Bioquímica Esencial: Agua, Proteínas, Inflamación y Diabetes

El Agua y su Importancia en la Vida

El agua es el medio donde se desarrolla la vida:

  • Fluido básico de la materia viva.
  • Medio disolvente de las reacciones bioquímicas.
  • Medio de transporte de sustancias:
    • Transporte de nutrientes.
    • Excreción de sustancias tóxicas.
  • Regulador de condiciones físicas (temperatura).

Propiedades del Agua

Se deben a su estructura molecular:

  • Propiedades químicas:
    • Propiedades como disolvente:
      • Polaridad.
      • Efecto hidrofóbico.
    • Posibilita enlaces débiles.
  • Propiedades físicas:
    • Elevado calor específico: ayuda a mantener la temperatura.
    • Presión osmótica: ayuda a mantener la forma.

Estructura Molecular del Agua

  • Hibridación sp3 del oxígeno:
    • Estructura tetraédrica.
    • Geometría no lineal.
  • Distinta electronegatividad de O e H.
  • Molécula polar:
    • Distribución asimétrica de los electrones de enlace.
    • Carga parcial + (δ+) cerca de los H y (δ-) cerca del O.
    • Capacidad de formar enlaces de hidrógeno.

Estructura de las Proteínas

La estructura de las proteínas surge del plegamiento de la cadena polipeptídica.

  • Depende de su secuencia y de las características del disolvente.
  • Se distinguen cuatro niveles estructurales:
    • Estructura primaria: secuencia de aminoácidos.
    • Estructura secundaria: plegamiento local.
    • Estructura terciaria: plegamiento global.
    • Estructura cuaternaria: organización multimérica de varias cadenas.

Estructura Primaria de las Proteínas (1ria)

  • Se define por la secuencia de aminoácidos, específica de cada proteína.
  • Las proteínas homólogas tienen secuencias y funciones semejantes.
  • La comparación de secuencias permite establecer relaciones evolutivas:
    • Mutaciones: variaciones en la secuencia.
    • Los aminoácidos invariables son importantes para la función.
    • Las mutaciones conservadoras son cambios entre aminoácidos químicamente semejantes.
    • Algunas mutaciones se relacionan con enfermedades: enfermedades moleculares (patología molecular).

Estructura Secundaria de las Proteínas (2ria)

  • Patrones repetitivos de conformación local de la cadena polipeptídica.
  • Dependen de los valores de los rotámeros φ y Ψ.
  • Hay un número limitado de conformaciones posibles debido a impedimentos estéricos entre los grupos -NH, -CO y R.
  • La conformación más favorable depende de la secuencia de aminoácidos.
  • Las conformaciones posibles se estabilizan por un número elevado de enlaces de hidrógeno.

Estructuras Supersecundarias

Son combinaciones de elementos de estructura secundaria que forman patrones definidos. También se denominan motivos estructurales y son la base para la clasificación estructural de las proteínas.

Estructura Terciaria de las Proteínas

  • Estructura tridimensional global que asume una proteína al plegarse.
  • Residuos lejanos en la secuencia quedan cerca en el espacio.
  • Estructura compacta que excluye las moléculas de agua de su interior.
  • En el interior se agrupan residuos hidrofóbicos (efecto hidrofóbico). Los polares se exponen al exterior.
  • La ausencia de agua facilita las interacciones iónicas y los enlaces de hidrógeno.
  • Las proteínas grandes suelen presentar dominios estructurales.

Estructura Cuaternaria de las Proteínas

  • Asociación no covalente de varias cadenas polipeptídicas.
  • Subunidades = monómeros = protómeros.
  • Las subunidades se organizan de manera simétrica.
  • Ventajas de la asociación:
    • Mayor estabilidad.
    • Regulación alostérica.
  • Estabilidad: mismo tipo de enlaces que la estructura terciaria.

La Respuesta Inflamatoria

La respuesta inflamatoria es una respuesta defensiva del organismo frente al daño tisular producido por agentes físicos, químicos o biológicos:

  • Traumatismos (necrosis tisular, rotura, etc.).
  • Operaciones quirúrgicas.
  • Quemaduras.
  • Agentes tóxicos o corrosivos.
  • Agentes infecciosos.

La respuesta inflamatoria ocurre sólo en tejidos conectivos vascularizados y su finalidad es aislar y/o destruir el agente agresor y reparar el tejido dañado. En la inflamación participan mediadores solubles y componentes celulares. Es una reacción protectora, pero una inflamación excesiva puede conducir a una situación patológica.

Elementos de la Respuesta Inflamatoria

  • Plasma sanguíneo: aporta anticuerpos y proteínas de los sistemas plasmáticos de activación.
  • Células sanguíneas: monocitos y neutrófilos (y también linfocitos, basófilos, plaquetas).
  • Endotelio vascular: control del tono y la permeabilidad vascular, liberación de mediadores, moléculas de adhesión (reclutamiento de leucocitos al espacio intersticial).
  • Tejido conectivo: células (mastocitos y fibroblastos) y componentes extracelulares (proteínas estructurales, glicoproteínas de adhesión, proteoglicanos).

Mediadores Químicos de la Inflamación

  • Sustancias de naturaleza química y origen muy diversos.
  • Su activación y liberación está muy regulada. Una vez activados o liberados tienen una vida media muy corta.
  • La mayoría se unen a receptores celulares específicos, pero otros tienen actividad enzimática o tóxica directa.
  • Producen efectos múltiples y actúan sobre diferentes tipos celulares y su efecto puede variar en función de la célula.
  • Se diferencian dos tipos:
    • Plasmáticos: generados por sistemas enzimáticos presentes en plasma.
    • Tisulares: liberados por las células.

Mediadores Plasmáticos

Sistemas enzimáticos interrelacionados entre sí que se activan a través de cascadas proteolíticas (amplificación):

  • Sistema de la coagulación.
  • Sistema fibrinolítico.
  • Sistema del complemento.
  • Sistema de las cininas.
  • Activación del Factor XII de la coagulación.

Perfil Metabólico en la Diabetes

Diabetes Mellitus Tipo I

  • Nivel de insulina bajo: deficiente entrada de glucosa en las células (hiperglucemia).
  • En hígado: aumenta la gluconeogénesis, disminuye la glicolisis, aumenta la degradación de glucógeno.
  • Liberación de glucosa a sangre y aumento de su excreción en orina (glucosuria, poliuria, polidipsia).
  • Activación de lipolisis y proteolisis.
  • Metabolismo hepático de ácidos grasos: cetogénesis (cetoacidosis) y liberación de VLDL (hipertrigliceridemia).
  • Los tejidos actúan como en el ayuno: acúmulo de combustibles en sangre.

Diabetes Mellitus Tipo II

Producción limitada de insulina y/o resistencia a la acción de la insulina.

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