Fundamentos Clave de Bioquímica y Fisiología Celular

Conceptos Fundamentales de Bioquímica

Termodinámica y Energía Celular

Energía Libre de Gibbs (ΔG)

• ΔG < 0: Reacción espontánea, exergónica, libera energía.
• ΔG > 0: Reacción no espontánea, endergónica, necesita aporte energético.
• ΔG = 0: Reacción en equilibrio, isoergónica.

Equilibrio Ácido-Base y pH

Escala de pH

• pH entre 0-7: Disolución ácida.
• pH entre 7-14: Disolución básica.
• pH = 7: Disolución neutra.

Desequilibrios Ácido-Base

• Acidosis Respiratoria: Retención de CO2, lo que incrementa los protones (H+) y baja el pH. Causada por hipoventilación o eliminación de H+ en orina.
• Alcalosis Respiratoria: Expulsión excesiva de CO2, lo que disminuye los protones (H+) en sangre y sube el pH. Causada por hiperventilación o retención de H+ en orina.
• Acidosis Metabólica: Aumento de protones (H+), baja el pH. Se compensa con eliminación de H+ en orina e hiperpnea.
• Alcalosis Metabólica: Sube el pH, bajan los protones (H+). Se compensa con hipopnea o retención de H+ en orina.

Relación pH y Punto Isoeléctrico (pI)

• pH > pI: Carga neta negativa.
• pH < pI: Carga neta positiva.

Genética y Estructura del Material Hereditario

• Cariotipo: Nos indica el número, tamaño y forma de los cromosomas.
• Eucromatina: ADN activo, relajado.
• Heterocromatina: ADN inactivo, compactado.
• Ideograma: Distribución ordenada de un cariotipo.
• ADN: Adenina, Citosina, Guanina y Timina.
• ARN: Adenina, Citosina, Guanina y Uracilo.

Macromoléculas Biológicas

Carbohidratos

Oligosacáridos y Disacáridos

• Lactosa: Puede ser alfa o beta y tiene poder reductor (compuesta por glucosa y galactosa).
• Sacarosa: (Glucosa y fructosa) No tiene poder reductor ni mutarrotación porque no tiene carbonos anoméricos libres.
• Maltosa.

Polisacáridos

Homopolisacáridos

• Almidón: Amilosa + Amilopectina = reserva energética.
  • Amilosa: Cadena lineal de D-glucosa unida por enlaces α-1,4 que tienden a adoptar una estructura helicoidal.
  • Amilopectina: Cadenas ramificadas con enlaces α-1,4 en la porción lineal y α-1,6 en los puntos de ramificación.
• Glucógeno: Similar a la amilopectina pero con mayor número de ramificaciones. Se almacena en el músculo e hígado cuando hay exceso de aporte de glucosa.
• Celulosa: Cadenas lineales de D-glucosa unidas por enlaces β-1,4 no hidrolizables por las enzimas digestivas humanas.
• Quitina: Similar a la celulosa pero con N-acetil-2-D-glucosamina.

Heteropolisacáridos

• Ácido Hialurónico: Formado por unidades de un disacárido compuesto por ácido D-glucurónico y N-acetil-2-glucosamina, unidos por enlaces β-1,3 y β-1,4.
• Sulfatos de Condroitina: Forman parte de tejidos más duros como la córnea, el hueso y el cartílago. Similar al ácido hialurónico pero el aminoazúcar es la N-acetil-2-D-galactosamina.

Lípidos

Lípidos Simples

Derivados de Ácidos Grasos

• Prostaglandinas (PG): Ubicuas y participan en la inflamación.
• Prostaciclinas (PC): Proceden de las PG y tienen función anticoagulante.
• Tromboxanos: Proceden de las PG y estimulan la agregación plaquetaria y la vasoconstricción, favoreciendo la formación de trombos.
• Leucotrienos (LT): Dirigen a los leucocitos a zonas de inflamación y favorecen la infiltración en el tejido.

Lípidos Complejos

• Fosfolípidos: Fosfoacilglicéridos y Esfingomielinas.
• Glucolípidos: Cerebrósido, Sulfolípido, Globósido y Gangliósido.

Lípidos Isoprenoides

• Terpenos, Esteroides, Carotenoides, Retinoles, Tocoferoles y Poliprenilquinonas.

Aminoácidos, Péptidos y Proteínas

Aminoácidos

• Los aminoácidos contienen un grupo amino y otro carboxílico.
• Polares Ácidos: Aspartato (Asp) y Glutamato (Glu).
• Polares Básicos: Histidina, Arginina y Lisina.
• Propiedades de los Aminoácidos: Estereoisómeros, absorción de luz UV y comportamiento anfótero.

Estructura de Péptidos y Proteínas

• Primaria: Orden de los aminoácidos.
• Secundaria: Estructura de los elementos, como la hélice alfa y la hoja plegada beta.
• Terciaria: Se define el plegamiento tridimensional y la proteína es funcional.
• Cuaternaria: Número de cadenas polipeptídicas que forman una proteína.

Membranas Celulares y Transporte

Tipos de Transporte

• Pasivo: A favor de gradiente, no requiere ATP.
• Activo: En contra de gradiente, necesita ATP. Puede ser:
  • Primario: Ej. Bomba Na+/K+.
  • Secundario.

Metabolismo Energético

Glicólisis Aerobia y Ciclo de Krebs

Regulación del Ciclo de Krebs

• Cuando el ATP y NADH son elevados, se frena el ciclo.
• Cuando el NADH es bajo, se acelera el ciclo.
• La regulación se ejerce en las reacciones irreversibles: Isocitrato Deshidrogenasa, Alfa-Cetoglutarato Deshidrogenasa y Malato Deshidrogenasa.

Lanzaderas Mitocondriales

• La membrana interna es impermeable al NADH. Para que el NADH entre a la mitocondria, se utilizan las lanzaderas:
  • Lanzadera del Glicerol Fosfato: Rinde 2 ATP.
  • Lanzadera del Malato-Aspartato: Rinde 3 ATP.

Cadena de Transporte de Electrones

• Complejo I: NADH-Ubiquinona Oxidoreductasa.
• Complejo II: Succinato-Ubiquinona Oxidoreductasa.
• Complejo III: Ubiquinona-Citocromo c Oxidoreductasa.
• Complejo IV: Citocromo c Oxidasa.

Glicólisis Anaerobia

• Tiene lugar en el citosol del hígado y en células sin mitocondrias.
• La insulina activa la glicólisis anaerobia y el glucagón la inhibe.
• Fases clave:

1. Fase 1: Transformación de la glucosa en Glucosa-6-Fosfato (Glc-6-P) a través de la enzima Hexoquinasa, gastando 1 ATP.
2. Fase 3: Fructosa-6-Fosfato (Fru-6-P) a Fructosa-1,6-Bisfosfato (Fru-1,6-bisP) por la enzima Fosfofructoquinasa, gastando 1 ATP.
3. Fase 10: Fosfoenolpiruvato a Piruvato por la enzima Piruvato Quinasa, obteniendo 1 ATP.

Metabolismo del Glucógeno

• Glucogenólisis: Degradación de glucógeno cuando baja la glucosa en sangre, catalizada por la enzima Glucógeno Fosforilasa.
• Glucogenogénesis: Activada por la insulina, forma enlaces de glucosa α-1,4 por la enzima Glucógeno Sintasa.

Regulación del Glucógeno

• El glucagón y la adrenalina inhiben la Glucógeno Sintasa y activan la Glucógeno Fosforilasa.
• La insulina inhibe la Glucógeno Fosforilasa y activa la Glucógeno Sintasa.

Metabolismo de Lípidos y Proteínas

Metabolismo de los Lípidos

Catabolismo de Ácidos Grasos (AG)

1. Activación de los AG a Acetil-CoA por la enzima Acil-CoA Sintetasa.
2. Entrada de AG a la matriz mitocondrial por la carnitina.
3. Beta-oxidación de AG: Proceso de degradación que se realiza en 4 pasos. La tiolasa regula el ciclo.

Transporte de Acetil-CoA al Citosol

• Se utilizan las lanzaderas citrato/malato y citrato/piruvato.

Biosíntesis de Ácidos Grasos (AG)

• Por cada síntesis de AG se consume 1 ATP y 2 NADPH.
• Tiene lugar en el citosol a través de la lanzadera citrato-malato.
• El Acetil-CoA se convierte en Malonil-CoA por la enzima Acetil-CoA Carboxilasa.

Síntesis y Transporte de Colesterol

• El colesterol no se degrada; lo fabricamos y también lo ingerimos.
• Viaja unido a las lipoproteínas plasmáticas VLDL y LDL.
• El colesterol llega al hígado en los quilomicrones (QM) residuales.
• LDL: Distribuye el colesterol del hígado a los tejidos.
• HDL: Recoge el colesterol sobrante de las membranas y lo lleva al hígado.
• La enzima que regula la síntesis de colesterol es la HMG-CoA Reductasa.

Metabolismo de Proteínas

Eliminación de Amonio en Tejidos

• Para llegar al hígado, el amonio se incorpora al glutamato, que forma glutamina. La glutamina pasa a la sangre, viaja y llega al hígado, donde libera el grupo amino.

Aminoacidopatías

• Fenilcetonuria: Causa retraso mental.
• Parkinson: Asociado a deficiencia de dopamina.
• Alcaptonuria: Alteración del metabolismo de la tirosina, puede causar artritis en adultos.

Regulación del Ciclo de la Urea

• La enzima reguladora es la Carbamoil Fosfato Sintetasa I.
• La urea se forma a partir de 2 grupos amino y 1 carbono (CO2).
• El hígado es el único tejido capaz de fabricar urea.
• El ciclo de la urea se completa en el hígado.
• La unión de amonio + CO2 para dar lugar a fosfato de carbamoil se une a la ornitina.