APUNTES IMPRESOS DE LA MATERIA DE : BIOQUIMICA CLINICA I PROTEINAS SERICAS UNIDAD 4 DE LA LICENCIATURA DE QUIMICO FARMACOBIOLOGO

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1 UNIVERSIDAD AUTONOMA DE CHIAPAS FACULTAD DE CIENCIAS QUIMICAS CAMPUS IV APUNTES IMPRESOS DE LA MATERIA DE : BIOQUIMICA CLINICA I PROTEINAS SERICAS UNIDAD 4 DE LA LICENCIATURA DE QUIMICO FARMACOBIOLOGO TITULAR DE LA MATERIA: DRA. CONSUELO CHANG RUEDA CICLO AGOSTO-DICIEMBRE 2017 TAPACHULA, CHIAPAS

2 CONTENIDO: IV.- METABOLISMO DE PROTEINAS. 4.1).- Composición. 4.2).- Clasificación: proteínas simples y conjugadas. 4.3).- Equilibrio nitrogenado. 4.4).- Digestión y absorción. 4.5).- División de proteínas plasmáticas albúminaglobulina. Semiología. 4.6).- Métodos de análisis-electrofóresis, cromatografía, métodos de precipitación. 4.7).- Anomalías. Objetivos particulares: 1. Describirá los procesos metabólicos que se efectúan en la digestión y absorción de las proteínas. 2. Describirá la importancia diagnóstica de las proteínas plasmáticas específicas. 3. Describirá las características de las principales proteínas plasmáticas específicas. 4. Identificar los patrones electroforéticos de anormalidades proteicas y correlacionarlos con el estado de enfermedad. 5. Explicará los fundamentos de los principales métodos para el análisis de proteínas. 6. Determinar correctamente las proteínas totales y sus fracciones e interpretar adecuadamente los resultados. 7. Describir el proceso metabólico de los compuestos nitrogenados no proteicos: urea, creatinina y ácido úrico. 8. Definirá el concepto de depuración de creatinina como prueba para valorar la filtración glomerular. 9. Correlacionará los valores de urea, creatinina y ácido úrico como pruebas para valorar la función renal. 10. Explicará las distintas pruebas para la valoración de la función renal y tubular. 11. Determinará correctamente los niveles de urea, creatinina y ácido úrico e interpretar los rangos de referencia. Dra. Consuelo Chang Rueda 2

3 IV.- METABOLISMO DE LAS PROTEINAS: ESTRUCTURA Y CLASIFICACION: Actualmente se conocen como proteínas a un grupo de compuestos orgánicos que son los principales contribuyentes nitrogenados del protoplasma de todos los tejidos vegetales y animales, cuya unidad estructural esta integrada por aminoácidos, y que son imprescindibles para la síntesis de los tejidos y ciertas funciones de regulación del organismo conteniendo en su molécula átomos de carbono, hidrógeno, oxígeno, azúfre y fósforo. H 0 R - C - C - 0H NH 2 Representación típica de la molécula de aminoácidos donde R nos índica un radical variable en el cual pueden incluirse átomos de azúfre y también fósforo Obsérvese la presencia de los grupos carboxílico y amíno en la anterior representación del aminoácido pues, gracías a estos ocurre el enlace que hace posible la unión de varios aminoácidos para integrar una molécula de proteína. El nitrógeno presente en las moléculas de proteínas distingue a estas de las grasas y carbohidratos, teniéndolo en 16% de promedio aproximadamente; sus pesos moleculares van desde 5,000 hasta varios millones, por lo que tienden a formar soluciones coloidales. La molécula proteica está integrada por cadenas de aminoácidos unidos por un enlace covalente llamado enlace peptídico, como resultado de la pérdida de una molécula de agua al unirse a dos aminoácidos. H 2 O H 0 H O î H O H O R - C - C - 0H + H - NH - C - C - OH < > R - C - C - N - C - C - OH NH 2 R NH 2 H R Dra. Consuelo Chang Rueda 3

4 El enlace peptídico puede romperse mediante la hidrólisis por medio de la cual una proteína se fracciona dándonos aminoácidos, siendo generalmente esté sitio el punto clave para el estudio de las proteínas. Para definir a las proteínas en términos descriptivos bioquímicamente se le ha asignado cuatro niveles estructurales básicos: * Estructura Primaria * Estructura Secundaria * Estructura Terciaria * Estructura Cuaternaria Quedando incluidas en el tercer grupo las proteínas con actividad biológica como la albúmina, las globulinas, el fibrinógeno, etc. Pero a la gran variedad de proteínas también se les divide en dos grandes categorías de acuerdo con su configuración. DIGESTION: La digestión se realiza por hidrólisis; los diversos pasos de esta comienzan con la acción de la pepsina en el estómago. La enzima rompe las uniones peptídicas de las proteínas hasta convertirlas en cadenas largas de polipéptidos, denominadas proteasas y peptonas ;y estas pasan al intestino donde por acción de la tripsina y la quimiotripsina del jugo pancreático, las desdoblan para formar cadenas más cortas de aminoácidos, denominadas péptidos. Al avanzar por el intestino, los péptidos son atacados por las péptidas y aminopeptidasas que los convierten en sus aminoácidos correspondientes. ABSORCION: Los aminoácidos así formados, se absorben en la mucosa intestinal por fenómenos activos; llegan a los capilares de las vellosidades y luego a la sangre portal, y fluyen por el hígado antes de llegar a la circulación general y distribuirse por todo el organismo. La mayoría de las proteínas se absorben como productos de la digestión, es decir en forma de aminoácidos, también pueden impregnarse péptidos en menor cantidad, es posible que haya absorción de polipéptidos y aún de proteínas enteras; se piensa que por este mecanismo se pueden explicar algunas alergías alimenticias. Dra. Consuelo Chang Rueda 4

5 Los aminoácidos al entrar en corriente sanguínea van de la vena porta hacía el hígado y músculo donde son temporalmente almacenados, porciones de aminoácidos son liberados para su uso en otros tejidos y consecuentemente una pequeña cantidad se elimina por la orina. La porción no nitrogenada de los aminoácidos se puede utilizar como fuente de energía como pasa con los carbohidratos y grasas. El estado dinámico que existe entre las proteínas y los aminoácidos se llama balance de nitrógeno. La concentración de aminoácidos se incrementa cuando se efectúan procesos de absorción, síntesis o catabolismo que determinan el pozo común de aminoácidos y se puede producir en los tejidos y transformarse en nuevas proteínas ya sean hormonales, enzimáticas, estructurales, etc. Existe una velocidad de intercambio óseo, la cantidad de proteínas sintetizada o degradada por unidad de tiempo. Por ejemplo, las proteínas plasmáticas que tienen tiempos de 2 a 10 días, mientras que la de músculo tienen un tiempo de hasta 100 días. Los aminoácidos que el cuerpo no puede sintetizar deben suministrarse con la dieta ya que si falta uno, el cuerpo no podrá sintetizar sus proteínas. El mantenimiento de esa deficiencia durante cierto tiempo, determinaría un balance negativo de N 2, produciéndose pérdidas de peso, un nivel bajo de proteínas séricas y edema. REACCIONES METABOLICAS DE LOS AMINOACIDOS: Pueden seguir la fase catabólica través de la desanimación, formación de la urea y producción de energía, o bien, la síntesis de nuevos aminoácidos en procesos de reaminación y transaminación. PROTEINAS PLASMATICAS ESPECIFICAS: El examén de las proteínas del plasma proporciona información que refleja estados patológicos en muchos sistemas orgánicos. Aunque la determinación de proteínas totales proporciona alguna información del estado general del paciente; otro fraccionamiento como la albumina, es más informativa como al estado de nutrición, o a la capacidad sintetizadora del hígado o a la nefropatía por pérdida de proteínas. Los cálculos de la diferencia entre la proteína total y la albúmina dan el valor de todas las globulinas, una mescla de las otras fracciones pueden elevarse en los trastornos graves.. La electroforesis de las proteínas separa las globulinas de la albúmina y resuelve las proteínas principales del suero en patrones que pueden ser altamente específicos para algunas enfermedades. Dra. Consuelo Chang Rueda 5

6 FUNCIONES DE LAS PROTEINAS PLASMATICAS: 1) Conservar la presión osmótica de la sangre, sobre todo por efecto de la albúmina y debido a su naturaleza fisicoquímica. Las proteínas del plasma, por ser moléculas grandes, coloidales, no son difusibles, esto es, no pueden atravesar las membranas de las finas paredes capilares, como pueden hacerlo otros solutos en la sangre, quedando atrapadas en la pared vascular y ejercen presión osmótica coloidal, la cual sirve para mantener un volumen normal en la sangre y un contenido normal en el líquido intersticial y los tejidos. 2) Desempeñar un papel nutritivo; dado que constituyen una porción del fondo común de aminoácidos del cuerpo, que conforme se requieren ser utilizados para la construcción de otras proteínas, para la regeneración y crecimiento de tejidos aminoácidos desaminados para formar cetoácido, los cuales pueden movilizarse para producir energía calorífica o transformarse en carbohidratos o lípidos. 3) Actuar como amortiguadores del balance de la sangre. Como compuestos anfotéricos, funcionan como amortiguadores para reducir al mínimo grandes cambios súbitos en el ph sanguíneo. 4) Actuar como agentes de transporte, muchos metabolitos vitales, iones metálicos, hormonas, vitaminas y lípidos son transportados por todo el cuerpo enlazados a proteínas especificas y llevados a ellas. 5) Actuar como agentes inmunológicos, particularmente los Acs. inmunes entre las globulinas. 6) Suministrar factores necesarios para la coagulación de la sangre, como fibrinógeno, protrombina, globulina antihemofílica, factores V y VII, etc. 7) Representan las enzimas necesarías en la sangre, todas las enzimas aisladas hasta la fecha son proteínas. Dra. Consuelo Chang Rueda 6

7 Para su estudio es usual dividir en dos grupos a los compuestos nitrogenados que existen en el organismo humano. Uno esta constituido por las proteínas; en el otro se reúnen todas las sustancias no proteicas que contienen nitrógeno (Urea, ácido úrico, creatinina, aminoácidos, etc. )El estudio de estos componentes en sangre son de gran utilidad en la patología humana, ya que numerosas alteraciones cualitativas o cuantitativas pueden ser diagnosticados por el laboratorio. Las proteínas son sintetizadas bajo control genético a partir de los aminoácidos de la dieta y de los que resulten del catabolismo proteico. Las principales vías metabólicas pueden observarse en el esquema siguiente: Proteínas de la dieta (algunos) Proteínas orgánicas Aminoácidos Vías especiales (Mayoría) _ NH3 ácido-α-ceto Purinas Pirimidinas Ciclo de La ornitina CHOS e Ac. Grasos e Intermediarios Intermediarios Ac. Úrico NH3 Urea Ciclo de Krebs Derivados De la Nicotinamida CO2 H2O Creatinina SO4= Dra. Consuelo Chang Rueda 7

8 La urea y el amoníaco son los principales productos finales. El amoníaco a su vez es transformado en urea a través del ciclo de la ornitina que se efectúa en el hígado y que se puede simplificar de la siguiente manera : Ornitina CO2 NH3 Arginasa Citrulina Urea Arginina El ácido úrico resulta del catabolismo de los ácidos nucleícos, específicamente de las purinas, mientras que la creatinina se forma a partir de la fosfocreatina y creatina musculares. La urea, la creatinina y el ácido úrico son eliminados por el riñón y se encuentran normalmente en la orina. Métodos de Análisis. Todas las técnicas para determinar proteínas se practican en suero, con excepción de las proteínas especiales; el fibrinógeno, por ejemplo, requiere de plasma para su cuantificación. Las proteínas pueden ser determinados por métodos puramente químicos de los cuales el de Biuret es el más usado; también puede ser estudiado por el método de electroforesis, de inmunoelectroforesis y de inmunodifusión radial. Estas ultimas son combinaciones de métodos fisicoquímicos e inmunológicos. El método de biuret informa sobre el monto total de las proteínas, que se reporta en gr. Por 100 ml. del suero; la cifra normal es de 6-8. En la actualidad es posible determinar con gran exactitud la albumina por el método de verde de bromocresol y obtener por diferencia las globulinas, por lo que la utilización de la relación albúmina y globulina es altamente confiable. Parece lógico que esta prueba se utiliza como filtro; en caso de sospecharse una alteración proteica debe ser acompañada siempre, por lo menos de una electroforesis de proteínas. Dra. Consuelo Chang Rueda 8

9 ELECTROFORESIS DE PROTEINAS La técnica de electroforesis utiliza las propiedades eléctricas de las proteínas, cuyos aminoácidos poseen cargas positivas (grupos NH3) y negativas (grupo COO). Cuando una proteína es colocada en un campo eléctrico es atraída en uno de los polos, el positivo o el negativo, de acuerdo a su carga neta, la cual varía en relación con el ph de la solución en que se encuentre. A ph alcalino (8.6) la migración se efectúa en el polo positivo, y esta migración es mas o menos rápida dependiendo de la forma del voltaje aplicado. De esta forma las proteínas del suero sufren una separación característica que puede graficarse por un densitómetro y obtener así una imagen a la que se le llama patrón electroforético. El método electroforético llamado de zona, que utiliza predominantemente gel de agarosa, o acetato de celulosa como soporte sólido y a un ph de 8.6; permite observar la separación de proteínas en las siguientes fracciones: Pre albúmina, albúmina, globulinas alfa 1, alfa 2, beta lipoproteína y gammaglobulinas. Así las proteínas plasmáticas se dividen en: 1.- ALBUMINAS 2.- GLOBULINAS que se dividen en globulinas alfa 1 y 2, beta y gamma, fibrinógeno. 3.- MUCOPROTEINAS 4.- LIPOPROTEINAS 1.- Pre albúmina: Se desplaza hacia el ánodo en forma más rápida que la albúmina. Tiene estructura tetramérica, con un PM total de 62,000. Cada monómero puede fijar una molécula de tiroxina; también la prealbumina fija la proteína fijador del retinol (PFR), que a su vez forma complejos con la vitamina A, de manera que la pre albúmina sérica es importante como marcador del estado de nutrición. 2.- ALBUMINA: Es la más pequeña y abundante de las proteínas del plasma y constituye más de la mitad de las proteínas totales. De PM bajo (69,000), componente fundamental del plasma producido por el hígado, explica el 75% de la presión osmótica del plasma. Su molécula tiene gran afinidad para todos los iones, lo que explica su importante papel, como portadora de muchísimas sustancias como: bilirrubinas, ácidos grasos, hormonas, antibióticos, colorantes, calcio sanguíneo, etc. Además que es una reserva móvil de aminoácidos. Su depresión debidos a su deterioro en la síntesis o pérdidas de proteínas como sucede en la Ascitis, nefropatía o enteropatía con perdidas de proteínas da como resultado un grave desequilibrio de la presión oncótica intravascular. Esta pérdida se desarrolla clínicamente por el desarrollo de edema periférico 3.- GLOBULINAS: Se originan en el hígado, excepto las gamma globulinas Dra. Consuelo Chang Rueda 9

10 que son producidas por las células linfoides endoteliales y células plasmáticas. Se distinguen 4 porciones: alfa 1antitripsina, globulinas alfa 2- macro globulina, haptoglobina, globulinas beta ( transferrina y C3 del complemento) y globulinas gamma. en resumen La porción alfa comprende una alfa lipoproteína, una alfa glucoproteína y la ceromucoide. La porción alfa 2 incluye macroglóbulinas lipo y glicoproteínas, seudoplasmina y una heptoglobulina. La porción beta incluye una lipoproteína la SIDEROFILINA y una glucoproteína; y la porción gamma que son globulinas homógeneas que contienen 5 portadores de ACS para inmunoglobulinas IgM, IgA, EgM, IgD, IgE, IgG. La sideroplasmina transporta Fe. La seudoplasmina el Cu. 3.- FIBRINOGENO: Se encuentra ausente en el suero normal, pero debe aparecer en la electroforesis plasmática como una banda distinta a las beta y gammaglobulinas. El plasma contiene entre 100 y 400 mg/dl de fibrinógeno, que constituye el más abundante de los factores de coagulación que forma el coagulo de fibrina. Es una glucoproteína con PM de 330,000 producido por el hígado, es un factor muy importante en la coagulación sanguínea llamado Factor I, interviene en la última fase de la coagulación convirtiéndose en fibrina. Las glicoproteínas y las mucoproteínas son definidas como carbohidratos con uniones a cadenas de péptidos. Existen otro tipo de proteínas individuales que no suelen ser identificadas por la electroforesis debido a sus bajos niveles ene le suero, éstas son: la ceruloplasmina globulinas Ge, hemopexina, alfa 1-glucoproteína ácida y proteína C-reactiva. ANOMALIAS DE PROTEINAS: Cifras normales por electroforesis: PROTEINAS TOTALES = 6.3 a 8.2 gr/100 Albúmina = 3.5 a 5.2 gr/% Globulinas (alfa 1) = 0.1 a 0.4 gr/% Globulinas (alfa 2) = 0.4 a 0.8 gr/% Globulinas (meta) = 0.5 a 1.0 gr/% Globulinas (gamma) = 0.6 a 1.3 gr/% En total todas las globulinas 2.2 a 3.5 Dra. Consuelo Chang Rueda 10

11 El estudio de las proteínas séricas totales da una información clínica bastante pobre, ya que muchas enfermedades se manifiestan por una modificación de las proporciones negativas de los 2 grupos principales: La relación albúmina globulina (Relación A/G); cualquier método de análisis debe suministrar la cifra de los 2 componentes principales. NOTA: La relación A/G es generalmente 1 a 1 ó 3 a 1; EJEMPLO: 5/2.5 = 2 a 1 Menos de 1 se llama inversión de la relación A/G y puede ser por baja de albúmina o aumento de globulina. HIPERPROTEINEMIA E HIPOPROTEINEMIA HIPERALBUMINEMIA: La hiperalbuminemia no se ha registrado jamás y si alguien lo reporta es por un error técnico. HIPOALBUMINEMIA: Generalmente se presenta: 1.- Por pérdidas cuantiosas y reiteradas de sangre 2.- Por síntesis defectuosa 3.- Por carencia de materiales y ejemplo: insuficiencia hepática avanzada, cáncer, cirrosis, etc. 4.- Enteropatías como colitis ulcerosa, cáncer en el intestino, etc. HIPER E HIPOGLOBULINEMIA: Generalmente existen hiperglobulinemias siendo las hipoglobulinemias excepcionales. Dra. Consuelo Chang Rueda 11

12 Las globulinas alfa se encuentran aumentadas en el síndrome nefrotico, ictericia obstructiva, tuberculosis hormonal, etc. Las globulinas beta, aumentan generalmente en todos los procesos que cursan con hiperlipemia y también en síndrome nefrótico, mieloma, mixederma, etc. Las globulinas gamma, aumentan en infecciones inflamatorias crónicas como Brucelosis, endocarditis, kalazar, poliartritis; también aumenta en la fase tardía de inflamaciones agudas como infecciones en vías de curación. Las gama globulinas disminuyen por defecto de síntesis o pérdidas exageradas, ejemplo: Enfermedad de Hogaming (Enfermedad del SRE ó linfáticos). La Agammaglobulinemia es una enfermedad congénita caracterizada por ausencia o déficit de gamma globulinas en presencia de cantidades normales de proteínas totales. La cifra total de proteínas plasmáticas o hiperproteinemia puede aumentar en: 1) Hemoconcentración, deshidratación 2) Mieloma múltiple 3) Hemolisis intravascular 4) Infecciones La hiperproteinemia se debe generalmente al aumento de las globulinas. Clínicamente las hipoproteinemias pueden presentarse en: 1) Desnutrición o absorción deficiente o alteración en la ingestión de proteínas. 2) Síndrome nefrótico con albuminuria grave, quemaduras graves, hemorragias extensas o heridas abiertas 3) Anemia perniciosa 4) Lesiones hepáticas que afecten la síntesis de proteínas La hipoproteinemia se debe, en casi todos los casos a la disminución de Dra. Consuelo Chang Rueda 12

13 albúmina, constituyendo la hipoalbuminemia un signo diagnóstico y pronostico en este género de padecimientos, especialmente hepáticos. La hipoalbuminemia así como la hiperglobulinemias se presentan en todos los casos de enfermedades hepáticas crónicas, sea cual fuere su etiología. EXCRECION O CATABOLISMO DE LAS PROTEINAS 1.- Formación de Urea: De la disminución y oxidación de los aminoácidos, se obtiene amonio, CO 2, H 2 O; estos 3 componentes se combinan para formar en el hígado UREA más conocida como el ciclo de la ornitina. 0 0 enzima CO 2 + NH 3 + ATP > NH 2 - C -O - P - OH + ADP + P de E Mg ++ OH FOSFATO DE CARBAMITO A medida que el hígado forma UREA se va eliminando por la corriente sanguínea hasta el riñón que la elimina. Es el producto final del catabolismo proteico y representa del 80% al 90% de Nitrógeno excretado por la orina. Se puede excretar directamente el AMONIACO producido por los riñones por desanimación de aminoácidos. El amoniaco libre es tóxico para el organismo y en tejidos distintos al riñón se transforma en glutamina y en esa forma llega al riñón donde se convierte en amoniaco para su eliminación. 2.- Excreción como Creatina: La creatina y la creatinina son dos compuestos de nitrógeno que se asocian con el metabolismo proteico del cuerpo. La creatina se encuentra distribuida extensamente en todos los tejidos pero abunda principalmente en el tejido muscular donde esta combinada con el H 3 PO 3 formando la fosfocreatina que ejerce un papel importante en la contracción muscular como reserva de energía; uno de los productos finales del metabolismo muscular es la creatinina, anhídrido de la creatina se excreta con la masa muscular. 3.- Excreción de Acido Úrico: Es el producto final del catabolismo de las purinas o Dra. Consuelo Chang Rueda 13

14 bases píricas en el ser humano (ADENINA Y GUANINA) que forman parte de los ácidos nucleicos. La cantidad de ácido úrico formado depende de la ingestión de purinas (vía exógena) y de la velocidad del catabolismo de las purinas (vía endógena). El ácido úrico es filtrado por el glomerulo y parcialmente absorvido en el tubo renal; ciertas condiciones aumentan la cantidad de ácido úrico eliminado como en las enfermedades con grandes descripciones de material protoplásmatico del tipo de Leucemias, Pulmonias, etc. En ocasiones se precipita en el aparato urinario formando cálculos renales, lo que se debe a la baja solubilidad del ácido úrico que puede aumentarse alcalinizando la orina para formar uratos de mayor solubilidad. LA GOTA: Es un error metabólico que se hereda consiste en un defecto enzimático produciéndose una sobre producción de bases púricas. Dra. Consuelo Chang Rueda 14

15 B I B L I O G R A F I A AIQUEL MANUAL DE ANALISIS CLINICOS. ED. PANAMERICANA. BALCELLS LA CLINICA Y EL LABORATORIO. EDITORIAL MARÍN. BEATRIZ BAYARDO MANUAL DE APUNTES DE ANALISIS. UNIVERSIDAD DE GUADALAJARA. CLINICAL CHEMISTRY INTERNATIONAL JOURNAL OF MEDICINE AND MOLECULAR DIAGNOSTIC. HENRY, CANNON AND WINKELMAN CLINICAL CHEMISTRY. PRINCIPLES AND TECHNICS. EDITORIAL HARPER AND ROW. J.M. GONZALEZ DE BUITRAGO, E. ARILLA FERREIRO, M. RODRIGUEZ SEGADE, SANCHEZ POZO BIOQUIMICA CLINICA. ED. MACGRAW HILL- INTERAMERICANA JOAN F. ZILVA, P.R. PANNALL BIOQUIMICA CLÍNICA EN EL DIAGNÓSTICO Y TRATAMIENTO. ED. SALVAT LYNCH, RAPHAEL, MELLOR SPARE E INWOOD METODOS DE LABORATORIO. EDITORIAL INTERAMERICANA. MARCUS A. KRUPP, I.M. TIERNEY. JR., ERNEST JAWESTZ, ROBERTO I. ROE, CARLOS A. CAMARGO DIAGNOSTICO CLÍNICO Y DE LABORATORIO. ED. MANUAL MODERNO SISTER LAURINE GRAFF ANALISIS DE ORINA. ATLAS COLOR. EDITORIAL PANAMERICANA. SUSAN KING STRASINGER LIQUIDOS CORPORALES Y ANALISIS DE ORINA. EDITORIAL EL MANUAL MODERNO Dra. Consuelo Chang Rueda 15