Elaborado por Berta Inés Delgado Fajardo

Transcripción

1 XIDACI Y REDUCCI BILGICA DE LS ALCLES 1. Escribamos la reacción entre el AD+ y el etanol en presencia de la enzima correspondiente. Mostremos como ocurren las diferentes rupturas de enlace y los diferentes movimientos de electrones que explican la reacción. Como ayuda podemos emplear el documento AD+-AD, de la semana anterior. Los alcoholes se metabolizan por oxidación hasta aldehídos. En los sistemas biológicos el etanol se convierte a acetaldehído por medio de una reacción con el agente oxidante catiònico, nicotinamida dinucleótido, AD +. La reacción es catalizada por la enzima alcohol deshidrogenasa. Es una reacción estéreo específica, donde el AD +, remueve únicamente el hidrógeno enlazado al carbono que posee la función alcohol. tros alcoholes se oxidan bioquímicamente de manera similar. La alta toxicidad del metanol (alcohol de madera), se debe a su oxidación a formaldehído. Específicamente interfiere con los sistemas responsables de la transferencia de un fragmento de carbono entre los sitios nucleofìlicos en las biomolèculas. C 2 P P 2 P + C 3 + AD + metanol nicotin adenin dinucleotido oxidado Enzima (deshidrogenasa) Enzima- - C + 2 P P 2 P + C AD + formaldehido (metanal) bservemos que el alcohol se oxidò por acciòn de la deshidrogenasa y el AD+ no ha experimentado cambio. A continuaciòn la Enzima- -, actua sobre el AD+, reduciendolo Enzima- - 2 Enzima + + C + P P 2 P formaldhido AD (nicotin adenin dinucleotido reducido) 1

2 2. ombrar las dos funciones mas importantes de la degradación metabólica de los alimentos y explicar detalladamente en que consiste cada una de ellas. 1) Una de las funciones màs importantes de la degradación metabólica, de los alimentos que ingerimos, es su quema controlada (proceso de combustión) para liberar el calor y la energía química requerida por nuestro cuerpo 2) tra función es la introducción selectiva, de grupos funcionales, especialmente grupos hidroxi, dentro de moléculas como los alcanos o dentro de partes de moléculas como los sustituyentes alquilicos (hidroxilación selectiva). La combustión, es una reacción de oxidación, cuando un alimento se oxida, por ejemplo el metanol oxidándose hasta formaldehido, ésta molécula disminuye su energía potencial, esto quiere decir que durante la reacción en la cual interviene el AD + y una deshidrogenasa (enzima) parte de la energía que inicialmente estaba almacenada en el metanol, se almacena en el AD (reacciones acopladas. Esta energía almacenada en el AD, es utilizada por el cuerpo, para llevar a cabo otras reacciones bioquímicas. El AD, ha perdido la estabilidad del anillo de la fracción de nicotinamida, (donde una fracción de su molécula a perdido la aromaticidad) como puede observarse, al compararlo con el AD +. En consecuencia sus energias potenciales guardan la siguiente relación: Ep(AD) > Ep (AD + ) De esta manera en la combustión de los alimentos se libera la energía química requerida por el cuerpo y mientras es utilizada, la almacena el AD. La hidroxilaciòn selectiva, es decir la interacción en sitios específicos de la molécula, con grupos funcionales, especialmente grupos hidroxi (-), está acompañada por una biomolécula muy importante, la proteína citocromo, que está presente en casi todas las células vivas. El citocromo usa oxigeno para facilitar la hidroxilación selectiva y es muy importante en la síntesis de esteroides. 3. Qué es el citocromo P-450 y cuál es su función en el metabolismo? Es una hemoproteina presente en diferentes tejidos como el riñón, pulmón, piel, intestino, corteza adrenal, testículos, placenta y otros, pero es particularmente activo en el hígado. Además de participar en el metabolismo de sustratos de naturaleza exógena como drogas, pesticidas, pro carcinógenos, anestésicos, solventes orgánicos, entre muchos otros3, el CYP participa en el metabolismo de sustratos endógenos de importancia biológica como colesterol, ácidos biliares, hormonas esteroidales y ácidos grasos. En los mamíferos, el CYP se encuentra presente en la mitocondria y en diversos tipos de membranas celulares, siendo particularmente abundante en el retículo endoplásmico liso (microsomas). La denominación citocromo P450 proviene de la característica de que esta hemoproteína en su forma reducida y unida al monóxido de carbono, presenta un máximo de absorbancia a los 450 nm. La proteína esta formada por 400 a 500 aminoácidos, (generalmente de naturaleza no polar) unidos por enlaces peptídico. El grupo carboxiterminal de la proteína es un residuo de cisteina que se une por enlace coordinado (ligando) al hierro del grupo heme. 2

3 molécula orgánica cíclica grupo hemo ierro Cuatro unidades pirrrol sustituidas ierro proteina unidades de pirrol, sustituidas Citocromo (proteina y grupo heme) grupo heme Las proteínas como los citocromos son biomoleculas que participan en una serie de reacciones redox, junto con la coenzima Q reducida, Q2. La Q2, se deriva de las ubiquinonas conocidas como coenzima Q (simbolizada como CoQ o simplemente Q) y un sistema enzimático que utiliza el AD, para convertir la CoQ en la forma reducida Q2. C 3 C 3 3 C (C 2 C = CC 2 )n 3 C (C 2 C = CC 2 )n enzima 3 C C 3 AD 3 C AD + C 3 Ubiquinona (n=6,8,10) Coenzima Q (Q) Coenzima Q reducida Q 2 El proceso redox de la interconversión comprende una secuencia de transferencia de protones y de electrones, como se muestra a continuación (se dibujaron solamente los sitios donde ocurren las transformaciones, pero debe asumirse que los otros sustituyentes estan presentes: e e se pierde un proton se pierde un electron se pierde un proton se pierde un electron La oxidación ocurre en general por la oxidación de la hidroquinona hasta la forma quinona con la pérdida total de dos electrones y dos protones. De esta forma se inicia la transferencia de electrones a la proteina citocromo, donde el Fe+3 pasa a Fe+2, de acuerdo con las reacciones que se muestran en el numeral siguiente. 3

4 3. Explique brevemente cuál es el órgano que interviene en el proceso de detoxificación y cómo ocurre éste en el organismo. En el hígado ocurre este proceso que sirve para eliminar sustancias extrañas del cuerpo (xenobioticos) algunas de las cuales son medicinas que ingerimos. La biotransformación ocurre catalizada por el citocromo P-450, que utiliza oxigeno para acompañar la hidroxilación directa de las moléculas orgánicas... El efecto primario de la hidroxilaciòn es simplemente impartir una solubilidad mayor en agua, con lo que se acelera la excreción de la droga y se previene su acumulación a niveles tóxicos. El citocromo participa también en el metabolismo de una gran variedad de compuestos de naturaleza endógena. 4. Explique cómo ocurre la hidroxilación selectiva de la progesterona. En la hidroxilacion selectiva de la progesterona (representada por R en la reacción) interviene el citocromo, como este tiene una parte proteica, este residuo suministra un ambiente esterico y electrónico apropiado para que un sustrato como la progesterona se aproxime al sitio activo que es el Fe3+ 1. Esto ocurre únicamente en orientaciones muy especificas, haciendo que solamente se oxiden C17, C21 y C11. Durante el proceso que utilizan los electrones y protones liberados en las reacciones redox presentadas en el numeral 3. El mecanismo de acción es complejo y aún no está bien esclarecido debido a la baja vida media de sus intermediarios. Pero existen evidencias de que se generan - especies reactivas de oxigeno, como el anión superoxido ( 2 ) y radicales libres (R ) (en este caso proveniente de la progesterona) que al unirse a un radical hidroxilo ( ) generan finalmente el compuesto hidroxilado. A continuación se presentan la secuencia de reacciones: 1 la proteína elige únicamente posiciones selectivas como blanco de reacción y controla la misma. El origen de la selectividad se explica con el modelo del citocromo. El sitio activo del citocromo es el átomo de hierro, enlazado al grupo heme que está en la proteína, a su vez el hierro esta coordinando con el oxigeno. 4

5 1. Fe 3+ e Fe 2+ el ión ferrico gana un electron y se oxida hasta ión ferroso Fe 2+ Molecula de oxigeno que coordina con el Fe 2+ 2 Fe Fe Fe 3+ Fe3+ 2 Ahora el Fe2+ pierde un electron, se oxida hasta Fe 3+ El electron perdidopor el ión ferrico, se localiza en uno de los orbitales vacios de oxigenoy desplaza el par de electrones pi sobre el otro oxigeno, formando el radical superoxido: e En la etapa 4 ocurre la ruptura heterolitica del enlace -, por acción de los dos protones, liberandose el agua 4. Fe 3+ Fe Fe 3+ + Fe 3+ 2 Fe 3+ Fe Fe 3+ + R Fe 3+ + R radical hidroxilo molecula que se va a hidroxilar Fe 3+ + R 5

6 . 6