Estabilidad del apatito dental


El apatito dental es una forma compleja de fosfato cálcico con estructura cristalina. Existen varias formas: hidroxiapatito, fluorhapatito … Su estructura forma una celdilla que apilada forma un prisma. El conjunto del prisma formara un cristal macroscópico.  Los iones ocupan posiciones fijas y entre ellos forman asociaciones. Los Ca2+ de las columnas están separados entre sí mientras que el Ca2+ del triángulo está más junto a lo largo del eje. Los iones del centro del triángulo (OH / F) se pueden intercambiar porque están en un medio acuoso (saliva) en el que hay iones en disolución. Si aumentan los iones en disolución precipitan y si estos disminuyen se disuelven.

El P3- y OH están siempre en equilibrio con respecto a la disolución. Los iones están en equilibrio con respecto a la disolución y cuando vuelve a formarse el cristal es el momento en el que se pueden intercambiar los iones del centro del triángulo (intercambio heteroionico)  Debemos tener en cuenta también las propiedades dinámicas del apatito dental:-solubilidad: en  medio ácido participa en una reacción de neutralización que solubiliza el mineral, mientras que en medio alcalino desplaza la reacción en sentido contrario, depositándose mineral amorfo por precipitación.

Transportadores de electrones:


Proteínas de membrana que contienen grupos prostéticos capaces de aceptar y donar 1 ó 2 electrones. Ejemplo:

Flavoproteínas:

Contienen FAD o FMN como grupo prostético. Estos cofactores son nucléotidos de flavina que están unidos a la proteína. La parte activa para el transporte de electrones es el anillo de flavina, que puede estar en forma oxidada o reducida, la diferencia entre estas formas es que en la forma reducida se han aceptado 2e– que han venido a parar al anillo de flavina. La forma reducida tiene la capacidad de perder estos electrones y pasar nuevamente a la forma oxidada. Estos electrones son aceptados de forma gradual, el primer electrón da lugar al intermediario semiquinona y el segundo da lugar finalmente a la forma reducida.

Proteínas ferro-sulfuradas:

Contienen centros Fe-S como grupos prostéticos, son átomos de naturaleza inorgánica, los átomos de hierro van a coordinarse con los  grupos S-H de los aminoácidos cisteína que forman parte de la propia proteína, que les permite alojarse en el interior de la proteína y constituir el grupo prostético.  Transfieren 1 electrón (cambios del estado redox del átomo de hierro: Fe3+/Fe2+)  La capacidad de transferencia de electrones (potencial) varía con la geometría y el entorno proteico.

Ubiquinona o Coenzima Q:

Benzoquinona liposoluble. Es una molécula pequeña que va a tener cierta movilidad dentro de la membrana interna mitocondrial que le permite interaccionar con los diferentes complejos de la cadena de electrones. También acepta 2e– y pasa de la forma oxidada a la forma reducida. A la forma oxidada se le llama ubiquinona y a la reducida ubiquinol. 

Citocromos:

Son proteínas que llevan como grupo prostético el anillo de porfirina (grupo hemo). El átomo de hierro del grupo hemo va a permitir que los citocromos sean capaz de transmitir los electrones, se transmite gracias al cambio de número de oxidación del hierro presente en este grupo. Se transporta un electrón en casda átomo de hierro. Diferentes  tipos  que varían según cuáles sean los sustituyentes del anillo. En la cadena respiratoria participan diferentes citocromos a, b y c.

Regulación de la degradación del glucógeno:


Interviene la enzima glucógeno fosforilasa (fosforilasa) es el enzima clave en la degradación del glucógeno. Intervienen hormonas como el glucagón que actuará a nivel del hígado o la adrenalina a nivel muscular. Músculo en reposo: La glucógeno foforilasa está en la forma b y en estado T (el estado menos activo de todos los posibles). No hay degradación de glucógeno. Músculo en actividad: Al aumentar la actividad en el músculo, va a disminuir el ATP, Aumentará la concentración de AMP por lo que ocurrirá activación fosforilasa b (el AMP actúa como regulador alostérico positivo de la fosforilasa b), la pasa de un estado menos activo a uno más activo del estado T al R. El ATP actúa como regulador alostérico negativo de la fosforilasa b. La liberación de la adrenalina va a provocar la activación de la enzima fosforilasa quinasa (modificación covalente)  que va a pasar a la fosforilasa de la forma b a la forma a que es la más activa, que va a estimular mucho más la degradación de glucógeno de ese tejido muscular que está en estado de actividad. Cuando se produce la actividad muscular hay liberación Ca2+ en las células musculares. Este calcio va a actuar como regulador alostérico positivo en la activación de la enzima fosforilasa quinasa generando más cantidad de fosforilasa a que es la forma más activa.  Hígado: En el hígado está presente la fosforilasa hepática, que está en estado a (activo). Cuando la fosforilasa hepática a está en actividad, la glucosa va a actuar como regulador alostérico negativo de esta enzima. Pasa esta fosforilasa a del estado R (activo) al T (menos activo).

Regulación de la síntesis del glucógeno:

 

La insulina estimula la síntesis de glucógeno y bloquea su degradación

Se libera cuando la glucemia es alta, que dispara la liberación de la insulina por parte de las células α del páncreas. La insulina interactúa con el receptor situado en la membrana que tiene actividad tirosina quinasa y esto desencadena una serie de eventos, que provoca a su vez una serie de fosforilaciones. Estas fosforilaciones activan unas proteínas quinasas que son sensibles a la acción de la insulina. Las proteínas quinasas sensibles a la insulina van a fosforilar a la proteína fosfatasa-1, enzima que cuando es fosforilada pasa a su forma activa. Estas proteínas fosfatasas-1 que han sido activadas van a desfosforilar distintos enzimas como por ejemplo a la enzima glucógeno sintasa, que va a aumentar su actividad, pasando la glucógeno sintasa a su forma a (activa). 

º β

-Oxidación de ácidos grasos:

Está constituida por una serie de4 reacciones enzimáticas, que van actuando cíclicamente hasta conseguir la oxidación de todos los carbonos del acil-CoA para que se conviertan en moléculas de acetil-CoA. Estas oxidaciones ocurren en el carbono β de los ácidos grasos. En esta secuencia de reacciones se van a liberar moléculas de acetil-CoA (2 Carbonos) a partir de la molécula de Acil-CoA. 

1ra reacción:

Va a intervenir una enzima Acil-CoA deshidrogenasa que va a oxidar la molécula de acil-CoA, esta oxidación consta en la formación de un doble enlace, se libera poder reductor en forma de FADH2.

2da reacción:

Consiste en un a hidratación del doble enlace que se acaba de formar, se incorpora una molécula de agua, por lo que aparece un grupo hidroxilo (OH-) en uno de los átomos de carbono que se había producido el doble enlace. Esta reacción es catalizada por la enzima Enoil-CoA-hidratasa.

3ra reacción:


Se produce una nueva oxidación por la enzima L-3-hidroxiacil-CoA-Deshidrogenasa, que va a oxidar este carbono que tenía un grupo hidroxilo y ahora tiene un grupo carbonilo, se genera poder reductor en forma de NADH.

4ta reacción:

Se produce una escisión de la molécula de acil-CoA, se rompe el enlace entre dos átomos de carbono por la enzima β-cetotiolasa (tiolasa).
Al mismo tiempo que se produce la ruptura, esta enzima va a unir al nuevo grupo carboxilo que se genera una molécula de CoA, obteniéndose Acetil-CoA y Acil-Coa que va a tener 2 átomos de carbono menos. Estas cuatro reacciones van a ocurrir cíclicamente, la molécula de Acil-Coa va a pasar por el ciclo todas las veces que sean necesarias de manera tal que al final queden 2 moléculas de Acetil-CoA.

 

Ciclo de la urea:


Este ciclo comienza con una reacción previa, la cual se considera parte del ciclo y tiene lugar en la mitocondria del hepatocito.Esta reacción previa va a ser catalizada por la enzima carbamil-fosfato-sintetasa-1 (CPS-1)
, que va a unir el amonio con bicarbonato en esta reacción se consumen 2 ATP y se obtendrá carbamilfosfato. Este carbamilfosfato se va a condensar con la molécula de ornitina, en esta reacción interviene la ornitina trans-carbamilasa y se va a formar citrulina.  Una vez formada la citrulina sale de la mitocondria a través de un transportador (es el mismo que mete la ornitina). Una vez en el citosol, la citrulina va combinarse con aspartato para formar arginino succinato, en esta reacción interviene la enzima arginino succinato sintetasa. El arginino succinato va a ser hidrolizado por la enzima arginino-succinasa (arginino succinato liasa)
de esta hidrólisis se va a formar arginina y fumarato. El fumarato es un intermediario del ciclo de Krebs, la arginina va a ser hidrolizada por la arginasa y va a dar lugar a la ornitina (intermediario de este ciclo) y urea. Cada molécula de urea va a permitir la excreción de dos nitrógenos  provenientes de aminoácidos.

Regulación del ciclo de la urea:


El punto clave en este ciclo es el enzima carbamil-fosfato-sintetasa-1 (CPS-1)
que va a determinar la velocidad de síntesis de la urea. Este enzima es alostérico que es activado positivamente por el N-acetil-glutamato que se forma en la célula a partir de Acetil-CoA y Glutamato. El N-acetil-glutamato se forma al aumentar la concentración de glutamina.  También puede ser regulada a largo plazo por cambios en la síntesis de los enzimas del ciclo, al aumentar o disminuir la síntesis de estos enzimas. Una de las señales que controla esta reacción es la cantidad de proteínas que ingerimos en la dieta. En dietas hiperprotéicas se van a eliminar mayor cantidad de aminoácidos por lo que se incrementará la síntesis de los  enzimas que intervienen en este ciclo para lograr una mayor velocidad en la eliminación de urea. En el caso contrario, de una dieta hipoproteica, se baja la síntesis de los enzimas de la urea para adaptar la eliminación de la urea al ritmo que se está generando el nitrógeno que va a ser excretado.

 

Proteína G:


Proteína transductora localizada en la membrana que fija nucleótidos de guanina (GDP).
Heterodímero con subunidades α, β y γ, la subunidad α, va a alojar el nucleótido de guanina y va a tener además una actividad enzimática nucleotidasa, que tiene la capacidad de hidrolizar nucleótidos. Existen distintos tipos de proteínas G, que se diferencian en la subunidad α, que va a permitir diferentes tipos de señalización. La subunidad γ va a estar fuertemente anclada a la membrana.

Activación del adenilato ciclasa.Hormonas: Adrenalina, glucagón, H. Liberadora de cortitropina (CRH), H. Adenocorticotropa o corticotropina (ACTH), H. Luteinizante (LH), H.  FOLículoestimulante (FSH), H. Tiroestimulantre o tirotropina (TSH). 

Cuando la hormona interacciona con el receptor y forma el correspondiente complejo, el receptor se une a la proteína G que está en la membrana y va a activar a ésta. La proteína G va a sufrir cambios en la conformación de sus unidades. La subunidad α va a abrir el sitio de uníón de GDP y el GDP va a ser sustituido por GTP. Dado este cambio la subunidad α va a perder la afinidad que tenía con la subunidad β y se separararse de ésta. La subunidad α va a adquirir cierta movilidad en el interior de la membrana y va a interaccionar con el adenilato ciclasa, que va a provocar la activación de esta enzima. La adenilato ciclasa cataliza la síntesis del AMPc (uno de los segundos mensajeros),  con la molécula de AMPc se forma además una molécula de pirofosfato. A la par que aumenta la concentración de AMPc a nivel celular, se va a hidrolizar el GTP que estaba unido a la subunidad α de la proteína G, pasado cierto tiempo va a pasar a GDP, lo que va a hacer que la subunidad α pierda la afinidad por el adenilato ciclasa y se vuelva a unir a la subunidad β y γ. Volviendo la proteína G a su estado inicial. La uníón de la hormona al receptor aumenta la síntesis cAMP en la célula.

Papel del cAMP:

Sus efectos están mediados por la activación de la Proteína quinasa A (PKA) que se encarga de lafosforilación de residuos de serina y treonina de proteínas diana. El AMPc se va a unir a los centros reguladores (alostéricos) de la PKA, que van a inducir cambios en las cadenas reguladoras, pasando la PKA a un estado activo. Las PKA van a fosforilar residuos de Serina y treonina. Las proteínas fosfatasas van a desfosforilar las proteínas que fosforilaron las proteínas quinasas.

La desactivación de la vía de transducción de señales es esencial:

Desactivación del complejo hormona-receptor. Desactivación de la proteína G. Degradación de cAMP: cAMP → 5’-AMP (fosfodiesterasa de nucleótidos). Rompe la estructura del AMPc.

 Activación de la enzima fosfolipasa C:  Hormonas: H. Liberadora de gonatropinas (GnRH), H. Liberadora de tirotropina (TRH), H. Tiroestimulante o Tirotropina  (TSH).
Son enzimas localizados en la membrana plasmática y se van a encargar de la hidrólisis de un fosfolípido de la membrana, el fosfatidilinositol-4,5-bisfosfato (PIP2).
La fosfolipasa va a romper la estructura de este lípido y como consecuencia se van a generar dos moléculas distintas que funcionan como segundos mensajeros. El inositol- trifosfato (IP3) y el diacilglicerol (DAG).  El inositol-trifosfato (hidrosoluble) va a pasar de la membrana al citosol, donde va a aumentar su concentración. Éste va a reaccionar con unas proteínas situadas en la membrana del retículo endoplásmico, lo que va a provocar la apertura de los canales de calcio del RE. Esto trae como consecuencia que aumente la concentración de calcio en el citosol. El calcio se va a unir a la proteína calmodulina, que va formar el complejo calcio-calmodulina, este complejo va a activar la modificación covalente de varias proteínas de las podemos destacar las proteínas quinasas. El DAG, tiene naturaleza liposoluble, por lo que va a moverse en la membrana lipídica, en presencia de calcio va a activar a las proteínas quinasas C que están en la membrana. Una vez activadas las proteínas quinasas C van a fosforilar a otras proteínas. El sistema de la fosfolipasa va a permitir la activación de tres segundos mensajeros: el inositol-trifosfato, el DAG y de forma indirecta el clacio, que van a activar proteínas quinasas que fosforilarán a otras proteínas.

Desactivación de la señal:

Se desactiva el complejo hormona receptor y la proteína G y para volver a condiciones normales en la célula ocurre lo siguiente: Rápida metabolización de IP3 y DAG. Mecanismos homeostáticos de regulación del Ca2+ intracelular, bombas de calcio que bombean hacia el exterior celular.

 

Regulación del ciclo del ácido cítrico o ciclo de Krebs


La velocidad del ciclo de Krebs está regulado fundamentalmente por las enzimas Isocitrato DH y α
-cetoglutarato DH,que son enzimas alostéricos. El ATP y NADH son efectores negativos, (ya que detienen el ciclo cuando hay cantidades suficientes) mientras que el ADP es un efector positivo (da paso al ciclo cuando hay cantidades importantes, estimula la actividad de la isocitrato DH). Cuando la presencia de ATP es alta en la mitocondria, se une a la enzima isocitrato deshidrogenasa, que va a detener la formación de ATP, ya que la célula tiene suficiente carga energética. La velocidad del ciclo de Krebs viene continuamente modulada para cumplir con las necesidades energéticas exactas de la célula. Los sitios primarios de control son las enzimas alostéricas: la isocitrato deshidrogenasa y la α-cetoglutarato deshidrogenasa. La isocitrato deshidrogenasa es estimulada alostéricamente por la presencia de ADP, que aumenta la afinidad de la enzima por el sustrato. Las uniones de isocitrato, de NAD+, de Mg2+, y de ADP, a la enzima son mutuamente cooperativas en sentido activador. Por contra, el NADH inhibe la enzima por el desplazamiento directo de NAD+. El mismo ATP tiene efecto inhibitorio. El segundo sitio del control del ciclo de Krebs está cerca de la α-cetoglutarato deshidrogenasa. Algunos aspectos del control de esta enzima son parecidos a los del complejo enzimático de la piruvato deshidrogenasa, como puede esperarse dada la extrema homología entre las dos enzimas. La α-cetoglutarato deshidrogenasa es inhibida por el succinil-CoA y el NADH, es decir, los productos de la reacción que cataliza, son efectores negativos. La α-cetoglutarato deshidrogenasa puede ser también inhibida genéricamente por un alto nivel energético presente en la célula. Esto significa que, en presencia de altos niveles de ATP, la célula es capaz de reducir la eficiencia del proceso de producción de energía. 

 

¿Cómo se regulan los niveles de fructosa-2,6-bisfosfato?


La fructosa-2,6-bisfosfato es un efector alostérico que actúa positivamente sobre la glucólisis y negativamente sobre la gluconeogénesis, está formada por la enzima fosfofructoquinasa-2.
Esta enzima va a sintetizar la fructosa-2,6-bisfosfato introduciendo un grupo fosfato proveniente del ATP en la posición 2 de la fructosa-6-fosfato. La fructosa-2,6-bisfosfato una vez formada puede ser reconvertida en  fructosa-6-fosfato por la enzima fructosa-2,6-bisfosfatasa que hidroliza el grupo fosfato ubicado en la posición 2, liberando fosfato inorgánico.  Los niveles de fructosa-2,6-bisfosfato en la célula van a depender si predomina la reacción de formación o la de reacción de hidrólisis donde se reconvierte en fructosa-6-fosfato. Si predomina la reacción de formación aumentan los niveles de fructosa-2,6-bisfosfato, si predomina la reacción de hidrólisis, disminuyen. La proteína que cataliza estas reacciones es una proteína bifuncional y depende de su estado de fosforilación, cuando no está fosforilada está activa la enzima

 

Entrada de nadh citosólico en la mitocondria: las lanzaderas


El poder reductor en forma de NADH producido por la glicólisis en el citosol no puede atravesar libremente la membrana mitocondrial interna, dispone de los sistemas lanzaderas, que de forma indirecta van a permitir que el poder reductor acceda al interior de la mitocondria, las más importantes son:

Lanzadera Malato-Aspartato:

El NADH generado en el citosol, es utilizado por la enzima malato deshidrogenasa que va a reducir el oxalacetato a malato, los electrones que necesita para la reducción los toma del NADH, el NADH será oxidado a NAD. En la membrana mitocondrial interna existe un transportador que permite que el malato que se genera en el citosol pase al interior de la matriz mitocondrial. En la matriz mitocondrial también está presente la enzima malato deshidrogenasa que va a catalizar la misma reacción que ha sucedido en el exterior, pero esta vez en sentido contrario oxidando el malato a oxalacetato y los electrones generados los va a utilizar para reducir el NAD hasta NADH dentro de la matriz mitocondrial el oxalacetato va a ser sustrato de otra reacción mediada por una transaminasa, el oxalacetato se convierte a aspartato. Este aspartato va a pasar al citosol por medio de unos transportadores situados en la membrana mitocondrial que permiten su paso al exterior. Una vez en el citosol el aspartado va a ser transformado a oxalacetato, por medio del α-cetoglutarato. 

Lanzadera del glicerol-3-fosfato

Es un sistema de reacciones en el cual el NADH que se genera en el citosol a través de una serie de reacciones va a acceder al interior de la mitocondria.  En citosol está presente la enzima glicerol-3-fosfato-deshidrogenasa que va a transformar la dihidroxiacetona-fosfato en glicerol-fosfato, para esto utiliza el poder reductor, el NADH se convierte en NAD. Luego, la enzima glicerol-3-fosfato-deshidrogenasa la vamos a encontrar nuevamente en la membrana mitocondrial, que va a tener como cofactor la enzima FAD que lleva a cabo la reacción contraria, el glicerol fosfato ya en la membrana mitocondrial interna va ser convertido nuevamente en dihidroxiacetona-fosfato, se va a oxidar y liberar electrones que van a quedar en forma de FADH2, que va a ceder sus electrones al coenzima Q situado en la membrana  que forma parte del complejo II de la cadena respiratoria. En ambos casos el poder reductor que estaba en forma de NADH en el citosol es utilizado para ceder los electrones a la cadena de transporte electrónico.

 

Teoría quimiosmótica:


 Un gradiente de concentración de protones sirve como almacén de energía que dirige la formación de ATP: la fuerza protón motriz. La fuerza protón motriz (Δp) es la energía almacenada en el gradiente de concentración de protones. Los protones que son translocados al espacio intermembrana mitocondrial por la cadena de transporte electrónico regresan al interior de la matriz mitocondrial vía ATP sintasa. El bombeo de protones a través de la cadena de transporte electrónico crea una fuerza protón motriz suma de las contribuciones de un potencial químico y un potencia leléctrico.