TALLER DE BIQUÍMICA: METABOLISMO

JUAN CARLOS MERCADO PITALUA

Presentado a:

MIGUEL GUZMÁN NAVAS

DOC. BIOQUÍMICA

UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA

FACULTAD DE EDUCACIÓN Y CIENCIAS HUMANAS

LIC. CIENCIAS NATURALES Y EDUCACIÓN AMBIENTAL

GRUPO: MONTERÍA – SABADOS

2010

TALLER DE METABOLISMO

LICENCIATURA EN CIENCIAS NATURALES Y EDUCACIÓN AMBIENTAL

UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA

MIGUEL GUZMÁN NAVAS, DOC. BIOQUÍMICA

1. El dinitrofenol (DNP) es un agente desacoplante, porque tiene la capacidad de aislar el flujo de los electrones y el bombeo de H+ de la síntesis de ATP. Esto significa que la energía de la transferencia de electrones no se puede usar para la síntesis de ATP. Hace 50 años, se suministraba DNP como un fármaco para ayudar a los pacientes a perder peso. ¿Por qué tendrá ese efecto el DNP? ¿Por qué será peligroso su uso?

El DNP (dinitrofenol) ayuda a las personas a perder peso debido a que bloquea la producción de ATP, lo cual hace que el organismo gasta mucho más calorías buscando producir electrones con el fin de lograr la síntesis de ATP; ya que el ATP es la molécula que le suministra energía al cuerpo para realizar todas las actividades necesarias (metabólicas y otras), el organismo pierde grasa de manera rápida y el organismo deja de funcionar correctamente.

Entonces, si el transporte electrónico no produce ATP, por lo cual debe de metabolizarse mucho más azúcar para suplir las necesidades de energía (ATP).

En la fosforilación oxidativa, el flujo de electrones desde el NADH y el FADH₂ hasta el oxígeno conduce al bombeo de H⁺ desde la matriz hacia el espacio intermembranoso. Este gradiente de H⁺ puede producir ATP cuando pasa a través de la ATP sintasa en la membrana mitocondrial interna. El dinitrofenol disipa el gradiente de H⁺, reduciendo la producción de ATP. Bajo estas condiciones, los alimentos que se comen no se usan para producir ATP, lo que hace perder peso. Sin embargo, un exceso de inhibidor puede rebajar demasiado el nivel de ATP hasta un límite incompatible con la vida. La diferencia entre la pérdida de peso y la muerte está solo en una pequeña diferencia en la concentración de dinitrofenol, por lo que este compuesto es peligroso.

Sabemos que una producción muy baja de ATP puede ser letal para el organismo humano.

Su uso excesivo produce entre otros síntomas transpiración excesiva, deshidratación, incremento de la respiración, incremento de las pulsaciones, incremento de la presión sanguínea, incremento del ritmo metabólico, insomnio, nausea, sudoración excesiva, posible muerte a causa del incremento en la temperatura, el DNF puede ser fatal si excedes la dosis.

Si la víctima tiene una intoxicación leve, los efectos desparecen rápida y completamente. Esta sustancia se absorbe a través de la piel intacta pero, gracias a su color amarillo intenso, la contaminación de la piel es muy fácil de reconocer.

El DNF ejerce su efecto tóxico por una alteración general del metabolismo celular que produce la necesidad de consumir cantidades excesivas de oxígeno para poder sintetizar los nucleótidos de adenina necesarios para la supervivencia de las células del cerebro, el corazón o los músculos. Si por ello la producción de calor es superior a su pérdida, puede producirse una hipertermia fatal. Estos efectos son más graves en los lugares de trabajo con ambientes cálidos.

El DNF se reduce rápidamente a aminofenol, un compuesto mucho menos tóxico, pero no inocuo, que se excreta como tal en la orina. Puesto que el DNF se metaboliza y excreta rápidamente, y como la intoxicación no produce lesiones estructurales en los tejidos, la absorción de pequeñas dosis durante largos períodos de tiempo no produce efectos crónicos ni acumulativos. La intoxicación puede confirmarse determinando el DNF o el aminofenol en la orina mediante el método de Derrien. No se produce metahemoglobinemia.

2. Explique por qué en las células, en condiciones anaeróbicas, la relación Piruvato/ lactato es mucho menor que 1, mientras que bajo condiciones aeróbicas la razón Piruvato/ lactato es mucho mayor que 1.

Es debido a que en las células en condiciones anaeróbicas el Piruvato se convierte en lactato, lo que no pasa en condiciones aeróbicas donde el Piruvato se convierte en acetil CoA.

Sabemos que la vía glicolítica produce piruvato, que en presencia de oxígeno será después metabolizado en el ciclo del ácido cítrico para producir NADH y FADH₂, que alimentarán la fosforilación oxidativa en la mitocondria. Teniendo en cuenta estas anotaciones lo que ocurre normalmente bajo estas condiciones, es que el ácido láctico decrecerá.

Al contrario de lo que acontece en condiciones anaeróbicas (ausencia de oxígeno), el piruvato puede ser convertido a ácido láctico, la cual es la única reacción que puede regenerar NAD⁺ para que pueda continuar la glicolisis. Entonces la producción de ácido láctico solo bajo condiciones anaeróbicas explica porque la razón piruvato/lactato es mucho menor que 1 en células anaeróbicas y mucho mayor que 1 en condiciones aeróbicas.

3. Durante un infarto de miocardio, el flujo sanguíneo a través del músculo cardiaco se interrumpe por bloqueo de una arteria coronaria. ¿Cómo se puede esperar que cambie el metabolismo en el corazón?

Las arterias portan sangre oxigenada y si el flujo de sangre a través de las arterias coronarias en el corazón están siendo obstaculizadas, el corazón está no recibe oxígeno. Todas las anomalías que ocurrirían serían efectos que se deben esperar cuando hay un insuficiente aporte de oxígeno a las células, lo cual provoca una disminución de la respiración celular y en por tanto, un aumento de las reacciones de fermentación.

Reduciendo el flujo de sangre en el corazón se restringe la liberación de oxígeno. Provocando la diminución de la fosforilación oxidativa en las mitocondrias, lo cual hace requerir a las células realizar reacciones fermentativas para obtener ATP, produciendo ácido láctico para regenerar el NAD⁺ para que la glicolisis continúe. El aporte de glucosa necesario para incrementar la energía consume las reservas de glucógeno, ya que la glicolisis produce escaso ATP. El agua se produce cuando el oxígeno es el último aceptor de electrones. Así, sin oxígeno la producción de agua desde el transporte electrónico está severamente inhibida.

En consecuencia se pueden esperar muchos cambios fisiológicos, entre los cuales podemos mencionar la rápida producción de ácido láctico, debido a que está muy estimulada; la fosforilación oxidativa en las mitocondrias se volverá lenta de una forma progresiva; también será inhibida la producción de agua y se aumentará el uso de la glucosa en el tejido muscular.

4. Explique de manera detallada por que se producen las cataratas.

La catarata consiste en la formación de opacidades en el cristalino ocular, que normalmente es transparente. La oxidación de las fibras del cristalino, catalizada por longitudes de onda lumínicas ultravioletas (UV) cortas y fototóxicas, destruye las uniones de las proteínas sulfhidrilo. La rotura de estas uniones da lugar a la desnaturalización y al conglomerado de las proteínas, con la consiguiente pérdida de la transparencia del cristalino. Una catarata será más o menos avanzada dependiendo de si la disminución de transparencia es mayor o menor. Cuanto mayor es la pérdida de transparencia del cristalino (o más avanzada es la catarata) mayor será la disminución de visión.

Con frecuencia, las cataratas centrales o nucleares están relacionadas con el envejecimiento, la exposición solar durante toda la vida y el tabaquismo. Como se ha demostrado en el estudio Chesapeake Waterman, los cambios corticales de las cataratas también se deben con frecuencia a la exposición a la luz UV y muestran una tendencia a darse en una gran parte de la familia. A menudo, se produce una formación de cataratas subcapsulares posteriores en personas jóvenes, en las que pueden progresar rápidamente.

La transmisión de la luz disminuye con la edad, sobre todo para las longitudes de onda más pequeñas (hasta 10 veces menos). Esto se debe a dos razones principales:

• Morfológicamente, las células del cristalino pierden en parte la organización de su citoesqueleto, desarrollan vacuolas y cuerpos densos;
• Se produce una modificación progresiva de las proteínas del cristalino, que genera un disfuncionamiento de los canales iónicos y por tanto un incremento de los niveles de sodio en el interior del cristalino y una disminución del transporte de fluidos.

Todo ello influye en la pérdida de transparencia del cristalino.

Las modificaciones postraduccionales de las proteínas se acumulan a lo largo de la vida. Además de producirse ligamientos cruzados entre proteínas y degradación, que ocurren en cualquier tipo celular, en el cristalino se produce además de forma significativa un proceso de glicaciónno enzimática. La glicación se produce en las cristalinas sobre los grupos amino de los residuos de lisina. In vitro, esta reacción produce un pigmento fluorescente amarillo, similar al detectado en los cristalinos humanos de edad avanzada, denominado lipofuscina. A pesar de los cambios de color, la cantidad de proteína glicada es menor del 5% en los cristalinos de edad avanzada. La glicación de las cristalinas se debe probablemente a su interacción con el ácido ascórbico y/o la glucosa y posiblemente el glutatión inhibe este proceso, manteniendo estos compuestos en estado reducido.

Cuando la organización de las cristalinas se altera, la transmisión de la luz a través del cristalino disminuye. Esto puede inducirse por acumulación de agua en el cristalino, formación de complejos proteicos de alto peso molecular y acumulación de vacuolas en el interior de las fibras con la edad.

En ciertas condiciones metabólicas asociadas con las cataratas, como la diabetes o la galactosemia, las altas concentraciones de glucosa/galactosa en sangre producen un aumento de la acumulación intracelular de glucosa en el interior de las fibras del cristalino, que satura la vía metabólica de la glicolisis anaerobia. Esto produce una desregulación de las vías metabólicas asociadas, que conduce a la reducción de los niveles de ATP y glutatión, y daño celular secundario, aumentando la difusión de la luz (cataratas). Asimismo, la presencia de niveles altos de glucosa, fructosa y glucosa-6-fosfato podrían inducir glicación no enzimática, aumentando el daño a las proteínas celulares y la opacidad del cristalino en un proceso independiente de la edad.

Otro componente importante en el desarrollo de cataratas es el efecto de la luz UV. La luz cercana a la UV se absorbe por los residuos de triptófano de las proteínas, convirtiéndose en un cromóforo fluorescente, que puede generar radicales libres. Estos compuestos atacan las proteínas, alterando su función. La inactivación por esta vía de proteínas como las bombas sodio-potasio produce acumulación de agua y opacificación, al menos en modelos animales. El oxígeno aumenta la tasa de foto-oxidación, y la vitamina E, la vitamina C y el glutatión reducen los efectos del daño por la luz.

5. ¿Se ha encontrado un nuevo fármaco que reduce la hepatitis vírica tipo B. El fármaco es un análogo de una de las bases de los nucleótidos que forman el DNA y probablemente opera siendo incorporado en el virus e interrumpiendo los genes virales durante la replicación del DNA viral. Sin embargo, los pacientes que fueron sometidos a la prueba clínica del fármaco comenzaron a sufrir una sobreproducción de ácido láctico que les llevo a la muerte por fallo hepático. Cuál es la explicación correcta para este problema?

Siendo este fármaco un análogo de una de las bases de los nucleótidos que forman el DNA, lo cual hace posible que penetre en el DNA nucleótido y el DNA mitocondrial, en ese caso la ingreso del fármaco en el DNA mitocondrial impide la potencialidad de la mitocondria para elaborar ATP.

Sabemos que el ácido láctico se produce sólo en los músculos cuando se realiza ejercicio o cuando la función mitocondrial está inhibida. Si este análogo es incorporado en el DNA mitocondrial, como mencionamos anteriormente este interrumpe la función mitocondrial. Entonces la rápida sobreproducción de ácido láctico, produce un fallo hepático causado por el fármaco, ya que el fármaco actúa como un nucleótido y simula la función del mismo.

En ese caso la sobreproducción de ácido láctico se debería a la fermentación, y esta sucede a gran ritmo. Conociendo que el fármaco puede obstaculizar con la replicación del DNA, se puede decir que el fármaco ha interferido con el DNA mitocondrial afectando la producción normal de ATP.

Entonces como se interfiere en la capacidad de la mitocondria para producir ATP, el ATP debe producirse fuera de la mitocondria, a través de la fermentación que tiene lugar en el citosol. Aunque el uso de la fermentación es normal para el organismo, la fermentación es una respuesta temporal que no puede ser mantenida en el tiempo en humanos.

En el caso de los pacientes del ensayo clínico, debido a la exposición continuada al fármaco afectó seriamente al DNA mitocondrial, incapacitando a un gran número de mitocondrias para producir ATP. La producción de ácido láctico por la fermentación fue continua y por tal motivo colapsó al hígado.

BIBLIOGRAFÍA

• http://www.tupincho.net/Esteroides_Anabolicos/uso-del-dnp-dinitrofenol-en-el-culturismo-a443.html
• http://profesionseg.blogspot.com/2009/10/riesgos-el-dinitrofenol-dnf.html
• http://es.groups.yahoo.com/group/Bioquimicafacil/message/977
• http://www.profesorenlinea.cl/Ciencias/OjoEnfermedades1.htm
• http://www.monografias.com/trabajos14/enferojos/enferojos.shtml
• http://www.biologia.arizona.edu
• http://es.wikipedia.org