Metabolismo de las proteínas
Los términos metabolismo proteico o metabolismo de las proteínas hacen referencia a los diversos procesos bioquímicos responsables de la síntesis de proteínas yaminoácidos, y la degradación de proteínas (y otras grandes moléculas) por medio de catabolismo proteico.Las proteínas incorporadas con la dieta, son primeramente escindidas hasta sus aminoácidos constituyentes por medio de diversas enzimas y el ácido clorhídrico presente en eltracto gastrointestinal.1 Estos aminoácidos, posteriormente son convertidos en α-cetoácidos los cuales pueden ser reciclados en el organismo para la producción de energía, glucosa o grasas o para la resíntesis de aminoácidos. Esta degradación de aminoácidos a α-cetoácidos se lleva a cabo en el hígado, por medio de un proceso conocido comotransaminación.La biosíntesis de proteínas se sustenta en cuatro procesos:
METABOLISMO DE LAS PROTEÍNAS
Son macromoléculas constituidas por la polimerización de las unidades estructurales básicas denominadas aminoácidos (a veces compuestos derivados de los mismos) que se unen entre sí mediante enlaces peptídicos (tipo Amida).
Dos aminoácidos unidos entre sí por un enlace peptídico forman un dipéptido, sin son 3 serían un tripéptido y así sucesivamente. Los compuestos así formados por menos de 100 aminoácido se denominan péptidos (o polipéptidos) cuando el número de aminoácidos es mayor de 100 el compuesto se denomina proteína.
Aminoácidos: son compuestos químicos caracterizados por poseer un grupo funcional amino (-NH2) y otro ácido (-COOH) unidos a una cadena lateral (-R). [Si el grupo –R es un hidrógeno se habla de glicocola –R = H)
De todos los aminoácidos conocidos (más de un centenar) simplemente 20 son componentes naturales de las proteínas, el resto son productos intermedios o finales del metabolismo. Los aminoácidos básicamente se diferencian entre sí, por la naturaleza de la cadena lateral y es debido a ella que cada aminoácido tenga propiedades únicas y características. Las diferentes cadenas –R se diferencian entre sí en función de:
• Su forma y tamaño
• La carga
• Por la reactividad
• Por la capacidad de formar enlaces puentes de hidrógeno (puentes de H)
De entre los 20 aminoácidos naturales algunos no pueden ser sintetizados por el propio organismo y se denomina aminoácidos esenciales. Los aminoácidos no esencialespueden ser sintetizados mediante una reacción de transaminación.
La eliminación renal de los aminoácidos es inapreciable porque aunque se filtre a través del glomérulo (por su pequeño tamaño) son reabsorbidos en el túbulo proximal.
Su catabolismo (destrucción) sucede mediante transaminación o desaminación oxidativa y tiene lugar en el hígado y en el músculo. El destino de la cadena hidrocarbonas (-R), es la síntesis de glucosa mediante gluconeogénesis o el ingreso en el ciclo de Krebs para la obtención de energía.
El grupo amino cuando no es utilizado para la transaminación es degradado hasta amoniaco (NH3) que en el hígado se transforma en urea y glutamina.
Algunos aminoácidos son utilizados en la síntesis de gran interés biológico (por ejemplo hormona).
CARACTERÍSTICAS DE LOS AMINOÁCIDOS
1·- Los aminoácidos son compuestos anfóteros ya que en función del pH del medio pueden comportarse como ácido (dador de protones) ó como bases (aceptor de protones).
2·- Cada aminoácido tiene su punto isoeléctrico (PI) característico a cuyo pH tiene un carácter neutro, es decir, no presenta carga neta alguna. El carácter básico de su grupo amino (NH3+) es suficiente para hacerlo reaccionar con el grupo carboxilo (COO-) formándose un ión dipolar también denominado Zwitterion cuya carga total es nula. Este proceso se denomina neutralización.
3·- En disolución acuosa en los aminoácidos existe un equilibrio entre la forma catiónica y aniónica.
• Los principales aminoácidos: los 20 aminoácidos que forman parte de las proteínas son:
• Las alteraciones de los aminoácidos: son errores metabólicos congénitos y se conocen como aminoácidopatías. Son debido 2 causas:
1·- Debido a un déficit enzimático:
A·- Fenil-cetonuria: es un acumulo de fenilalanina y sus derivados (tóxicos para el cerebro) en sangre y orina debido a un déficit de fenilalanina-hidroxilasa.
B·- Son trastorno del ciclo de la urea: sería hiperamoniemia (que significa un aumento de amoniaco) por déficit de enzimas implicados.
C·- Albinismo: falta de pigmentación en la piel debido a que la tiroxina no puede ser transformada en melanina debido a la falta de la enzima tiroxinasa.
2·- Un fallo en el transporte de aminoácidos: puede ser tanto a nivel renal (falla la reabsorción tubular), como a nivel intestinal (falla la absorción). La alteración más conocida es la cistinuria que consiste en que alguno aminoácidos al no ser reabsorbidos en el túbulo pasan a orina, uno de ellos, la cistina puede precipitar formando cálculo renales
LAS PROTEÍNAS
La secuencia de aminoácidos de una proteína (estructura primaria) le confiere una identidad propia que es responsable de la función biológica que lleva a cabo. Pero esta función biológica para que se lleve a cabo las proteínas deben estar dotadas de una estructura tridimensional que puede ser secundaria, terciaria y cuaternaria.
• La estructura secundaria: las cadenas d aminoácidos se pliegan sobre sí mismas dando estructuras de hélice (alfa) o de lámina plegada (beta)
• Estructura terciaria: las estructuras anteriores se pliegan sobre si mismas.
• La estructura cuaternaria: es a consecuencia de la forma en que las distintas cadenas polipeptídicas se unen entre sí.
Las proteínas son compuestos nitrogenados en los cuales entra también a formar parte el carbono, el oxígeno, el hidrógeno y a veces el azufre o el yodo. Son coagulables por el calor y por los aminoácidos minerales. Son insolubles en éter y en alcohol.
• Clasificación de las proteínas: las proteínas se clasifican según varios criterios:
A·- Atendiendo a su composición: pueden ser:
~ Simples: compuestas solo por aminoácidos
~ Conjugadas: formadas por un componente proteico (aminoácidos) y un componente no proteico (grupo prostético). Según este grupo prostético se dividen a su vez en:
o Nucleoproteínas: formadas por la asociación con ácidos nucleicos.
o Fosfoproteínas: asociadas con fósforo.
o Cromoproteínas: tiene como grupo prostético un colorante (Hb)
o Glucoproteínas: unidas a un compuesto hidrocarbonado.
o Lipoproteínas: unidas a lípidos en proporción variable.
B·- Según su disposición espacial: se clasifican en fibrosas y globulares. Las proteínas formadas por cadenas polipeptídicas paralelas a un eje y unidas por un puente disulfuro y de hidrógeno recibe el nombre de proteínas fibrosas (colágeno).
Aquellas formadas por una ó más hélices alfa enrolladas sobre sí mismas sobre una estructura compacta se denomina globulares (la mayor parte de los enzimas, de las hormonas y de los anticuerpos).
C·- Según su función biológica: se clasifican en:
~ Proteína estructural: mantienen unidas las estructuras. Por ejemplo el colágeno
~ De transporte: transportan moléculas o iones en el organismo. P.E.: albúmina.
~ Catalizadores biológicos: son enzimas. P.E.: catalasa, fosfato deshidrogenasa.
~ Mensajeros químicos: hormonas como la calcetonina ó insulina
~ Defensa inmunológico: son proteínas que activan como anticuerpos como por ejemplo la Ig G e Ig M.
D·- Localización: pueden ser de 2 tipos: hísticas (tejido) y hemáticas (sangre)
PROTEÍNAS PLASMÁTICAS
Son las proteínas presentes en el plasma. Son más de 125 diferentes y tienen distintas funciones en el organismo que son:
1·- fuentes de nutrición para los tejidos, ejemplo albúmina
2·- participación activa en el mantenimiento del equilibrio osmótico, es decir, mantiene la adecuada distribución hídrica en los distintos compartimentos del organismos, ejemplo albúmina
3·- importante función como amortiguadores o tampones (mantiene el equilibrio del pH)
4·- importantes funciones de transporte, ejemplo albúmina y fármacos
5·- funciones defensivas, ejemplo gammaglobulinas
6·- otras funciones:
A·- factores de coagulación (fibrinógeno)
B·- inhibidores enzimáticos
• Definición de proteínas plasmáticas: es la suma de las concentraciones de todas y cada una de las proteínas presentes en el plasma. Su valor normal en el organismo es de 7-8 gr/dl.
El aumento de la cifra de proteínas totales suele deberse a una disminución relacionada con el volumen plasmático debido a: hipovolemia (disminución del líquido circulante) y deshidratación (lo que varía no es la cantidad de proteínas sino la proporción entre estas y el nivel hídrico del organismo).
La disminución de la cantidad de proteínas totales tiene también varias causas:
1·- el aumento del volumen plasmático a consecuencia de una retención excesiva de líquidos.
2·- la disminución de síntesis de albúmina por ejemplo en desnutrición o alteraciones hepáticas
3·- la disminución en la producción (hipogammaglobulinemias) de las gammaglobulinas o aumento en las pérdidas de la fracción de las globulinas, por ejemplo: quemaduras
• Clasificación de proteínas plasmáticas:
~ Pre-albúmina:
Tiene poca utilidad a la hora de valorar el estado nutricional.
Es reactante en fase aguda negativa.
Es transportadora de vitamina A.
Disminuyen su valor en desnutrición proteica y hepatopatía.
~ Albúmina:
Es esencial en los mecanismos de nutrición del organismo
Es fácilmente metabolizable
Tiene todos los aminoácidos esenciales
Es la principal responsable de la presión osmótica (retiene agua)
Interviene en la regulación del equilibrio ácido-base, es decir, actúa como tampón
Es transportadora de múltiples sustancias (fármacos)
Se une a los lípidos formando lipoproteínas
Sus valores normales son 3’5-5’2 gr/dl.
Su vida media es de 15 días
Las causas de su aumento son: deshidratación lo que produce volemia
Las causas de su disminución son: desnutrición, hepatopatías, enfermedades renales, neoplasias e enfermedades crónicas.
~ Globulinas:
Las globulinas son un grupo muy heterogéneo constituido por proteínas y proteínas conjugadas. (Con hidratos de carbono serían glucoproteínas y con lípidos, lipoproteínas).
Mediante electroforesis se separan básicamente en 3 grupos: aglobulinas, bglobulinas y cglobulinas.
* a-globulinas:
Son un 15% del total.
Su concentración normal es de 0’3-0’7 gr/dl.
Tienden a aumentar cuando hay daño hístico activo.
Su hallazgo en plasma es inespecífico ya que aparece en traumatismos, procesos malignos, inflamatorios,...
Se divide en 2 fracciones:
a1:
a1 anti-tripsina:
Es la sub-fracción mayoritaria.
Su función es que inhibe la tripsina
Está aumentado en reacciones inflamatorias agudas
Está disminuido en enfisema pulmonar y en cirrosis hepática infantil.
a1 lipoproteínas:
Transportan colesterol y vitaminas liposolubles
Está aumentado en enfermedades hepáticas
Transcobalamina:
Transportan vitamina B12
Está disminuida en la mala nutrición
Protrombina:
Es un factor de coagulación ya que es precursor de la trombina
Está disminuida en hepatopatías y en tratamientos con dicumarínicos
a2:
Ceruloplasmina:
Es transportadora de cobre
Está aumentada en la gestión, es reactante en fase aguda
Haptoglobina:
Transporta la hemoglobina
Está aumentada en procesos inflamatorios agudos y crónicos, es reactante en fase aguda
Está disminuida en hepatopatías y en algunas anemias
a2 lipoproteínas:
Son transportadoras de lípidos
Están aumentados en hiperlipemias
Está disminuido en insuficiencia hepática
Eritropoyetina
Intervienen en la formación de eritrocitos
Está aumentada en ciertos tipos de anemias
Está disminuida en nefropatías (riñón), enfermedades autoinmunes e insuficiencia renal
Alfafetoproteína:
Es la proteína principal del feto
Está aumentada en el embarazo y en neoplasias hepáticas
* b-globulinas:
Representan un 12% de las globulinas totales.
Su concentración normal es de 0’4-0’8 gr/dl.
Esta fracción no suele aparecer alterada.
Las bglobulinas se sub-dividen en:
Transferrina:
Es transportadora de hierro.
Está aumentada en las anemias ferropénicas.
Está disminuida en hepatopatías y neoplasias
b-lipoproteínas:
Es transportadora de colesterol, fosfolípidos y hormonas
Está aumentado en el síndrome nefrótico e hiperlipemias
Está disminuido en casos de nutrición.
C3 y C4:
Son componente del sistema del complemento
Está aumentado en procesos infecciosos agudos e infarto de miocardio
Está disminuido en la anemia hemolítica autoinmune y en el curso eritematoso.
Hemopexina:
Transporta el grupo ‘hemo’ de la hemoglobina
Es reactante en fase aguda por tanto está aumentada en inflamaciones agudas.
Está disminuida en hepatopatías.
* c-globulinas:
Se divide en:
Ig G, Ig A, Ig M, Ig D e Ig E (anticuerpos):
Constituyen la mayor parte de las inmunoglobulinas.
Su composición química es semejante.
Su movimiento electroforético es variable, por lo tanto, forman una banda ancha en el proteinograma.
Son anticuerpos que constituyen la inmunidad humoral
Los valores normales son de 0’6-1’1 gr/dl.
Están aumentados en procesos inflamatorios crónicos y en enfermedades autoinmunes
Están disminuidos en casos de hipogammaglobulinemia en edad avanzada, en inmuno-supresión.
Proteína C reactiva:
Es reactante de fase aguda, es altamente sensible
Está aumentada en inflamaciones agudas y en necrosis hísticas (muerte de tejidos).
~ Fibrinógeno:
La concentración normal es de 0’3 gr/dl.
En electroforesis migra entre las fracciones b y c.
Es reactante de fase aguda.
La función más importante es la coagulación, es precursor de la fibrina
Está aumentada en el embarazo y durante el uso de anovulatorios
Está disminuida en hepatopatías y coagulopatías por consumo.
DETERMINACIÓN DE LAS FRACCIONES PROTEICAS
Aparte de la determinación de proteínas totales es importante clínicamente la determinación cualitativa y cuantitativa de los diferentes tipos proteicos de plasma, es decir, la cuantificación de las fracciones proteicas. Se usan los siguientes métodos: electroforesis, inmuno-electroforesis o inmuno-difusión radial.
• Electroforesis: es una técnica físico-química relativamente sencilla que va a permitir separar y posteriormente cuantificar las fracciones más importantes de proteínas presentes en el plasma. Obteniendo así lo que se conoce como patrón electroforético o proteinograma. Mediante una electroforesis normal es posible separar aquellas fracciones de proteínas plasmáticas cuyo peso molecular oscila entre 66.000-700.000. Cuando el soporte usado para llevar a cabo el desarrollo electroforético es acetato de celulosa las principales fracciones proteicas son: la fracción albúmina y las fracciones a1, a2, bglobulinas y cglobulinas.
Cada fracción está formado por un conjunto de proteínas con un movimiento electroforético semejante aunque muy diferente en cuanto a estructuras y funciones.
El fibrinógeno puede aparecer cuando la muestra usada es plasma. En cambio no aparecerá en el suero (porque se consume en el proceso de coagulación).
• Inmuno-electroforesis: tiene mayores niveles de sensibilidad y especificidad consiste en combinar la separación electroforética con la provocación de reacciones inmunológicas entre las proteínas y anticuerpos específicos frente a ellas. Las diferentes fracciones proteicas se detectan mediante la aparición de arcos de precipitación.
Tiene gran utilidad ya que permite detectar gran número de fracciones proteicas y además permiten detectar inmunoglobulinas anormales
• Inmuno-difusión radial: es una técnica únicamente de tipo inmunológico. Consiste en colocar el suero a analizar en un orificio (pocillo) practicado en una palca de agar impregnado de anticuerpos dirigidos específicamente contra la proteína que se desea valorar.
La reacción proteína-anticuerpo forma un anillo de precipitación cuyo diámetro es proporcional a la cantidad de proteína presente en la muestra que se pretende valorar.
La técnica se puede cuantificar mediante el uso de patrones.
ALTERACIONES DE LAS PROTEÍNAS PLASMÁTICAS
Por la gran diversidad de funciones de las proteínas plasmáticas son muchas las alteraciones que pueden aparecer. Se clasifican en:
• Disproteinemias: son alteraciones en las fracciones obtenidas tras una electroforesis.
• Paraproteinemias: presencia en el plasma de alguna inmunoglobulina anormal y/o alguno de su fragmentos.
• Crioglobulinemias: es la circulación en el plasma de inmunoglobulinas que precipitan al descender la temperatura.
• Alteraciones de alguna banda: son defectos aislados de alguna fracción.
• Alteraciones de la proteinemia total: son alteraciones en la cantidad total de las proteínas totales.
1·- Disproteinemias:
A·- Hipo-albuminemia: es la disminución de la concentración de la albúmina. Puede ser debido a:
~ Una síntesis insuficiente, por ejemplo mal nutrición, insuficiencia hepática.
~ Una eliminación y degradación excesivas. Por ejemplo: síndrome nefrótico, alteraciones intestinales, quemaduras extensas,...
B·- Hipogammaglobulinemia: es una disminución de las cglobulinas pro déficit en el sistema inmunitario.
C·- Hiper-globulinemia:
~ Un aumento de las aglobulinas. Por ejemplo: inflamaciones aguda , tumores,...
~ Un aumento de las a y b globulinas. Por ejemplo: síndrome nefrótico
~ Aumento de las cglobulinas. Por ejemplo: inflamaciones y enfermedades del colágeno.
2·- Paraproteinemias ó gammapatías monoclonales: se consideran inmunoglobulinas anormales. Son productos de una actividad espontánea (sin estímulo antigénico previo) y excesiva de un clon proliferante d linfocitos B. Se observaría en:
A·- Mieloma múltiple
B·- Leucemias y linfomas
C·- Lesiones renales
D·- Síndrome de hiper-viscosidad de la sangre.
3·- Crioglobulinemias: las crioglobulinas son un grupo de inmunoglobulinas que precipitan al disminuir la temperatura pueden dar lugar a trastornos circulatorios en las regiones distales de las extremidades cuando se exponen al frío o también inflamaciones de los vasos (vasculitis).
4·- Alteraciones de alguna banda: reflejan defectos de los protoplasmáticos. Son debidas a trastornos de la síntesis proteico tanto de tipo hereditario como adquirido:
5·- Alteración de la proteinemia total:
A·- Hiper-proteinemia auténtica: no a consecuencia de la hemo concentración) es siempre debida a un aumento de las inmunoglobulinas.
B·- Hipo-proteinemia es debida a la disminución de las 2 fracciones electroforéticas más importantes y son la albúmina y las cglobulinas.
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