo piMM,
quie_
nes a su vez, secretan mucho menor cantidad de la
proteína al compararlos con los tipo piM.
Cuando la
cantidad de cr,-antitripsina es deficiente y se eleva el
número de leucocitos polimorlonucleares en los pul_
mones (p. ej., durante neumonía), el sujeto afedac,
carece de un mecanismo para contrarrestar el darj.
proteolítico del tejido puhnonar producido por las prr.-
teasas como la elastasa (figura 59 4). Asimismo, posee
un interés considerable el hecho de que una metionin..
particular (residuo 358) de una o,,-antitripsir.ra este
implicada en la unión de este compuesto a ias protea_
sas. El hábito de fumar ocasiona que esta metionina sc
oxide a sulfoxido de metionina, y c1e esta manera la
inactiva. Como consecuencia, 1as moléculas af'ectadas
de o,-antitripsina pierden su capacidad de neutralizar
proteasas. Esto tiene efectos devastadores en 1os pa_
cientes (p. ej., f'enotip o PiZZ) que ya presenran niveles
bajos de cr,-antitripsina. La disminución de or-anri_
tripsina como efbcto adverso del tabaquismo. resulta
en un arunento de la destrucción proteolítica en el tejido
pulmonar, io cual acelera el desarrollo de enfisema.
La administración intravenosa de a, -antitripsina (terapia
de aumento) ha sido utilizada como coadyuvante en el
tratamiento de los pacientes con enfisema secundario
a deficiencia de «,-antitripsina. Se han realizado varios
intentos donde se emplean técnicas de ingeniería ge-
nética de proteinas (capítulo 42), con el objeto cle reem_
plazar la metionina 358 por otro residuo que no fuera
obj eto de oxidación. La o, -antitripsina
..mutante,,
que
resulta de estos estudios, podría llegar a brindar la pro-
tección necesaria contra las proteasas durante un
periodo de tiempo más largo del proporcionailo por la
cr,-antitripsina original. También se han realizado es_
fuerzos por desarrollar una terapia génica para esta
condición. Un avance ha sido el ernpleo de un adeno_
virus modificado (un patógeno del tracto respiratorio)
dentro del cual se ha inserlado e1 gen de la cr,-anti-
tripsina. El virus podría entonces ser introducido en el
tracto respiratorio (p. ej., mediante un aerosol). Las
expectativas son que las células epiteliales pulmona-
res lleguen a expresar dicho gen y a secretaien forma
local la a,-antitripsina. Los experimentos con animales
han indicado la posibilidad de tal alcance.
La dellciencia de o,-antitripsina también está im-
plicada en un tipo de enfermedad hepática (hepatopatÍa
por def,rciencia de cr,-antitripsrna). En tal condición.
las molécr-rlas del fenotipo ZZ se acumtlan y agregan
en las cisternas del retículo endopiásmico áe los
hepatocitos. Tal agregación se debe a la formación de
polímeros de una cr, -antitripsina mutante; los polímeros
se forman a través de una fuerte interacción entre una
asa específica de una molécula y una hoja
B
plegada
de otra (polimerización en asa-hoj a, del inglés loop_
sheet polytnerization'). A través de mecaniimos que
aún no están bien entendidos, este tipo de pacientes
desaruolla hepatitis y una cirrosis consecuente (acu_
mulación de grandes cantidades de colágena, que
resulta en fibrosis). Es posible que la administracfun
de un péptido sintético con una secuencia muy pare-
cida a la del asa mencionada, pueda inhibir ia poli-
20 a 50 pg/g de peso en seco
Prueba
1O-22 pmolt-