Parte A Libro 2

De manera

simplista, puede decirse que el efecto del segundo gas es un fenómeno de "acarreo" por el gas más

concentrado en la mezcla inspirada.

En la práctica, el efecto de concentración o la técnica de sobrepresión se pueden aplicar siempre y cuando el anestésico permita su administración sin causar irritación de las vías aéreas (pungencia) o bien, no ocasione efectos cardiovasculares secundarios en el paciente (bradicardia, hipotensión, etc.).

Un aspecto interesante del efecto de concentración es el efecto de segundo gas. Si un agente como el halotano, es utilizado a una concentración baja, se asocia a un agente como el óxido nitroso a concentraciones altas, el influjo adicional de la mezcla de gases para reemplazar el óxido nitroso absorbido aumentará la concentración y la captación alveolar del halotano. De manera simplista, puede decirse que el efecto del segundo gas es un fenómeno de

"acarreo" por el gas más concentrado (óxido nitroso) en la mezcla inspirada.

Coeficientes de partición

o de distribución sangre /

tejido

Se define como la relación entre el volumen en centímetros cúbicos de gas solubilizado por cada mililitro de líquido, a la temperatura y presión del experimento. Se llama índice de partición a la razón aritmética entre los volúmenes de un gas disuelto a igual presión en volúmenes iguales de dos líquidos a determinada temperatura. El índice de partición puede encontrarse experimentalmente o bien por cálculo, si se conocen los coeficientes de Ostwald del gas para cada líquido. La relación entre la solubilidad en un tejido del organismo y la solubilidad en sangre es expresada también como índice de partición: músculo sangre, cerebro sangre, etc. Los anestésicos inhalatorios presentan un grado diferente de solubilidad en varios tejidos. La relación de este grado de solubilidad está dada por la concentración del anestésico en equilibrio en dos fases o tejidos. El cuadro 3 muestra los coeficientes de partición sangre/tejido de los anestésicos inhalatorios.

No se debe confundir el coeficiente de solubilidad aceite/gas de un anestésico con el coeficiente de solubilidad grasa/gas o grasa/sangre. La solubilidad aceite/gas se determina experimentalmente con aceite de olivo, que no es lo mismo que la grasa del tejido adiposo.

Cuadro 3.     Coeficientes de partición sangre/tejido de los anestésicos inhalatorios

     Coeficiente de     
     partición     Sevoflurano     Desflurano     Isoflurano     Halotano

     Sangre/gas     0.60     0.42     1.41     2.40
     Cerebro/sangre     1.70     1.29     1.57     1.94
     Corazón/sangre     1.78     1.29     1.61     1.84
     Hígado/sangre     1.85     1.31     1.75     2.07
     Riñón/sangre     1.15     0.94     1.05     1.16
     Músculo/sangre     3.13     2.02     2.92     3.38
     Grasa/sangre     47.50     27.20     44.90     51.10

Bioquímica aplicada a la anestesia

En la formación actual de los

médicos, una de las materias más incomprendidas y por lo tanto, temidas, es sin duda la Bioquímica.

INTRODUCCIÓN

_La concepción, que la cultura occidental

ha elaborado del mundo en que vivimos, ha cambiado muchas veces. Ha sido secudida violenta y profundamente por las revoluciones del conocimiento propuesto por seres humanos comunes y corrientes, que sólo difieren de sus congéneres en haber poseído la capacidad de poder ver y entender lo que los demás habían mirado sin haber entendido.

José Sarukhán

En la formación actual de los médicos, una de las materias más incomprendidas y por lo tanto, temidas, es sin duda la Bioquímica. En las facultades de medicina se la considera como un "filtro" (junto con la Anatomía) para que los alumnos puedan ser promovidos de grado escolar. Desgraciadamente, la mayoría de las ocasiones, el profesorado al que se le ha confiado la tarea de enseñar la bioquímica es sumamente erudito en su materia, pero poco versado en la didáctica o incluso en el enfoque que debe darse a la bioquímica que se enseña a un médico.



	*Bioquímica Aplicada a la Anestesia*

	*Bioquímica Aplicada a la Anestesia*
Permítaseme hacer la analogía de que el conocimiento es como un prisma de "n" lados. Cuando nosotros lo vemos desde un punto de vista, podemos ver solamente "x" número de esos lados a la vez. Si giramos el prisma, veremos ese mismo conocimiento desde otro punto de vista, quizá sin cambios muy notorios, pero al fin diferente en detalles. Para algunas personas será más agradable (o útil) un ángulo de este prisma y para alguien más, lo será algún otro. El conocimiento es uno sin lugar a dudas, pero el biólogo, el odontólogo, el ingeniero en alimentos, el químico, el parasitólogo, el nutriólogo, el farmacólogo y el médico, tendrán que abordarlo cada uno, desde su muy particular punto de vista y campo de acción. Es encomiable la labor que los profesores universitarios realizan en las aulas, sin embargo, cuando su profesión no es la medicina, ciertamente será muy difícil que puedan hablar de enfermedades, sus cuadros clínicos y su semiología, correlacionarlos con alteraciones sistémicas, orgánicas, tisulares, celulares y moleculares y mucho más difícil será hablar sobre pronóstico y tratamiento. Cuando entendemos la Bioquímica, podemos entender lo que sucede a nivel de las moléculas que conforman a los organelos celulares, lo que a su vez repercute en la función celular, tisular, orgánica y sistémica del hombre. Entendemos también el lugar donde actúan los medicamentos y los venenos así como los mecanismos locales y sistémicos de control y autorregulación orgánica, los mecanismos de transmisión de las enfermedades y su prevención. Contrariamente a lo que se pudiera pensar, la Bioquímica no es una ciencia muy reciente, sino que nació en el siglo pasado en la Universidad de Tübingen, en una pequeña ciudad del mismo nombre, situada en el sur de Alemania, cercana a Stuttgart. Aquí nació la cátedra denominada Química Fisiológica, impartida por Félix Von Hoppe-Seyler quien, aparentemente, acuñó la palabra Biochemie en l866. Sin embargo, es hasta 1903 con Neuberg, que la Bioquímica se considera como ciencia independiente de la química orgánica. Desde entonces, muchas han sido las definiciones que se han hecho para tratar de describir a esta vasta ciencia. Para los fines que persigue esta obra, trataremos de ser eclécticos con las definiciones ya hechas sobre la Bioquímica: Es una ciencia que estudia los constituyentes químicos de los seres vivos, su		conformación espacial, los procesos biológicos a nivel molecular, es decir, las funciones, transformaciones y eventos que controlan a la materia viva, utilizando técnicas y principios químicos, físicos y biológicos. Partiendo de lo anterior, podemos afirmar que la Bioquímica es la ciencia que estudia a la materia cósmica que ha cobrado vida (como lo dijera Carl Sagan), por ello, es tan importante que todos los interesados en alguna de las Ciencias Biológicas y Químicas estén en contacto con ella. Apartemos de nuestra mente aquel mito de que la Bioquímica es sólo para algunos elegidos -!Nada más erróneo que ésto!- . La Bioquímica es el enlace de muchas Ciencias Médicas, tanto las Básicas como las Clínicas. Es entender lo que sucede cuando corremos, cuando observamos, cuando tocamos, cuando degustamos, cuando amamos, en fin, todas las funciones que esta creación irrepetible del universo llamada hombre puede realizar. LAS BIOMOLÉCULAS Al hombre se le puede disculpar que experimente cierto orgullo por haber escalado, aunque no con su esfuerzo, la cúspide de la jerarquía orgánica..... a pesar de todo ello, digo, el hombre aún lleva impresa en su estructura corpórea la huella indeleble de su humilde origen. Charles Darwin Exite una ley conocida como de la CONSERVACION DE LAS MASAS o de Lavoisier, que dice: la materia no se crea ni se destruye, sólo se transforma. En algún momento en nuestra preparación académica hemos escuchado sobre la evolución del pensamiento humano respecto a las "substancias" que forman lo que nos rodea. Desde los pensamientos antiguos que decían que todo estaba formado por cuatro elementos fundamentales (tierra, agua, aire y fuego) hasta las teorías y leyes químicas actuales, acuñadas por Proust, Dalton, Böhr, Schöedinger y tantos otros. Para los fines que buscamos en esta obra, baste recordar y tener en cuenta los siguientes conceptos: Materia. En términos coloquiales, podemos decir que es toda aquella substancia que podemos percibir con nuestros sentidos. Energía. Podemos decir que es la fuerza que se genera o se desprende de alguna transformación de la materia. En términos físicos se conoce como la capacidad que tiene un cuerpo de producir trabajo.	Es una ciencia que estudia los constituyentes químicos de los seres vivos, su conformación espacial, los procesos biológicos a nivel molecular, es decir, las funciones, transformaciones y eventos que controlan a la materia viva, utilizando técnicas y principios químicos, físicos y biológicos.

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Molécula. Son compuestos formados por la unión de dos o más átomos, los cuales adquieren

características propias, que dependen del tipo y número de átomos que están conformándolas.

Átomo. Proviene de dos vocablos griegos que son: a (sin) y tomé (corte) y significa indivisible.

Es la mínima parte en la cual se puede fragmentar a la materia y conservar sus características propias.

Molécula. Son compuestos formados por la unión de dos o más átomos, los cuales adquieren características propias, que dependen del tipo y número de átomos que están conformándolas.

Ion. Átomo que lleva una carga eléctrica, debido a la pérdida o ganancia de algún electrón.

Radical. Cuando las moléculas reaccionan, producen fragmentos que se agrupan luego de manera diferente, para forman otras moléculas distintas. Estos fragmentos pueden estar constituidos por un átomo único, o por un grupo de ellos, el cual recibe el nombre de radical, resto o residuo.

A raíz del avance de la ciencia y la tecnología, el ser humano se dió cuenta de que existen moléculas que conforman a los seres vivos. Estas moléculas tienen comportamiento químico y físico similar a las demás, sin embargo poseen características muy especiales. A este conjunto de complejas moléculas se les ha denominado BIOMOLÉCULAS.

Para su estudio, podemos agrupar a las biomoléculas que comparten características químicas y bioquímicas entre sí. Habitualmente en los cursos de Bioquímica Médica que se imparten en las universidades, se estudia a las biomoléculas de la siguiente manera:

a) El agua y los iones.

b) Los aminoácidos y las proteínas.

c) Las vitaminas y coenzimas.

d) Los carbohidratos.

e) Los lípidos.

f) Los ácidos nucleicos.

g) Los oligoelementos.

Esbozaremos ahora en forma muy concisa las características más útiles para nosotros de cada uno de los grupos antes mencionados.

El agua y los iones

Las teorías sobre el origen de la vida que actualmente aceptamos, indican que la vida se originó en un medio acuoso. El agua cubre aproximadamente tres cuartas partes de la superficie terrestre. Por si fuera poco, el componente molecular más abundante en el ser humano es el agua. Dependiendo de su edad, sexo, complexión, actividad física, y lugar donde vive, el porcentaje puede ser desde 45% hasta 75% de su masa corporal total y alrededor de 68-73% de su peso magro (sin grasa).

La molécula del agua está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno. La distancia entre el oxígeno y los átomos de hidrógeno es de aproximadamente de 0.0965 nanómetros, con un ángulo de aproximadamente 104.5. Lo anterior hace que la molécula del agua tenga una forma parecida a un tetraedro irregular, cuyo centro es el átomo de oxígeno. Los hidrógenos están dirigidos hacia dos de los vértices del tetraedro, dejando los electrones no compartidos en los dos vértices restantes. Esta distribución espacial hace que tenga una región relativamente positiva y otra relativamente negativa, lo cual la convierte en un dipolo eléctrico (Fig. 8).

El dipolo eléctrico formado en la molécula del agua, hace que la energía electrostática del par no compartido de electrones y el núcleo de hidrógeno de otra molécula de agua interactúen, formando lo que conocemos como Puentes de hidrógeno. Los puentes de hidrógeno son relativamente débiles, ya que se requieren aproximadamente 4.5 Kcal/mol para romperlos, en comparación con las 110 Kcal/mol requeridas para romper el enlace H-O.

Debido a esta estructura tridimensional, el agua se convierte en un poderoso disolvente: de compuestos iónicos, compuestos no iónicos (de tipo polar), sales cristalizadas y moléculas anfipáticas. Otra propiedad es la alta conductividad térmica, lo cual le permite regular rápidamente la temperatura corporal en todos los compartimentos del organismo, haciendo que exista casi la misma temperatura en todos ellos.

Cuando al agua se incorporan otro tipo de moléculas o iones, se modifican sus

Debido a esta estructura

tridimensional, el agua se convierte en un poderoso disolvente: de compuestos iónicos, compuestos no iónicos (de tipo polar), sales cristalizadas y

moléculas anfipáticas.

Figura. 8. Esquema de la molécula del agua

Podemos observar el átomo de oxígeno al centro y los dos átomos de hidrógeno en dos de las esquinas del tetraedro que mencionamos. A la izquierda una representación esquemática. A la derecha una representación diagramática.



	*Bioquímica Aplicada a la Anestesia*

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propiedades. Esto se conoce como propiedades coligativas (en general es el cambio que un soluto produce a su disolvente). Las siguientes son las propiedades coligativas del agua. 1. Alto punto de congelación, lo que significa descenso en el punto de congelación. 2. Alta tensión superficial, lo que facilita que todas las substancias disueltas en ella sean capilarmente activas, lo que facilita el intercambio de éstas entre los tejidos del organismo, y produce así la presión osmótica. 3. Alto calor específico, lo que significa que se requiere de mucha energía para elevar su temperatura, y por lo tanto no ebulle fácilmente ni tiene vaporización rápida. 4. Alto calor latente de vaporización; como lo mencionamos en el punto anterior, la vaporización se ve disminuida, ya que la temperatura a la cual se inicia la vaporización debe ser mayor. *Disociación del agua: Concepto de pH* El agua tiende a disociarse en dos iones: OH- y H+. A la probabilidad de que ésto ocurra se le conoce como potencial de hidrógeno o pH. La posibilidad (potencial) de que ésto esté ocurriendo en un momento determinado es muy baja si lo tratamos de medir en forma convencional. En 1909, Sorensen realizó el estudio de la disociación del agua. Realizó cálculos a base de logaritmos, con los cuales se elaboró la escala del pH. Así pues, la escala del pH está basada en la disociación potencial del agua. Esta escala va del 0 al 14, siendo el punto neutro el 7; los valores inferiores al punto neutro se conocen como ácidos, y a los que se encuentran por arriba de éste se les conoce como bases o álcalis. El pH se define matemáticamente como: el logaritmo negativo de la concentración de iones hidrógeno (hidrogeniones), es decir: pH = -log (H+) ó pH = 1/log (H+) Es muy importante hacer hincapié en que el pH es una propiedad de las soluciones, y nosotros medimos la cantidad de iones hidrógeno libres en esa solución. Si en la solución se encuentran substancias o compuestos que cedan o acepten iones hidrógeno, el pH de la solución cambiará de acuerdo a la concentración de éstas. Brönsted y Lowry definen a estos compuestos de la siguiente manera:		Acido. Substancia o compuesto que en solución acuosa da o libera iones hidrógeno. Base. Substancia o compuesto que en solución acuosa capta o acepta iones hidrógeno. En palabras sencillas, podemos afirmar que cuando una molécula tiende a liberar más fácilmente iones hidrógeno, es un ácido y cuanto mayor sea esta tendencia, menor será el pH de la solución en la que se encuentra. Por el contrario, si una molécula tiende a aceptar fácilmente iones hidrógeno, se llama base o álcali y el pH de la solución en la que se encuentra será mayor. Recordemos que el concepto de pH es INVERSAMENTE proporcional a la concentración de hidrogeniones libres. Todos los conceptos anteriormente expuestos tienen una importancia crucial en medicina, ya que todos los compuestos en el organismo son suceptibles de ser modificados en su estructura y por lo tanto, en su función al existir cambios en el pH de los compartimientos acuosos del organismo. Así mismo, los medicamentos que se administran pueden ser destruidos por el pH desfavorable de alguno de estos compartimientos. Las proteínas son las encargadas de la velocidad de las reacciones en el organismo, del transporte de substancias y su aprovechamiento. Por la estructura que poseen, un cambio en el pH hace que estas funciones se alteren, llevándose a cabo demasiado aprisa o muy lentamente. Si tomamos en cuenta lo anterior, entenderemos porqué algunas vías metabólicas se echan a andar con el fin de corregir los cambios en el pH del organismo. Como sabemos, los medicamentos que se administran por vía oral deben de pasar primero por un pH relativamente alcalino en la saliva de la boca, para después caer en un medio de pH muy bajo que es el jugo gástrico; posteriormente el pH se eleva hasta ser nuevamente alcalino en el intestino delgado gracias a las secreciones biliar y pancreática. Cuando el pH de alguno de estos lugares se modifica, la absorción de los medicamentos se modifica, ya que pueden ceder o aceptar hidrogeniones. De la misma manera, cuando administramos algunos medicamentos por vía parenteral, su absorción, su latencia, su eficacia, su potencia, su vida media y su excreción (en una palabra su farmacocinética) se modifican de acuerdo al pH. Por ejemplo, si a un paciente se le ha administrado una substancia que sabemos que se excreta por vía renal en un medio alcalino y está cursando con acidemia, podemos administrar medicamentos que alcalinicen la orina para que la substancia se elimine más rápidamente.
			Las proteínas son las encargadas de la velocidad de las reacciones en el organismo, del transporte de substancias y su aprovechamiento.

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Muchas de las biomoléculas poseen grupos químicos, que en solución acuosa, son susceptibles de donar electrones, lo que las convierte en moléculas ionizables.

Concepto de ionización: los

principales iones

Muchas de las biomoléculas poseen grupos químicos, que en solución acuosa, son susceptibles de donar electrones, lo que las convierte en moléculas ionizables. Los iones han cobrado gran importancia, ya que día con día se descubren y describen nuevos procesos en los cuales intervienen. Aunque el ión más abundante y más estudiado en el organismo humano es el de hidrógeno, existen muchos otros que se han relacionado con vías metabólicas muy importantes.

Los iones se dividen muy fácilmente en dos: los que tienen carga eléctrica positiva y los que tienen carga eléctrica negativa. En electricidad, al polo negativo se le llama cátodo y al polo positivo ánodo. Los iones al ser analizados en un campo eléctrico, tienden a desplazarse hacia el lado contrario de la carga que poseen. Así, los iones cargados positivamente se mueven hacia el cátodo, por lo que reciben el nombre de cationes. Por otro lado, los iones cargados negativamente, se mueven hacia el ánodo, por lo que se les llama aniones.

Cationes

Como lo mencionamos anteriormente, los cationes son los iones cargados positivamente. El principal, por su función en el equilibrio ácido-base, es el de hidrógeno. Lo podemos medir a través de un aparato llamado potenciómetro, el cual nos indica el pH de la solución. El ion hidrógeno juega un papel muy importante en la regulación de la actividad enzimática. Las enzimas tienen un punto dentro en la escala del pH

en el cual tienen una actividad máxima. A este punto se le conoce como Km. Algunas enzimas se encuentran en un pH donde su Km es óptimo, por lo cual llevan a cabo las reacciones adecuadamente en situaciones sin patología. Sin embargo, otras enzimas se encuentran normalmente fuera del pH adecuado a su Km. Al haber modificaciones en el pH de su entorno, estas enzimas son llevadas más cercanamente hacia su Km y agilizan vías metabólicas alternas.

Otro ejemplo clásico (no enzimático) es el que se lleva a cabo sobre algunas proteínas transportadoras, como la hemoglobina. Sabemos que la afinidad de la hemoglobina se regula a través de los siguientes factores: pH, 2,3 difosfoglicerato, temperatura y presión parcial del CO₂. De esta manera, en estados de desequilibrio del estado ácido-básico del organismo, el transporte de oxígeno se ve modificado.

Existen otros cationes de gran importancia por su concentración en los líquidos corporales; podemos citar al sodio, potasio, calcio y magnesio. Todos ellos juegan un papel relevante en la regulación de la transmisión neuronal, con la despolarización membranal. Recordemos que existen proteínas especializadas en el transporte de iones a través de la membrana. Algunas, por sus características son conocidas como bombas y otras como canales. Para nosotros resulta familiar oir de la bomba de sodio-potasio, y los canales de calcio. Recordemos que uno de los tejidos más abundantes en el organismo es el muscular (sea liso o estriado), por lo cual necesitamos cantidades importantes de cationes para la contracción muscular.

Otra función que podemos citar es la de preservar una cierta cantidad de agua en un compartimiento determinado. El papel que juega el sodio en ésto es primordial. Como lo mencionamos anteriormente, la molécula de agua es un dipolo eléctrico, lo que la hace capaz de "rodear" a los iones (esto se conoce como solvatación). La interacción electrostática entre el agua y los iones genera una atracción entre ellos, lo que crea la presión osmótica. Se sabe que seis moléculas de agua son atraídas por un ión de sodio (Fig. 9).

Aniones

Como ya lo mencionamos, los aniones son los iones cargados negativamente. Los aniones más importantes debido a su concentración en los fluidos corporales son sin duda el cloro y el bicarbonato. El cloro contribuye a la excitabilidad celular y al equilibrio iónico plasmático. Existen en la membrana celular canales y receptores

Existen otros cationes de gran importancia por su concentración en los líquidos

corporales;

podemos citar al sodio, potasio, calcio y magnesio.

Figura 9. Esquema de la solvatación

A. Al centro un catión (positivo), rodeado por las moléculas de agua con la parte polar negativa de la molécula orientada hacia éste.

B. Forma en que se orientan las moléculas del agua para rodear un anión, con su parte polar positiva hacia él.



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extrínsecos e intrínsecos que regulan su tránsito a través de ella. Por otro lado, el bicarbonato funciona como un regulador en el equilibrio ácido-base del organismo. Otros aniones importantes son: las proteínas plasmáticas (encabezadas por la albúmina), los ácidos orgánicos (como el ácido láctico), los fosfatos y los sulfatos (Fig. 10). Desde la década de los años 50, Gamble en su libro: Anatomy, Physiology and Pathology of Extracellular Fluids, describe que el organismo se encuentra en equilibrio iónico, es decir, que el número de aniones y cationes es igual. La concentración de ambos en plasma humano es alrededor de 150 meq/l. En base a estos trabajos, se inició el concepto de lo que es la brecha aniónica (o anion gap), que ha sido uno de los puntos a través de los cuales se ha estudiado a los desequilibrios ácido-básicos. El concepto de la brecha aniónica en realidad es muy sencillo. Dice que los cationes principales en el plasma sanguíneo son el sodio y el potasio, mientras que los aniones principales son el cloro y el bicarbonato. Además, estos cuatro componentes son los que más fácilmente podemos medir en un laboratorio clínico. La concentración del sodio y potasio juntos es de aproximadamente 150 meq/l. La concentración del cloro y el bicarbonato juntos es de aproximadamente 130 meq/l. La diferencia entre ambos valores es lo que se conoce como brecha aniónica. Con el establecimiento de la brecha aniónica se iniciaron trabajos clínicos, en los cuales se decía que si alguno de los ácidos orgánicos aumentaba (p. ej: ácido láctico, ácido acetoacético, o ácido betahidroxi butírico), para conservar el equilibrio iónico, otro de los aniones debería de disminuir. Así, al aumentar los ácidos orgánicos, el anión que inicialmente disminuye es el bicarbonato. En la actualidad la determinación de la brecha aniónica no es de gran utilidad clínica real, sino meramente académica, ya que su mayor utilidad es en la determinación indirecta del aumento de ácidos orgánicos, cuando queremos diferenciar si un trastorno ácido-base es doble o incluso triple y no contamos con otros medios clínico-diagnósticos. Sugiero a los lectores que deseen adentrarse en este fascinante tema, revisen el libro: Manejo Clínico de los Gases Sanguíneos de Shapiro, Harrison, Cane y Templin, Edit. Médica Panamericana, 4a. Edición. *Concepto de amortiguador* Los amortiguadores son moléculas capaces de evitar cambios bruscos en el pH. Es decir, que cuando están presentes			*Figura. 10.* Concentraciones de iones en diferentes estados metabólicos






		en una solución, pueden aceptar o ceder iones hidrógeno (dentro de un límite), evitando que haya cambios inmediatos y violentos en el pH de esa solución. Otros términos usados como sinónimos de amortiguador son: tampón, buffer y zwitterion. En esta obra, utilizaremos más el término amortiguador, ya que es una palabra que nos describe mejor el fenómeno del cual hablamos. En el organismo humano tenemos varios sistemas especializados en preservar el pH de sus compartimientos y podemos clasificarlos de acuerdo a lo señalado en el cuadro 4. Los amortiguadores funcionan gracias a que tienen grupos funcionales que pueden actuar como aceptores o dadores de electrones. Cuando ceden sus electrones decimos que se disocian. La tendencia a disociarse es característica de cada grupo funcional, por decirlo metafóricamente es como su "huella digital". La disociación en una solución es siempre constante, por lo		Los amortiguadores son moléculas capaces de evitar cambios bruscos en el pH.


		*Cuadro 4.* Clasificación de los amortiguadores A. Por sus componentes: 1. Con bicarbonato 2. Sin bicarbonato B. Por su localización 1. Intracelular a) Hemoglobina* b) Otras proteínas y péptidos c) Fosfatos orgánicos e inorgánicos d) Bicarbonato (anhidrasa carbónica)* 2. Extracelular a) Proteínas (plasmáticas principalmente) b) Fosfatos inorgánicos c) Amonio d) Sales de calcio *Aunque su localización es intracelular, su acción se refleja extracelularmente.

Parte A Libro 2

La constante de disociación es inversamente proporcional al pH. Por lo cual, si una molécula tiene

una K alta (es decir que cede sus electrones

fácilmente), su pH será bajo.

cual se simboliza con una "K". Si recordamos que el objetivo de los amortiguadores es evitar cambios bruscos en el pH, entonces la constante de disociación deberá traspolarse a la escala del pH. Al llevar a cabo esto, creamos el concepto del pK, que es el pH al cual una molécula se encuentra disociada en un 50%.

La constante de disociación es inversamente proporcional al pH. Por lo cual, si una molécula tiene una K alta (es decir que cede sus electrones fácilmente), su pH será bajo. Si su constante de disociación es alta (no cede sus electrones con facilidad), su pH será alto. Los ácidos y las bases pueden clasificarse gracias a su pK en débiles y fuertes. Si éste es cercano a 0 de pH, será un ácido fuerte; si está más cercano a 7, será débil. De igual manera podemos clasificar a las bases: si su pK es cercano a 7 de pH es débil; por el contrario, si es cercano a 14 será fuerte.

Existe un principio fisiológico conocido como principio isohídrico. Este principio nos dice que todos los amortiguadores funcionan en forma proporcional, es decir, que aunque el sistema del bicarbonato es el responsable de la mayor parte de la amortiguación intra y extracelular, los demás sistemas colaboran en forma proporcional. Una forma fácil de entenderlo es traspolándolo a los impuestos. Si se solicita que se pague un l0% sobre los ingresos de los trabajadores de una empresa, pagará el l0% de su sueldo el obre

de ellos. Con este ejemplo, quizá el patrón (sistema del bicarbonato) aporte al fisco en dinero, lo que aportan 10 de sus obreros (otros sistemas amortiguadores), pero está aportanto el mismo porcentaje que ellos.

Como habremos intuido ya, los ácidos y bases débiles (cercanos a pH 7) son los que ayudan al organismo humano, ya que el pH plasmático es de alrededor de 7.40. Todos los sistemas amortiguadores tienen un pK cercano al pH que normalmente tiene el medio en el que se encuentran y funcionan adecuadamente en un rango de 2 unidades de pH.

Existe una ecuación que se conoce como de Henderson-Hasselbalch. El nombre puede ser muy familiar al lector, aunque su compresión quizá no. Esta ecuación se basa en el pK del mayor amortiguador del organismo, que es el sistema del bicarbonato. Además, en un principio fisico-químico que es la ley de acción de masas, el cual dice:

HA = H+ + A- El número de átomos que forman a una molécula que se disocia (HA) será igual a la suma de sus átomos disociados.

Si nosotros deseamos encontrar la constante de equilibrio de esta reacción, entonces debemos realizar las siguientes operaciones:

K = (H+) (A-)

(HA)

Se despeja a la molécula sin disociar al segundo miembro y se iguala a su constante de disociación.

K (HA) = (H+) (A-)

Se pasa a la molécula sin disociar al primer miembro, multiplicando así a la constante de disociación.

(H+) = K (HA)

(A-)

Se despeja a la concentración de hidrogeniones, que es la que nos interesa encontrar.

log (H+) = log k + log (HA)

(A-)

Se obtiene el logaritmo base 10 de ambos miembros de la ecuación.

-log (H+) = -log K - log (HA)

(A-)

Se multiplica por -1, para poder sustituir los logaritmos de la concentración de H+ y K por pH y pK.

pH = pK - log (HA) (A-)

Se sustituyen los logaritmos de H+ y K por pH y pK.

7. Ecuación de Henderson-Hasselbalch

pH = pK + log (A-)

(HA)

Se invierten las concentraciones de A- y HA para eliminar los logaritmos negativos.

ro, el capataz y el patrón; aunque en números absolutos, el ingreso de cada uno de ellos es diferente, el monto de lo aportado será del l0% del sueldo de cada uno

La ecuación de Henderson-Hasselbalch se utilizó para realizar los estudios en el estado ácido-base del organismo. Como lo mencionamos, se utilizó al sistema del

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bicarbonato para estos fines. El sistema del bicarbonato se encuentra esencialmente en los eritrocitos, los cuales contienen a la enzima anhidrasa carbónica, la cual es responsable de agilizar la siguiente reacción:

CO₂ + H₂0 H₂CO₃ HCO₃- + H+

Anhidrasa Reacción

carbónica espontánea

pK = 6.1

Como podemos apreciar, esta reacción tiene por el extremo izquierdo al bióxido de carbono y al agua, los cuales son convertidos a ácido carbónico. Posteriormente, por una reacción no enzimática y debido a que la molécula del ácido carbónico es muy inestable, éste se disocia en bicarbonato e ion hidrógeno (a la derecha). Esta reacción tiene gran importancia en el transporte de oxígeno, ya que interviene en lo que se conoce como efecto Böhr.

Al sustituir el pK de la anhidrasa carbónica en la ecuación de Henderson-Hasselbalch, tenemos que:

pH = 6.l + log (HCO₃-)

CO₂ *

pH = 6.1 + log (HCO₃-)

a(PaCO₂)

*El CO₂ no puede medirse como tal, sino que se debe obtener por su presión parcial en la sangre y multiplicarse posteriormente por una constante específica para éste, conocida como Coeficiente de Bunsen (a), que es de 0.03. Esta constante permite transformar los mmHg (en los que se mide la presión parcial) en mEq.

Si nosotros sustituimos los demás valores, encontraremos entonces que:

(24 mEq)

pH = 6.1 + log =

0.03(40 mm Hg)

24 mEq

pH = 6.1 + log =

1.2 mEq

pH = 6.1 + log 20 mEq

Así, finalmente, la ecuación resulta en:

pH = 6.l + l.3 = pH = 7.40, cuando los valores son los ideales a nivel arterial.

Para nosotros, es importante tener en cuenta la ecuación de Henderson-Hasselbalch, ya que aunque los planteamientos matemáticos hasta ahora explicados pudieran resultar poco útiles en la práctica, la ecuación final nos dá una gran ayuda clínica:

pH = 6.1 + log (HCO₃-) (I)

a (PaCO₂) (II)

I. Esta parte de la ecuación nos habla de lo que comúnmente conocemos como "control metabólico" del equilibrio ácido-base. El bicarbonato es regulado principalmente por el riñón. Esta respuesta es a mediano plazo, ya que se instala efectivamente hasta las 24 horas posteriores a un desequilibrio ácido-base. Nótese que los cambios que puedan surgir en la concentración del bicarbonato serán DIRECTAMENTE proporcionales sobre el pH (mayor bicarbonato=mayor pH y viceversa).

II. La parte inferior de la ecuación nos habla de la respuesta "respiratoria", es decir, los cambios que la ventilación puede producir sobre la concentración del bióxido de carbono. Estos cambios son casi inmediatos. Los podemos observar cuando hacemos ejercicio, ya que además de requerir mayor cantidad de oxígeno para llevar a cabo el metabolismo aerobio (que explicaremos en su oportunidad) hay un aumento de la producción de los ácidos orgánicos, como el ácido láctico. La respuesta que el organismo da a estos ácidos, es la pérdida de CO₂, el cual se comporta como un ácido débil. Cabe mencionar, que los cambios en la concentración del CO₂ son INVERSAMENTE proporcionales sobre el pH (menor PaCO₂=mayor pH y viceversa).

Cuando los anestesiólogos aumentamos la frecuencia respiratoria y el volumen corriente de los pacientes durante una anestesia general, este aumento en el volumen minuto puede hacerle al paciente lo que comúnmente denominamos "barrido" del CO₂. Como lo mencionamos antes, una disminución en éste puede producir una alcalosis respiratoria transoperatoria. De la misma manera, si no contáramos con la cal sodada o baritada, cuya función es reaccionar con el CO₂ y captarlo, la acumulación en nuestros circuitos cerrados y semicerrados de CO₂ produciría una acidosis respiratoria.

En nuestra práctica diaria como anestesiólogos ponemos (a veces sin notarlo), en práctica mucho del conocimiento que la bioquímica ha aportado a la medicina. Con sólo cambiar la cal sodada del canister de nuestra máquina de anestesia, estamos evitando la posibilidad de un trastorno ácido-base en el paciente.

El monitoreo no invasivo de nuestros días, como es el capnómetro (o capnógrafo en su caso), que nos proporciona la presión tele-espiratoria del CO₂, ha ayudado grandemente a no disminuir la PaCO₂ arterial si no lo deseamos. Además, en neuroanestesia, se puede llevar a cabo una disminución de la PaCO₂ como una de las muchas medidas de protección a la integridad cerebral.

Sugiero a los lectores que quieran adentrarse aún más en este fascinante tema a consultar los libros escritos por el Dr. West: Fisiología Respiratoria y Fisiopatología Pulmonar, publicados por la Ed. Médica Panamericana.

Es importante tener en cuenta la ecuación de Henderson-Hasselbalch, ya que aunque los planteamientos matemáticos hasta ahora explicados pudieran resultar poco útiles en la práctica, la

ecuación final nos dá una gran ayuda clínica.

Parte A Libro 2

Los aminoácidos son compuestos químicos que se caracterizan por tener un átomo de carbono (conocido como carbono alfa), el cual puede formar cuatro enlaces.

Los aminoácidos y las proteínas

Los aminoácidos son compuestos químicos que se caracterizan por tener un átomo de carbono (conocido como carbono alfa), el cual puede formar cuatro enlaces. Estos cuatro enlaces, están asociados siempre a un hidrógeno, un grupo amino, un grupo carboxilo y un grupo radical. El hecho de estar unido a cuatro grupos diferentes, hace que el carbono alfa sea asimétrico, es decir, que la distribución espacial de sus cuatro enlaces es siempre diferente (Fig. 11).

El carbono alfa se llama así, porque a partir de él se contabilizan los carbonos que forman al aminoácido. Recordemos que en el alfabeto griego la letra alfa es la primera. El grupo amino funciona como una base, es decir, su disociación (pK) está por arriba de pH 7. El grupo carboxilo tiene propiedades de ácido, lo que significa que su disociación (pK) está por debajo del pH 7.El átomo de hidrógeno no se disocia. El grupo radical es lo que caracteriza a cada aminoácido y le confiere propiedades diferentes.

En la naturaleza existen alrededor de 300 aminoácidos, sin embargo son sólo unos 25 los que son comunes a todos los organismos vivos. De éstos, sólo 20 forman parte de las proteínas, los demás funcionan como neurotransmisores o como intermediarios en el metabolismo.

Aminoácidos que conforman a las proteínas

Albert Lehninger describió a los 20 aminoácidos que pueden formar proteínas como sillares de las proteínas. Estos aminoácidos no sólo son comunes en los animales, sino también en virus, bacterias, hongos y plantas. Por lo anterior, podemos deducir que muchos de los aminoácidos que el

cuerpo humano utiliza provienen primordialmente de su dieta. El cuerpo humano sintetiza también parte de ellos, aunque algunos no en la cantidad requerida. Es por esto que algunos aminoácidos son considerados como esenciales, es decir, que deben de ser consumidos en la dieta, ya que el organismo no es capaz de sintetizarlos (completa o parcialmente) para cubrir sus requerimientos.

Para tratar de comprender mejor a los aminoácidos se han clasificado de muchas formas. Creo que para los fines que perseguimos en esta obra, la más accesible es la que se refiere a su comportamiento ácido-básico, es decir, cuando los clasificamos como ácidos, básicos y neutros. Además, los podemos subdividir en los que tienen una carga eléctrica parcial, es decir, si son polares o no polares.

Aminoácidos ácidos

Se caracterizan por tener un grupo radical que posee un grupo carboxilo adicional al que está unido al carbono alfa. Éste les confiere propiedades ácidas. Al pH sanguíneo se encuentran con una carga parcialmente negativa (por lo que son polares). Son dos: el ácido aspártico y el ácido glutámico. Además de formar proteínas, están relacionados también con la neurotransmisión a nivel central y son precursores del ácido gamma amino butírico (GABA, en inglés).

Unión entre los aminoácidos: los enlaces peptídicos

Los aminoácidos se unen a través de enlaces covalentes que se forman entre el grupo alfa amino de un aminoácido y el alfa carboxilo de otro aminoácido. A este tipo de enlace se le conoce como amida en química orgánica y como peptídico en bioquímica. En la figura 12 podemos observar este tipo de enlaces en los rectángulos discontinuos.

Para su estudio, se ha clasificado a los polímeros de aminoácidos de acuerdo al número de éstos que contienen (Cuadro 5).

Se caracterizan por tener un grupo radical que posee un grupo carboxilo adicional al que está unido al carbono alfa.

Los aminoácidos se unen a través de enlaces covalentes que se forman entre el grupo alfa amino de un aminoácido y el alfa carboxilo de otro aminoácido.

Figura. 11. Diagrama de los componentes de los aminoácidos

Figura. 12. Representación de los enlaces peptídicos



	*Bioquímica Aplicada a la Anestesia*

	*Bioquímica Aplicada a la Anestesia*
*Cuadro 5.* Clasificación de los polímeros de los aminoácidos Nombre No. de Peso molecular aminoácidos - Dipéptido 2 - Tripéptido 3 Menor a Oligopéptido - Tetrapéptido 4 2 000 - Pentapéptido 5 - Hexapéptido, etc. 6 Se consideran oligopéptidos hasta 20 aminoácidos Péptido Polipéptido 21-50 Menor a 5 000 Proteína 51- en adelante; Mayor a llega a ser hasta 5 000 2 500



La estructura tridimensional de los péptidos y proteínas se divide para su estudio en cuatro, a saber: 1. Primaria. Es la secuencia que tienen los aminoácidos (p. ej. valina+alanina+ glicina, etc.). 2. Secundaria. Es la forma en que los aminoácidos, el unirse entre ellos, van formando un eje longitudinal, el cual puede tomar forma de hélice o de lámina plegada. Depende principalmente de los enlaces peptídicos, aunque colaboran los puentes de hidrógeno y las interacciones hidrofóbicas de los grupos R. 3. Terciaria. Es la forma que toma la proteína al hacer "pliegues" sobre su propio eje. Depende de uniones no covalentes, como: enlaces disulfuro, puentes de hidrógeno y las fuerzas de Van der Waals. 4. Cuaternaria. Es la forma que adquieren cuando se une con otros péptidos, proteínas o grupos funcionales (como el hem de la hemoglobina y los citocromos). Depende de enlaces covalentes y no covalentes (los mencionados anteriormente). Aminácidos básicos Se caracterizan por tener un grupo amino adicional al que está unido al carbono alfa. Este grupo les dá propiedades de bases, además de convertirlos en polares, cargados positivamente. Son tres: lisina, arginina e histidina. Este último es de suma importancia, ya que abunda en la estructura de la hemoglobina y mioglobina.		Posee un grupo R llamado imidazol. Este grupo posee la capacidad de ganar o ceder electrones, en un rango muy cercano al del pH sanguíneo, por lo que funciona como un regulador del pH intracelular a nivel eritrocítico, modificando así la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno. Además a nivel muscular, regula el pH del miocito para poder llevar a cabo con efectividad la contracción muscular, especialmente aquélla conocida como aerobia. Aminoácidos neutros Este es el grupo más amplio de aminoácidos, ya que se subdivide en siete subgrupos: 1. Hidrocarbonados no ramificados. Son los más sencillos estructuralmente hablando. Son dos: la glicina (antiguamente llamada glicocola). Posee en su grupo R únicamente un átomo de hidrógeno, por lo que es el único aminoácido con un carbono alfa simétrico (por tener en dos de sus valencias dos átomos iguales). Esta característica lo hace además que tenga una polaridad positiva. El otro aminoácido de este grupo es la alanina. Su grupo R está formado por un metilo. Es precursor de otros aminoácidos. Se le considera no polar. 2. *Hidrocarbonados ramificados.* Como su nombre lo indica, son aminoácidos cuyo grupo R está conformado por cadenas de hidrocarburos ramificados. Son tres los que conforman a este grupo: la valina, la leucina y un isómero de ésta, que es la iso-leucina. Recordemos que la palabra isómero proviene del	Aminácidos básicos. Se caracterizan por tener un grupo amino adicional al que está unido al carbono alfa. Este grupo les dá propiedades de bases.

Parte A Libro 2

griego isos (igual) y meros (parte). Esto significa que tiene partes (constituyentes) iguales pero con diferente distribución en el espacio (acomodados de forma distinta). Los tres son no polares.

3. Amídicos. Son parientes de los dos aminoácidos ácidos. Su estructura es similar, pero difieren en su grupo radical ya que el carboxílo se ha asociado con un grupo amino, el cual lo modifica. Se forma así un grupo conocido como amida. Son la asparagina y la glutamina. Ambos son polares.

4. Con grupo alcohol. Son dos y son derivados de la alanina. La serina tiene un grupo alcohol (OH) unido al grupo metilo de la alanina, mientras que la treonina tiene unido un grupo alcohol y un metilo unidos al metilo de la alanina. Ambos tienen polaridad positiva.

5. Azufrados. Estos poseen azufre en su grupo R. Su grupo se parece al grupo alcohol (OH), pero con azufre (SH), por lo que se le llama TIOL. Éste está presente en esta forma sencilla en la cisteína, lo que lo hace tener polaridad positiva. La cisteína tiene la posibilidad de poder asociarse a través de este tiol a otra cisteína, formando un puente disulfuro (S-S). A este dímero lo conocemos como cistina. La cistina tiene mucho que ver en el arreglo tridimensional de las proteínas, es decir, en su estructura terciaria y cuaternaria. Los puentes disulfuro pueden ser alterados por el pH, por lo cual la función de las proteínas que los poseen puede verse alterada. El otro aminoácido azufrado es la metionina. El grupo tiol que posee, se ha unido a un metilo. La metionina es indispensable para iniciar la síntesis de proteínas, por lo que podemos inferir que la falta de ésta, traería como consecuencia la disminución en la producción de proteínas estructurales como la colágena, de hormonas como la insulina, de inmunoglobulinas, de péptidos relacionados con la transmisión nerviosa, etc. Además, colabora en la síntesis de la creatinina, que como sabemos, ayuda a la eliminación del nitrógeno de "desecho" del organismo. La metionina es no polar.

6. Aromáticos. Como su nombre lo indica, poseen grupos aromáticos, es decir, con un anillo de fenilo. El más sencillo estructuralmente hablando, es la fenil-alanina. En realidad es una alanina a la cual se ha unido un fenilo en su grupo R. Se la considera como no polar. La fenil-alanina, a través de una enzima, se hidroxila y se convierte en la hidroxi-fenil-alanina más comúnmente llamada tirosina.

Ésta funciona como precursor de hormonas, como: las catecolaminas y las hormonas tiroideas. Se la considera polar. El otro aminoácido de este grupo es el triptófano. El papel más destacado de éste es a nivel del sistema nervioso central (la glándula pineal), donde sirve como precursor de la melatonina.

7. Iminoácidos. Son los malamente llamados aminoácidos. Su estructura es la de un pentágono, que en uno de sus vértices se une a un nitrógeno; el carbono vecino a éste se asocia con un carboxilo. El más destacado es la prolina, la cual junto con la hidroxi-prolina, están involucradas en la síntesis de colágena (Fig. 13).

Funciones de los péptidos y las

proteínas

Las funciones que llevan a cabo las proteínas son muy numerosas y variadas. A continuación enlistaremos algunas de ellas:

l. Amortiguador. Regulando el metabolismo ácido-base, tanto intra como extracelularmente.

2. Transportador. De gases (oxígeno, CO₂) y nutrimentos (aminoácidos, lípidos y carbohidratos).

También tienen un papel importante en la regulación de entrada y salida de iones a través de la membrana celular, formando los canales y bombas iónicos.

3. Protección. A nivel de la membrana celular, existen proteínas asociadas a lípidos y carbohidratos, las cuales forman lo que conocemos como glucocálix. En éste se encuentran los complejos de histocompatibilidad, que son los responsables de que el organismo reconozca lo propio de lo extraño. Por otro lado, todas las inmunoglobulinas son proteínas producidas por los linfocitos (B), especializadas en atacar a lo que el organismo no identifica como propio. Recordemos que la inmunidad no es la única protección con la que cuenta el organismo. Otra protección, que es la que quizá evaluamos diariamente para el quirófano, es la hemostasia. Buena parte de los factores de coagulación son proteínas, cuya última función es producir una proteína conocida como fibrina. Otro ejemplo son los cilios (proteicos) del epitelio respiratorio superior, cuya función es "sacar" partículas atrapadas en el moco del tracto respiratorio. La producción del moco está mediada también por proteínas.

A nivel de la membrana celular, existen proteínas asociadas a lípidos y carbohidratos, las cuales forman lo que conocemos como glucocálix.



				*Bioquímica Aplicada a la Anestesia*


		*Figura 13.* Estructura química de los aminoácidos

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Todas las enzimas son proteínas especializadas en agilizar reacciones en el organismo.

4. Catalizador. Todas las enzimas son proteínas especializadas en agilizar reacciones en el organismo. Se describen seis grupos de enzimas, dentro de los cuales se clasifica a todas. Colaboran en la degradación de los alimentos (amilasa, peptidasa, lipasa), de los medicamentos (citocromo P450), de los microorganismos (enzimas lisosómicas), etc.

Son además muy útiles como marcadores tempranos de daño tisular (enzimas de escape).

5. Estructural. Los tejidos están unidos gracias a proteínas especializadas en unir, como son la colágena y la elastina. Además, forman parte importante en el citoesqueleto, organelo cuya función es mantener la forma de la célula y ayudar al transporte de sustancias en su interior.

Además, colaboran en los procesos de fagocitosis, pinocitosis y exocitosis.

6. Mensajero. Funcionan como hormonas y neurotransmisores. Podemos citar a la insulina, el glucagon, las hormonas de la corteza adrenal, las del tracto digestivo, en fin, casi todo el metabolismo se regula con mensajes a través de proteínas, péptidos o sus derivados.

7. Receptor. Como lo mencionamos anteriormente, hay proteínas que se encuentran en las membranas, asociadas a carbohidratos. Su función primordial a este nivel es la de servir como receptores de mensajes procedentes de otras partes del cuerpo. A veces su respuesta se lleva a cabo en la misma membrana y en otras ocasiones generan otros mensajeros intracelulares para transmitir el mensaje intracelularmente (segundos mensajeros).

8. Depositarios de información. Al parecer, la memoria está fuertemente involucrada con la síntesis de proteínas. Cuando el cerebro se activa, existe gran actividad en la síntesis de proteínas, por lo cual se cree que además de servir como mensajeros y receptores, juegan un papel importante en la fijación de la memoria.

9. Reservorio de aminoácidos. En los estados de ayuno prolongado, el organismo echa mano de las proteínas que no le son vitales para formar las que sí lo son. Así, se ha demostrado que aunque el organismo no tiene un reservorio físico para las proteínas (como en el caso de los carbohidratos y lípidos), cuando requiere sintetizar proteínas vitales, lo hace a partir de otras que no utiliza. Es el caso de las enzimas digestivas. Recordemos que la producción de éstas se lleva a cabo sólo cuando existe el estímulo del sustrato. Otro sitio que sirve de reservorio es el tejido muscular. Recordemos que un músculo que se ejercita no incrementa su

número de miocitos, sino que éstos incrementan el número de miofibrillas que contienen.

Estas son las principales funciones de las proteínas que actualmente conocemos. Es importante mencionar que las proteínas llegan a ser hasta un 75% del peso en seco del organismo (varía con la complexión, la edad y el sexo). Su producción es mayor en tejidos que se reproducen continuamente por estar en crecimiento, o sufrir mucho desgaste (piel y mucosas) y en órganos con gran actividad metabólica (hígado, cerebro y tejido glandular).

Las enzimas: catalizadores biológicos

Las enzimas son proteínas especializadas en catalizar las reacciones que se llevan a cabo en el organismo. Algunas de ellas se llevan a cabo sin necesidad de enzimas, sin embargo son tan lentas que si no existiesen las enzimas tardarían horas, incluso días, en llevarse a cabo. Las enzimas actúan sobre una sustancia determinada, conocida como sustrato. Únicamente pueden actuar sobre él, debido a que poseen especificidad, la cual está dada por el sitio catalítico (es la parte de la enzima que transforma al sustrato).

Las enzimas constan de dos partes principalmente: una proteica y otra no proteica.

A la parte proteica se le conoce como apoenzima o apoproteína. Es la que da especificidad por el sustrato, ya que contiene el sitio catalítico. Al término de la reacción, su estructura permanece constante.

La parte no proteica es conocida como grupo prostético. En realidad es una mala traducción de la palabra inglesa prostetic, que significa prótesis. En este grupo se hallan unidos grupos funcionales que están unidos a la parte proteica. Un claro ejemplo es el grupo hem en los citocromos. También interactúan las coenzimas, que son derivados de vitaminas hidrosolubles. Las coenzimas si se modifican con la reacción.

Figura 14. Holoenzima

Bioquímica Aplicada a la Anestesia

También pueden asociarse iones metálicos (cobre, magnesio, zinc, hierro, etc.), los cuales reciben el nombre de cofactores.

A la unión de la apoenzima con su grupo prostético se le conoce como holoenzima (Fig. 14).

Esquemáticamente, la forma en que actúan las enzimas es de la manera señalada en la figura 15.

Vale la pena mencionar que la mayoría de las enzimas son capaces de reconocer tanto a su sustrato como a su producto, de tal forma que a veces las reacciones se llevan a cabo de derecha a izquierda, convirtiendo entonces al producto en sustrato y el sustrato en producto. En pocas palabras, muchas reacciones pueden ser reversibles.

Nomenclatura de las enzimas

Las enzimas reciben por lo general, el nombre del sustrato al cual transforman (fosfofructocinasa), de la reacción que catalizan (catalasa) o del producto que sintetizan (citratosintetasa). El nombre de éstas lleva la terminación asa. Se han tratado de eliminar los epónimos de la nomenclatura internacional (enzima de Ochoa), aunque en algunos textos esta costumbre continúa aisladamente.

La clasificación internacional de las enzimas las divide en seis tipos, de acuerdo a su mecanismo de acción. A su vez, estos grupos se subdividen, describiendo más específicamente el tipo de reacción que lleva a cabo. Esto se hace con el fin de facilitar el estudio de las enzimas y poder darles un nombre más descriptivo y común para todos los investigadores de los diversos países.

Clasificación de las enzimas

A. Por su mecanismo de acción

(Clasificación Internacional)

1. Oxido-reductasas.Realizan funciones de óxidación o reducción.

P. ej. Lactato deshidrogenasa.

2. Transferasas. Transfieren grupos funcionales de una molécula a otra.

P. ej. Fosfofructocinasa.

3. Hidrolasas. Rompen enlaces con moléculas de agua.

P. ej. Sucrasa.

4. Liasas. Forman enlaces dobles.

P. ej. Citrato-liasa.

5. Isomerasas. Llevan a cabo reaciones de isomerización, es decir, modifican tridimensionalmente al sustrato, sin quitarle ni añadirle nada.

P. ej. Fosfoglucomutasa.

6. Ligasas. Forman enlaces con gasto de ATP.

P. ej. Glutamina sintetasa.

B. Por su presencia

1. Constitutivas o permanentes (siempre son producidas, por lo que siempre están presentes).

2. Inducibles o adaptativas (se producen únicamente si existe su sustrato).

C. Por su localización

1. Membranales.

2. Citoplásmicas.

3. Mitocondriales.

4. Nucleares.

5. Lisosómicas.

6. Microsomales (retículo endoplásmico), etc.

Vale la pena mencionar que la mayoría de las enzimas son capaces de

reconocer tanto a su sustrato como a su producto.

Las enzimas reciben por lo general, el nombre del sustrato al cual transforman, de la reacción que catalizan o del producto que sintetizan

Figura 15. Acción enzimática

A. Inicialmente, observamos que existen varias moléculas, que podrían ser tomadas por la enzima; sin embargo, ésta es capaz de reconocer a su sustrato, ya que es específica para él.

B. Posteriormente, la enzima ha tomado al sustrato y se forma lo que se conoce como complejo enzima-sustrato.

C. Finalmente, la enzima libera al producto de la reacción, sin modificar su estructura.

Parte A Libro 2

D. Por el número de cadenas proteicas

1. Monoméricas. Con una sola cadena polipeptídica. Usualmente son muy activas.

2. Oligoméricas. Con dos o más subunidades, que constan de una cadena (un monómero) con por lo menos un sitio activo.

Cuando dos o más apoenzimas diferentes tienen afinidad por una molécula y ésta es convertida en un mismo producto, estas enzimas son conocidas como isoenzimas. El ejemplo típico es la lactato deshidrogenasa, la cual se encuentra en diferentes tejidos. Aunque lleva a cabo la misma función en todos ellos, la estructura proteica que posee es diferente en cada uno.

Cuando dos o más enzimas con diferente mecanismo de acción se unen para transformar secuencialmente a un sustrato, se forma lo que conocemos como complejo multienzimático. La sintetasa de ácidos grasos es el ejemplo típico de ésto.

Cinética enzimática

Para entender la forma en la que se comportan las enzimas, debemos entender los siguientes conceptos:

Unidad enzimática. Es la cantidad de enzimas requeridas para transformar 1 micromol de sustrato en un minuto.

Actividad del centro catalítico. Es el número de moléculas de sustrato que se transforman en un minuto en un sitio catalítico.

Eficacia. Es la afinidad que un receptor enzimático tiene por un sustrato.

Efectividad. Es la velocidad a la cual trabaja una enzima. Está determinada por los cofactores, el pH y la temperatura.

Sitio alostérico. Es una parte diferente al sitio activo, que puede acoplarse con un ion o molécula diferente al sustrato y al hacerlo, modifica la conformación tridimensional del sitio activo. Al suceder ésto, la afinidad del sitio activo (eficacia) se modifica. Una enzima puede tener más de un sitio alostérico.

Como lo explicamos cuando hablamos del mecanismo de acción, la enzima se une a su sustrato específico, formando el complejo enzima-sustrato (ES). El destino del ES puede ser disociarse y liberar al sustrato sin haber realizado transformaciones en su estructura o llevar a cabo la reacción, obteniendo un producto. La velocidad y el comportamiento de lo anterior lo estudiaron Michaelis y Menten, a partir del siguiente razonamiento:

K1 K3

E + S ES P

Debido a las transformaciones químicas que deben llevarse a cabo para producir el producto (P), K3 sería una velocidad mucho más lenta que K1 o K2. Por otro lado, se considera que las concentraciones de P son tan bajas al inicio de la reacción (porque apenas se está produciendo) que la reacción es prácticamente irreversible, ya que se necesitarían muy altas cantidades de P para ir al lado izquierdo de la reacción.

La enzima puede encontrarse libre o unida al complejo ES. La suma de éstas será la cantidad total de enzima que hay. Si hacemos un razonamiento matemático, encontraremos que:

(Enzima) total = (Enzima) libre + (Enzima-Sustrato)

Si quisiéramos saber qué cantidad de enzima libre existe, tendríamos que despejar de la siguiente manera:

(Enzima) libre = (Enzima) total - (Enzima-Sustrato)

Michaelis supuso que las concentraciones estaban en equilibrio, por lo que pensó que ésto sería constante, y lo expresó matemáticamente como:

(E) (S)

KM =

(ES)

de esta forma, creó el concepto de KM (constante de Michaelis). Posteriormente con otros razonamientos matemáticos, llegó a la conclusión de que la velocidad de reacción de una enzima se puede expresar como:

Vmax (S)

V = 

KM + (S)

Ecuación de Michaelis-Menten

Los factores que intervienen en la velocidad de las reacciones enzimáticas podemos clasificarlos como:

I. Factores de concentración.

La presencia y cantidad del sustrato y la enzima. La velocidad de reacción es directamente proporcional a la cantidad de enzimas. Cada enzima tiene una capacidad específica para poder llevar a cabo su reacción. Si hay mucho sustrato que convertir,

La enzima se une a su sustrato

específico,

formando el complejo

enzima-sustrato (ES).

Cada enzima tiene una capacidad específica para poder llevar a cabo su reacción.



		*Bioquímica Aplicada a la Anestesia*

		*Bioquímica Aplicada a la Anestesia*
	la enzima no puede llevarlo a cabo más rápidamente. Esto introduce el concepto de que las enzimas son saturables. Cuando el organismo detecta que frecuentemente el sustrato es mucho para la cantidad de enzimas presentes, inicia la síntesis de más enzimas; esto es lo que conocemos como *inducción enzimática. Este efecto lo observamos en personas que ingieren cotidianamente drogas, como las benzodiacepinas. Cuando se requiere proporcionar sedación a este tipo de pacientes, la cantidad de medicamento que utilizamos para lograr el efecto deseado es mayor que en una persona que no haya tenido este tipo de contacto con el medicamento. II. Factores de activación.* El pH. Como ya lo hemos reiterado, las apoenzimas son proteínas que pueden sufrir cambios en su estructura al modificarse el pH en el cual trabajan, lo que repercutirá en su eficiencia. El desequilibrio ácido-base puede disminuir o aumentar el tiempo en el cual los medicamentos que aplicamos lleguen a su órgano blanco, actúen y sean eliminados. La temperatura. Los principios físicos que rigen a las biomoléculas afectan también a las enzimas. El calor aumenta la cinética molecular, lo que hace que los pacientes con fiebre metabolicen más rápidamente los medicamentos. Por el contrario, cuando se presenta hipotermia, el tiempo en el cual los medicamentos se degradan es mayor ya que la cinética molecular disminuye. Es casi seguro que ambos cuadros clínicos los hayamos observado en pacientes durante el periodo transanestésico.		*Cuadro 6.* Clasificación de los inhibidores Irreversibles Generalmente es con metales Enlaces covalentes pesados o gases (contaminantes o venenos) Inhibidores Competitivos. Son uniones débiles con moléculas PARECIDAS estructuralmente al sustrato original.La mayoría de los medicamentos actúan de esta manera Reversibles Enlaces NO covalentes No competitivos. Son uniones débiles con moléculas DIFERENTES al sustrato original, pero poseen grupos que pueden unirse a la enzima, ocupándola temporalmente



			Cofactores y coenzimas. La presencia de éstos es importante para que las reacciones puedan llevarse a cabo ya que funcionan modificando la apoenzima, a través de sitios alostéricos y como donadores o aceptores de grupos funcionales o iones. III. Factores de inhibición. Inhibidores. Los medicamentos que utilizamos en anestesia juegan un papel importante como inhibidores competitivos de un gran número de enzimas y receptores. A veces sin recordarlo, hacemos gran	Inhibidores. Los medicamentos que utilizamos en anestesia juegan un papel importante como inhibidores competitivos de un gran número de enzimas y receptores.


*Cuadro 7.* Vitaminas HIDROSOLUBLES LIPOSOLUBLES Nombre Compuesto Enfermedad carencial Nombre Compuesto Enfermedad carencial B1 Tiamina Beri-beri A Retinol Ceguera nocturna B2 Riboflavina Queilosis, dermatitis D Calciferol Raquitismo y B3 ó PP Niacina Pelagra osteomalacia B5 Ácido pantoténico No descrita E Tocoferol Anemia en niños B6 Piridoxina Lesiones cutáneas K Fitoquinona Síndromes B12 Cobalamina Anemia perniciosa hemorragíparos Bc ó M Ácido fólico Anemia macrocítica y megaloblástica C Ácido ascórbico Escorbuto H Biotina Lesiones cutáneas La disminución en la ingesta de vitaminas trae como resultado las enfermedades conocidas como carenciales, mientras que su ingesta excesiva produce hipervitaminosis.

Parte A Libro 2

Las vitaminas son un grupo de biomoléculas provenientes de los nutrimentos, y que el cuerpo humano es incapaz de sintetizar en forma adecuada,

necesarias para determinadas funciones del metabolismo humano.

des modificaciones en el metabolismo de nuestros pacientes.

Los inhibidores se clasifican como irreversibles y reversibles (Cuadro 6).

Las vitaminas y coenzimas

Las vitaminas son un grupo de biomoléculas provenientes de los nutrimentos, y que el cuerpo humano es incapaz de sintetizar en forma adecuada, necesarias para determinadas funciones del metabolismo humano. Se dividen en dos grandes grupos: las hidrosolubles (que funcionan como coenzimas) y las liposolubles (que no funcionan como coenzimas y pueden participar como precursores de otras moléculas).

Las coenzimas funcionan como receptores o donadores de grupos químicos, por lo que su estructura sí se modifica en la reacción enzimática. En el cuadro 7 se indican las principales vitaminas que utiliza el organismo.

Vitaminas hidrosolubles

A continuación explicamos brevemente las principales características de algunas vitaminas hidrosolubles.

Vitamina B1: Tiamina. Es un derivado tiazólico de la pirimidina. El olor de la tiamina es característico y muy parecido al de la levadura. Es termolábil a temperaturas elevadas. Su deficiencia produce Beri-beri, que es una rara enfermedad en el occidente del mundo. El cuadro clínico se caracteriza por anorexia, pérdida de peso, fatiga y trastornos gastrointestinaes. Posteriormente se agrava y aparecen trastornos cardiacos. En los alcohólicos, debido a su mala alimentación, se presenta otra enfermedad carencial, conocida como encefalopatía de Wernicke, la cual puede complicarse con psicosis de Korsakoff. Ambas ceden a la administración de la tiamina. Participa en la formación del pirofosfato de tiamina, coenzima que participa en reacciones de descarboxilación

oxidativa, especialmente de alfa cetoácidos (Fig. 16).

Vitamina B2: Riboflavina. Es un derivado de la isoaloxazina. Es hidrosoluble, termoestable y sensible a la luz visible. Se absorbe a nivel intestinal, donde se convierte en flavín mononucleótido (FMN). Al llegar al hígado se convierte en flavín adenín-dinucleótido, que es una enzima de oxido-reduccción que ingresa al sitio I de la cadena respiratoria (posteriormente descrita). Se excreta por vía urinaria y debido a que es un pigmento de color amarillo, contribuye al color amarillo de ésta. Su deficiencia produce dermatosis (Fig. 16).

Vitamina B3: Niacina. Conocida también como nicotín amida. Existe otro compuesto similar conocido como ácido nicotínico. Son derivados no tóxicos de la nicotina. Ambos son hidrosolubles y termoestables. Se absorbe a nivel intestinal como nicotinato y es excretada en forma de derivados metilados. Participa en la formación del niacín adenin dinucleótido y niacín adenín dinucleótido fosfato (NAD y NADP), que son las coenzimas de óxidos reducción más importantes, ya que entran al sitio I de la cadena respiratoria (posteriormente descrita). Su deficiencia produce pelagra, cuyo cuadro clínico es: diarrea, demencia, dermatitis y dilución (Fig. 17).

Vit H: Biotina. Es un ácido monocarboxílico muy poco soluble en agua; sin embargo sus sales si son muy solubles en ella. Se absorbe a nivel intestinal. Forma a la N-carboxi-biotinil-lisina, coenzima que actúa en reacciones de transferencia de CO₂ de las coenzimas de las carboxilasas. La flora intestinal es capaz de producirla, por lo que su deficiencia es rara. Sin embargo, vale la pena mencionar que en la clara del huevo de las aves, se encuentra una proteína llamada avidina. Esta proteína se combina con dos moléculas de

Figura 16. Estructura química de la tiamina (izquierda) y la riboflavina (derecha)

Figura 17. Estructura química de la niacina (izquierda), biotina (centro) y ácido ascórbico (derecha)



	*Bioquímica Aplicada a la Anestesia*

	*Bioquímica Aplicada a la Anestesia*
biotina, impidiendo su absorción. La ingesta crónica de huevo CRUDO junto con la administración de sulfas, puede llevar a un estado carencial, que se caracteriza por poca ganancia ponderal de peso, pérdida de peso, acompañada de irritabilidad, movimientos espasmódicos, pérdida de pelo y queilosis (Fig. 17). Vitamina C: Ácido ascórbico. Conocido también como factor antiescorbútico (de donde viene su nombre). Es hidrosoluble, termolábil, pero con mucha resistencia a la congelación. Participa en reacciones de hidroxilación (muy importante en la síntesis de la colágena y por ende en la cicatrización) y puede reducir al oxígeno, nitrato y algunos citocromos. Se absorbe a nivel intestinal con transporte activo dependiente de sodio y con activación por la glucosa. Se excreta por orina (por una ruta todavía no muy estudiada) como oxalato, el cual al asociarse con calcio puede formar cálculos renales. Puede también metabolizarse por la vía de las pentosas fosfato. Su deficiencia produce el escorbuto, que se caracteriza por fragilidad capilar, con aparición de hemorragias secundarias a ésto, gingivitis que produce pérdida de piezas dentarias, trastornos en la cicatrización, queratosis folicular y mialgias (Fig. 17). *Vitaminas liposolubles (Fig. 18)* Vitamina A: Retinol. Su derivado 11 cis-retinal contribuye a la formación de la rodopsina (molécula muy importante en la bioquímica de la visión). Otros metabolitos participan en la diferenciación celular a nivel óseo, nervioso y epitelial. Su deficiencia en niños se manifiesta con xerosis, quratomalacia, retardo en el crecimiento; en adultos puede presentarse con ceguera nocturna y xeroderma. Vitamina D:Calciferol. En realidad son varios compuestos muy similares con destinos diferentes. A nivel dérmico y por interacción con los rayos ultravioleta, se produce el colecalciferol, hormona que regula la absorción de calcio a nivel intestinal además de la función osteoblástica. El osteoblasto es el responsable de la osificación, por lo cual la enfermedad carencial reflejará una disminución en la actividad de esta estirpe celular. En los niños se traduce como raquitismo y en los adultos como osteomalacia. De forma indirecta regula la solubilidad del calcio y fosfatos en varios compartimientos del organismo.		Vitamina E: Tocoferol. Es un grupo de compuestos muy similares, cuyo representante es el alfa tocoferol. Se absorbe a nivel intestinal, probablemente como quilomicrones, siendo liberado posteriormente por las lipoproteínas a nivel periférico. Tiene propiedades antioxidantes, es decir, interviene en la regulación de los radicales del oxígeno que se producen en el organismo, por lo cual tiene un papel de prevención de deterioro en las membranas celulares, ya que ésta se presenta por destrucción oxidativa de los lípidos. Esto se observa con claridad a nivel sanguíneo, ya que existe una marcada fragilidad eritrocítica y por lo tanto hay hemólisis y creatinuria. Vale la pena mencionar que los fosfolípidos de las membranas de algu	Vitamina C: Ácido ascórbico. Participa en reacciones de hidroxilación (muy importante en la síntesis de la colágena y por ende en la cicatrización) y puede reducir al oxígeno, nitrato y algunos citocromos.


		*Figura 18.* Estructura química de las vitaminas liposolubles

Parte A Libro 2

nos organelos tales como la membrana celular, la mitocondrial y la del retículo endoplásmico tienen una gran afinidad por el tocoferol (su mayor concentración a nivel celular está en estas membranas). Esto nos dá idea de la importancia que tiene tanto para actuar en su primera frontera (membrana celular) como en sitios vitales como el lugar de la respiración celular y de síntesis de proteínas respectivamente.

Vitamina K: Fitoquinona. Es la forma principal de la vitamina K en las plantas. En realidad son varios compuestos derivados de la menadiona. Cuando ésta sufre una alquilación produce la menaquinona. La primera se absorbe fácilmente a nivel intestinal, ya que es hidrosoluble. La segunda necesita de la presencia de las sales biliares, ya que es liposoluble. La vitamina K tiene gran importancia en la coagulación, ya que juega un papel importante en modificaciones post-traduccionales de los factores proteicos de la coagulación II, VII, IX y X. Existen otras reacciones en las cuales interviene la vitamina K, pero para nuestros fines su papel en la coagulación es el importante. Recordemos además que la vitamina K es un buen antídoto en estados en que la anticoagulación con cumarínicos ha sido demasiada.

Los carbohidratos

El nombre que este grupo de biomoléculas ha recibido con el paso del tiempo ha sido muy variado: azúcares, sacáridos, hidratos de carbono, carbohidratos y glúcidos entre otros. Si bien el nombre que actualmente se acepta como más correcto es el de glúcidos, en este texto utilizaremos el de carbohidratos, ya que es el que en los textos y artículos sigue utilizándose.

Químicamente hablando, los carbohidratos están formados por cadenas hidrocarbonadas, polihidroxiladas (polialcoholes), con un grupo carbonilo, que si se sitúa en uno de sus extremos se conoce como aldehido y si está en el centro de la cadena hidrocarbonada se llama cetona. La fórmula química general condensada para estos compuestos es: (CH₂O)n, aunque hay que decir que existen compuestos con esta misma fórmula condensada que no son carbohidratos, como el vinagre (ácido acético). Además, debemos saber que no todos los carbohidratos tienen sabor dulce.

Los carbohidratos son el grupo más abundante de moléculas en la naturaleza, llegando aproximadante a ser el 75% del total de las biomoléculas, lo cual se debe a las funciones estructurales y metabólicas que llevan a cabo:

a) Componente estructural importante en TODOS los seres vivos.

b) Fuente de energía celular (sin importar el reino).

c) Pueden almacenarse para posteriormente ser utilizados en la obtención de energía; el ser humano los almacena principalmente en el hígado y el tejido muscular, en forma de glucógeno.

d) Son fuente de carbono para producir otras biomoléculas.

Sin duda, la glucosa es la principal fuente de energía en la mayoría de los seres vivos. Las plantas la sintetizan en la fotosíntesis, utilizando la energía solar, agua y bióxido de carbono. Algunos animales pueden sintetizar carbohidratos a partir de lípidos y proteínas, sin embargo el aporte más importante procede de la dieta (especialmente cuando contiene vegetales o derivados de ellos).

Clasificación de los carbohidratos

Monosacáridos. Son los carbohidratos que no pueden ser hidrolizados en moléculas más sencillas, por lo que podemos decir que son las unidades básicas. Para su estudio, los dividimos según el número de carbonos que tienen en su molécula y su grupo funcional (aldehidos y cetonas) (Fig. 19).

Son llamados en base al número de carbonos que poseen en su cadena hidrocarbonada con la terminación osa. Los menores, poseen tres carbonos y son llamados treosas, los de cuatro tetrosas, los de cinco pentosas, etc.

Oligosacáridos. Están formados por la unión de dos a seis monosacáridos iguales o diferentes. Se nombran con el prefijo correspondiente al número de carbonos que poseen (2=di, 3=tri, 4=tetra, etc.) seguido de la palabra sacárido (disacárido,

Químicamente hablando, los carbohidratos están formados por cadenas hidrocarbonadas, polihidroxiladas (polialcoholes), con un grupo carbonilo

Figura 19. Fórmula general de las aldosas (izquierda) y las cetosas (derecha)

H

C = O

(CHOH)_n

CH₂OH

CH₂OH

C = O

(CHOH)_n

CH₂OH

Obsérvese al oxígeno unido en un extremo en las aldosas y en el centro en las cetosas.



	*Bioquímica Aplicada a la Anestesia*


(trisacárido, etc.). Por razones históricas, también se designan con nombres que refieren al sitio en donde fueron encontradas por primera vez: sacarosa, maltosa, lactosa, etc. *Polisacáridos.* Están formados por más de seis monosacáridos. El ejemplo típico es el almidón, las dextrinas y el glucógeno; poseen una cadena central, la cual puede estar ramificada. Si contienen el mismo tipo de monosacáridos se denominan: homopolisacáridos, si son diferentes heteropolisacáridos. *Características químicas de los* *carbohidratos* Isomería Uno de los átomos más abundantes en los carbohidratos es el carbono; éste posee la capacidad de asociarse con cuatro átomos o moléculas diferentes, como lo observamos en la figura 20. La presencia del carbono proporciona gran versatilidad a la forma que los carbohidratos toman, haciendo que sean capaces de presentar isomería. Es importante tener claro este concepto: los isómeros son dos o más moléculas que tienen el mismo número de átomos, pero estos átomos se enlazan de manera diferente entre sí, adquiriendo una distribución diferente en el espacio. La palabra proviene del griego isos, que significa igual y meros que significa parte. Cuando el carbono se une a cuatro átomos o moléculas diferentes, se llama carbono asimétrico. Para calcular el número de isómeros posibles, debemos conocer el número de carbonos asimétricos que posee (n), siendo la ecuación 2ⁿ. De esta		forma, el número de isómeros que puede tener una molécula con 4 carbonos asimétricos (2⁴) es 16. Fischer propuso una proyección tetrahédrica en un plano, con la cual se esquematizan las moléculas. Explicaremos ahora algunos tipos de isomería en base a las proyecciones de Fischer (Fig. 21). 1. D y L. De acuerdo con la proyección de Fischer, se identifican al ver su esquema. Si colocamos el grupo CH₂OH (alcohol terminal) en la parte inferior, y el OH unido al carbono adyacente a este grupo está del lado derecho, será D. Si por el contrario está a la izquierda, será L. 2. Dextrógiro y Levógiro. Esta es una propiedad física de la molécula. Estos nombres los reciben de acuerdo a la dirección en que desvían la luz polarizada, al ser introducidos en un polarímetro (o sacarímetro). Si la desvían a la derecha son dextrógiras, y se simbolizan como (+); si es a la izquierda se denomina levógiro y se marca (-). No confundir con D y L, que ya explicamos anteriormente. 3. Anómero. Son similares en todos los grupos alcohol. Difieren sólo en su grupo funcional. 4. Enantiómeros. Son los isómeros conocidos también como quirales. Esta palabra proviene del griego queiros que significa mano. Son aquéllas moléculas que tienen sus grupos OH exactamente en sentido inverso, como la imagen que el espejo dá de un objeto. También son conocidos como isómeros especulares. 5. Epímero. Son isómeros que sólo difieren en 1 OH, siendo el resto igual. 6. Diasterómero. Son isómeros que difieren en todos sus grupos OH, excepto 1. Su grupo funcional (aldehido o cetona) y su grupo alcohol primario (CH₂OH) son iguales. *Algunos derivados de los* *monosacáridos* Algunos carbohidratos sufren modificaciones en su estructura, para dar compuestos que tienen funciones metabólicas. Podemos mencionar a los azúcares fosfato y sulfato, que participan con los ácidos nucleicos y algunas coenzimas. El ácido n-acetil murámico y la n-acetil glucosamida son integrantes importantes de las paredes bacterianas. Los ácidos urónicos son importantes en los mecanismos de excreción de medicamentos y toxinas (ácido glucurónido). Algunos en forma de alcoholes pueden funcionar en la regulación de líquido en los compartimientos celulares (sorbitol y manitol).	Polisacáridos. Están formados por más de seis monosacáridos. El ejemplo típico es el almidón, las dextrinas y el glucógeno.


*Figura 20.*



		*Parte A Libro 2*
		*Parte A Libro 2*

	*Figura 21.* Proyecciones de Fischer para los carbohidratos





*Uniones entre los carbohidratos* Los carbohidratos que hemos visto hasta ahora, son de forma lineal, sin embargo, en la realidad no son así. Los carbohidratos generalmente se hacen cíclicos, tomando forma de hexágonos (piranos) o pentágonos (furanos), haciendo reaccionar al grupo aldehido y un OH, formando un enlace conocido como acetal. Los carbohidratos se unen entre sí, con un enlace conocido como glucosídico. Este enlace se lleva a cabo entre el enlace acetal que ya describimos y un OH del otro carbohidrato. Este tipo de enlace se conoce en química orgánica como enlace hemi-acetal, aunque en bioquímica es llamado glucosídico. La forma en la que los animales superiores almacenan los carbohidratos es a través del glucógeno, que es un polímero muy ramificado de la glucosa. Como ya sabemos, su concentración es mayor en el hígado, aunque en conjunto, el músculo tiene más que éste. El músculo emplea su glucógeno para producir la energía que necesita para la contracción, mientras que el papel del hígado es el de mantener la concentración de la glucosa en sangre (glucemia) en los periodos en los cuales el organismo no ha ingerido alimentos (Fig. 22).	Otra función importante en el cuerpo humano es la de ser un constituyente importante del tejido conectivo, especialmente del ácido condroitín sulfúrico, el cual está presente a nivel de córnea, cartílago y hueso y del queratán sulfato, dermatán sulfato y heparán sulfato, éste último con un papel anticoagulante vital a nivel intravascular. La celulosa es un polisacárido, que forma la madera y el algodón. La razón por la cual el ser humano no puede digerirla es que posee enlaces entre sus moléculas, para los cuales no tenemos las enzimas necesarias. Los lípidos Este grupo de biomoléculas son muy variadas y están relacionadas real o potencialmente con los ácidos grasos. Incluyen a las ceras, aceites y grasas, entre otras moléculas. Químicamente tienen en común ser solubles en solventes no polares como el benceno, cloroformo y éter y relativamente insolubles en el agua. *Importancia de los lípidos* a) Son constituyentes importantes de la dieta: aportan vitaminas liposolubles, ácidos grasos esenciales y no esenciales. b) Producen altas cantidades de ATP, directa o indirectamente. c) Pueden ser almacenados en grandes cantidades en el tejido adiposo. d) Son excelentes aislantes eléctricos y térmicos. e) Tienen gran versatilidad estructural, formando membranas. f) Se pueden asociar con proteínas: funcionan como transportadores, tanto a nivel membranal como a nivel sanguíneo (lipoproteínas). g) Se pueden asocian con carbohidratos. *Clasificación de los lípidos* La clasificación de los lípidos ha sido causa de mucha controversia. Existen muy variadas clasificaciones de ellos. La que es más útil para nuestros propósitos es la que propuso Bloor y que a continuación damos: A. Lípidos simples. Son ésteres de ácidos grasos con diversos alcoholes. 1. Grasas o aceites. Son ésteres de ácidos grasos con el glicerol. 2. Ceras. Son ésteres de ácidos grasos con alcoholes monohídricos de peso molecular más elevado.	Los carbohidratos generalmente se hacen cíclicos, tomando forma de hexágonos (piranos) o pentágonos (furanos).


*Figura 22.* Molécula del glucógeno. Observe las ramificaciones sobre la cadena principal



		La clasificación de los lípidos ha sido causa de mucha controversia.

Parte A Libro 2

B. Lípidos compuestos.

Son ésteres de ácidos grasos que poseen grupos químicos agregados a los ácidos grasos y el alcohol.

1. Fosfolípidos. Son grasas substituidas que contienen un ácido fosfórico además de los ácidos grasos y el alcohol. Poseen también bases nitrogenadas y otros substituyentes.

2. Glicolípidos. Son ácidos grasos unidos a carbohidratos, pueden contener bases nitrogenadas.

3. Otros lípidos compuestos. Incluyen a los lípidos azufrados (sulfo-lípidos) y los amino-lípidos.

C. Derivados de los lípidos.

Son substancias derivadas de los dos grupos anteriores, generalmente por hidrólisis. Podemos mencionar a los esteroides, alcoholes (como el glicerol), esteroles, cuerpos cetónicos, aldehidos grasos, etc.

Lípidos neutros. Se conoce así a los acil-gliceroles, el colesterol, los derivados ésteres del colesterilo, por no poseer carga eléctrica.

Nomenclatura de los lípidos

La nomenclatura química más aceptada es la de nombrar al lípido con el nombre del hidrocarburo que tiene el mismo número de carbonos (octano, decano, etc.) seguido de la terminación anoico para los ácidos grasos saturados y la terminación enoico para los ácidos grasos insaturados. Si posee dos insaturaciones se denomina di-enoico, si son tres, tri-enoico, etc. Llamamos saturación cuando no existen enlaces dobles e insaturación cuando existe uno o más enlaces dobles en la estructura química. Así por ejemplo el que tiene 18 carbonos y está saturado se nombra octa-decanoico. Si está insaturado es octa-decaenoico.

Todos los ácidos grasos poseen una cadena carbonada, con un grupo carboxilo en un extremo y un metilo en otro. El carbono

del grupo carboxilo se numera como 1, pero al carbono adyacente a éste, además de numerarlo como 2, lo llamamos carbono alfa (a). El último carbono de la cadena es llamado omega (W), sin importar el número de carbonos que la cadena posea. La mayor parte de los ácidos grasos, poseen una cadena con un número par de carbonos.

Propiedades importantes de algunos lípidos

Consideramos que existen tres ácidos grasos esenciales, el araquidónico, el linoleico y el linolénico. Estos son indispensables para llevar a cabo síntesis de tri-acil-gliceroles, prostaglandinas y como reserva energética.

Acil gliceroles

Son ésteres de ácidos grasos, unidos al glicerol, que es un alcohol derivado de un carbohidrato (gliceraldehido). Se conocen también como grasas neutras, ya que al estar unidos al glicerol, no funcionan como ácidos. Son las principales reservas lipídicas del hombre. Poseemos enzimas especializadas en su degradación (lipasa), dando glicerol y ácidos grasos libres (Fig. 23).

Fosfolípidos

Son ésteres fosfato de los di-glicéridos. El glicerol tres fosfato se reconoce como columna vertebral de éstos. Dos ácidos grasos se esterifican a un glicerol tres fosfato para formar ácidos fosfatídicos, que son parte importante en el metabolismo de otros fosfolípidos.

Todos estos lípidos juegan papeles muy importantes a varios niveles:

a) Cuando la colina (trimetil etanol amina) se une a un ácido fosfatídico se forma la fosfatidil colina (conocida vulgarmente como lecitina). Ésta es fundamental en la producción del líquido surfactante pulmonar.

b) La cardiolipina es otro tipo de fosfolípido. Ésta molécula es la que utiliza el VDRL como antígeno.

c) La fosfatidil etanol amina y la fosfatidil serina son contituyentes importantes en las membranas celulares.

Esteroides

Son un grupo grande de lípidos, entre los que encontramos las hormonas esteroideas, los esteroles y los ácidos biliares. Su estructura fundamental se indica en la figura 24.

Todos los ácidos grasos poseen una cadena carbonada, con un grupo carboxilo en un extremo y un metilo en otro.

Figura 23. Moléculas de los acil-gliceroles

Bioquímica Aplicada a la Anestesia

Figura 24. Esteroides

la desoxi-ribosa (azúcares) y el ácido fosfórico. Comentaremos brevemente su estructura química.

Pirimidinas

Contienen un anillo de seis miembros, con dos de nitrógeno. Las principales en el hombre son la timina, citosina y uracilo. Su estructura se muestra en la figura 26.

Las pirimidinas y las purinas que están oxigenadas, presentan dos isómeros, que se diferencian únicamente por la ubicación de un protón. A estos isómeros se les conoce como tautómeros y existen dos: lactima y lactama. Son interconvertibles libremente y están en equilibrio dinámico normalmente.

Purinas

Las purinas son derivados de las pirimidinas. Poseen el mismo anillo hexagonal, al cual se ha unido un pentágono llamado imidazol (semejante al de la histidina). Se conoce la participación de dos en el ser humano: guanina y adenina. Su estructura se muestra en la figura 27.

Otras purinas como la xantina, hipoxantina, inosina y ácido úrico son purinas producidas durante la degradación de la adenina y la guanina. Vale la pena mencionar que existen compuestos

Los ácidos nucleicos intervienen en la formación del ácido desoxi-ribonucleico (ADN), ácido

ribo-nucleico (ARN) y de los nucleósidos y nucleótidos.

17

3

Este núcleo fundamental consiste en tres anillos de hexano cícliclos fundidos entre sí, los cuales se unen a otro de pentano cíclico. Cada anillo tiene una letra específica y en los carbonos 3 y 17 siempre hay grupos asociados. A continuación se muestra la estructura química de algunos de los esteroides (Fig. 25).

Los ácidos nucleicos

Los ácidos nucleicos intervienen en la formación del ácido desoxi-ribonucleico (ADN), ácido ribo-nucleico (ARN) y de los nucleósidos y nucleótidos. Sus compuestos fundamentales son las bases nitrogenadas (purinas y pirimidinas), la ribosa y

Figura 25. Estructura química de algunos esteroides

Parte A Libro 2

Figura 26. Estructura de las pirimidinas

Figura 27. Estructuras de las purinas

Los nucleótidos, son nucleósidos con un fosfato unido a la ribosa, lo cual los convierte en ácidos.

denominados metil-xantinas entre las cuales encontramos a la cafeína, teofilina, nicotina y teobromina, que son compuestos afines a las purinas, que tienen función de estimulantes del SNC.

Nucleósidos

Los nucleósidos están formados por una base nitrogenada, ya sea pirimídica o púrica y por una pentosa (azúcar de cinco carbonos). Se nombran de acuerdo a la base nitrogenada que poseen, llamándose: citidina, timidina, uridina, adenosina y guanidina. Si en vez de ribosa es desoxirribosa se antepone la palabra desoxi. En la figura 28 se observa un ejemplo de citidina y desoxiadenosina.

Nucleótidos

Los nucleótidos, son nucleósidos con un fosfato unido a la ribosa, lo cual los convierte en ácidos. Son las moléculas capaces de guardar energía (ATP, GTP, etc.). Cuando se unen varios nucleótidos se inicia la producción de polinucleótidos, los cuales tienen el importantísimo papel de guardar la información genética, en forma de ADN y RNA.

Los nucleótidos se unen con enlaces 3',5' fosfodiéster en la cadena principal; sin embargo, la unión entre las dos cadenas (lo que describieron Watson y Crick) está dada por puentes de hidrógeno. En la figura 29 se esquematiza esta estructura.

Para el anestesiólogo es de gran utilidad conocer este tipo de moléculas, ya que pueden ser susceptibles de mutación por ionización. Recordemos que los puentes

Figura 28. Nucleósidos

Figura 29. Nucleótidos

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de hidrógeno son muy lábiles a ésto. A veces el anestesiólogo es requerido para asistir en procedimientos que generan radiaciones ionizantes, como los rayos X.

Los oligoelementos

Existen minerales necesarios para realizar funciones metabólicas fisiológicas. No son estrictamente biomoléculas, sin embargo, colaboran tan estrechamente con ellas, que se estudian como parte de ellas. De acuerdo con la cantidad que se requiere ingerir de ellos, los podemos clasificar como microminerales (oligoelementos), los cuales se consumen en cantidades menores de 100 mg al día y los macrominerales, cuyo consumo debe ser de más de 100 mg al día.

A continuación, describiremos brevemente los principales macrominerales.

Sodio (Na+). Es el principal catión en el líquido extracelular. Colabora en la regulación del equilibrio ácido-base, del volumen plasmático y en la irritabilidad celular, especialmente muscular y nerviosa (a través de la bomba de sodio-potasio). Participa importantemente en la excitabilidad de la placa neuromuscular.

Potasio (K+). Es el principal catión del líquido intracelular. Junto con el sodio, ayuda en la irritabilidad celular, por su participación con la bomba de sodio-potasio. Es además de gran importancia a nivel de la placa neuromuscular, colaborando en su excitabilidad.

Calcio (Ca++). Es el catión que juega el papel más directo en la regulación de la contracción muscular, interactuando con la troponina y miosina. Participa también en la regulación de las funciones nerviosas (excitabilidad). Es el principal constituyente de los huesos (y dientes), participando en los procesos de crecimiento de éstos (tanto por aposición como endocondral). El papel que juega el esqueleto (huesos), y en especial la hidroxiapatita en el equilibrio ácido-base ha sido ampliamente descrito.

Magnesio (Mg++). Es otro de los cationes, cuya principal accción es como cofactor enzimático, en reacciones relacionadas con el ATP. Participa activamente en la formación de dientes y huesos y en la excitabilidad celular, especialmente a nivel de la placa neuromuscular.

Fósforo (P). Participa junto con el calcio y el magnesio en la formación de los huesos y dientes. Juega un importante

papel en la síntesis de los nucleótidos (ácidos nucleicos), los que a su vez son precursores de las moléculas de alta energía como el ATP, GTP, etc.

Cloro (Cl-). Es el principal anión a nivel extracelular. Participa activamente en el equilibrio ácido-base. Es necesario para la producción del ácido clorhídrico (HCl) en el estómago y en la excitabilidad celular (canales de cloro).

Cabe mencionar que existe una expresión general, sólo aproximada, de la relación entre la irritabilidad celular y los iones en los líquidos celulares, que se puede expresar con la siguiente ecuación:

Irritabilidad = (Na+) + (K+)

celular (Ca++) + (Mg++) + (H+)

Vale la pena recordar este razonamiento, ya que si observamos, podremos explicar muchas manifestaciones clínicas en la práctica de la medicina general. Cuando el sodio y el potasio aumentan, la irritabilidad aumenta (son directamente proporcionales). Recordemos que la hipernatremia y la hiperkalemia se traducen clínicamente con hiperreflexia (entre otros signos). Quizá los iones que dan manifestaciones más evidentes sean los cationes divalentes. La concentración de éstos es inversamente proporcional a la irritabilidad, de tal forma que si disminuyen, la irritabilidad aumenta (recuerde los signos de Chvostek-Weiss y Trousseau). Por otro lado, si aumentan existe hiporreflexia, además de alteraciones en las funciones mentales superiores.

La concentración de hidrogeniones es inversamente proporcional; sin embargo, si se traspola a pH será directamente proporcional. Si tenemos acidosis (pH bajo) la concentración de hidrogeniones es alta. Con respecto a su efecto sobre la irritabilidad será depresor. Por el contrario, si tenemos alcalosis (pH alto) la concentración de hidrogeniones es baja y aumenta la irritabilidad. En la clínica todo lo anteriormente expuesto encaja en los cuadros clínicos que conocemos.

Quiero reiterar que esta ecuación es una aproximación que nos da buena idea de lo que ocurre con los cationes, pero no correlaciona el balance con los aniones, como el cloro. Tendremos que esperar a mayores estudios para completarla.

Los microminerales

Los principales microminerales, por orden alfabético son: cromo, cobalto, cobre, hierro, molibdeno, selenio y zinc. Explicare

Existen minerales necesarios para realizar funciones metabólicas fisiológicas.

Sodio (Na+). Es el principal catión en el líquido extracelular.

Los principales microminerales, por orden alfabético son: cromo, cobalto, cobre, hierro, molibdeno, selenio y zinc.

Parte A Libro 2

mos brevemente algunas de sus características y funciones en el organismo.

Cromo. Se cree que juega un papel en la regulación del metabolismo de la glucosa, probablemente aumentando la actividad de la insulina. Al parecer se absorbe por vía intestinal en combinación con el zinc. Se excreta por orina.

Cobalto. Está presente en la estructura de la cobalamina (vitamina B₁₂). Se absorbe a nivel intestinal, al parecer asociado con el hierro. Se excreta por orina y en las cantidades ingeridas habitualmente no es tóxico.

Cobre. La absorción del cobre requiere de un mecanismo específico. Al parecer éste es facilitado por una substancia producida en la saliva y el jugo gástrico. Al entrar al torrente sanguíneo se asocia a las proteínas. En menos de una hora el cobre es captado por el hígado. Éste procesa al cobre por dos rutas: excreción en las sales biliares y la síntesis de ceruloplasmina, enzima de tipo oxidasa. Otras enzimas que contienen cobre son: citocromo oxidasa, tirosinasa, monoamino oxidasa, superóxido dismutasa y lisis oxidasa (todas ellas muy importantes para el anestesiólogo).

Hierro. Su principal función en el ser humano es asociada a la hemoglobina, como transportador de oxígeno. Participa además como cofactor de enzimas de la cadena respiratoria (citocromos). Se absorbe a nivel intestinal. La ingesta diaria es de 10 a 20 mg diarios; sin embargo únicamente se absorbe alrededor de 10% de esta cantidad. El hierro que se absorbe, pasa primero por las células intestinales. En ellas es almacenado en las mitocondrias. Dependiendo de la necesidad sistémica que tenga el individuo del hierro, éste es transportado desde el intestino por la apoferritina, apotransferrina y transferrina (proteínas especializada en su transporte).

Molibdeno. Se desconocen sus requerimientos diarios y su metabolismo. Funciona como cofactor de la xantina oxidasa, aldehido oxidasa y sulfito oxidasa. Al parecer se absorbe a nivel intestinal y se excreta por orina.

Selenio. Es parte de la enzima glutatión peroxidasa, enzima que juega un papel de oxido-reducción, muy semejante al de la vitamina E. Su deficiencia, al igual que la intoxicación son muy raras, y se asocian como enfermedades ocupacionales.

Magnesio. Está presente en las nueces, cereales y diversos vegetales. Es un cofactor importante en muchas enzimas involucradas en la transferencia de azúcares (glucosil-transferasas). Es importante también para la función de la superóxido dismutasa. Se absorbe a nivel intestinal, por un mecanismo parecido al del hierro. En estados de deficiencia del hierro, el magnesio se absorbe en más cantidad, por el contrario, cuando hay hierro en exceso en la alimentación, la absorción del magnesio disminuye.

Zinc. Existen varias enzimas que lo contienen, entre ellas, la anhidrasa carbónica, la deshidrogenasa láctica y la fosfatasa alcalina. Existe una proteína en la saliva conocida como gustina, la cual tiene propiedades importantes en el sentido del gusto. Se absorbe a nivel intestinal por un mediador producido por el páncreas. Se excreta por orina. La ingestión de alcohol acelera su eliminación.

Membranas: fronteras de la vida

Las membranas son fronteras entre diferentes compartimientos. Su función primordial es la de seleccionar lo que entra y sale de uno de estos compartimientos, por lo cual poseen transportadores específicos de substancias. Dependiendo de su ubicación, las membranas tienen diferentes características. Hablaremos ahora de sus características generales.

Estructura y composición química de las membranas

Lípidos

Los compuestos más abundantes en las membranas son los lípidos, especialmente los fosfolípidos. Una de las características más importantes de éstos es la de ser anfipáticos, es decir que tienen una parte polar (hidrofílica) y otra no polar (hidrofóbica). De tal forma, que al aglomerarse varias de estas moléculas en una solución, forman estructuras llamadas micelas (Fig. 30).

Sin embargo, el esquema de la micela nos permite observar que queda una parte que puede unirse al agua (polar) y otra que no puede tener agua (no polar). Debido a que la mayor parte del agua corporal es intracelular, esta distribución sería complicada y frágil a la vez. Los estudios posteriores de las membranas, dieron como resultado el descubrimiento de una BICAPA lipídica, la cual tiene dos caras polares y un centro no polar, como se observa en la figura 31.

Los compuestos más abundantes en las membranas son los lípidos,

especialmente los fosfolípidos.

Bioquímica Aplicada a la Anestesia

Figura 30. Esquema de los fospolípidos (izquierda) y las micelas (derecha)

Grupo polar de la cabeza

Fase acuosa

Colas hidrocarbonadas no polares

Fase

no polar

Los lípidos, al igual que todas las demás moléculas no son algo fijo, sino son plásticas, es decir, se amoldan a variaciones que el organismo va teniendo. Esto es lo que observaron Singer y Nicholson cuando describen a la membrana como un mosaico de lípidos que es fluido, es decir, no es dura. Los lípidos se mueven de un sitio a otro dentro de la misma membrana y es más, constantemente hay un recambio de ellos, de tal forma que una misma membrana no tiene exactamente los mismos elementos constitutivos de un día a otro.

Existe además, un buen número de moléculas de colesterol en esta bicapa. No puede formar micelas ni bicapas lipídicas, pero colabora de forma muy importante en la estabilización de éstas. De no estar presente, al aumentar la temperatura estas membranas se destruirían con facilidad.

Proteínas

Las membranas poseen proteínas, que tienen funciones precisas en ella. De acuerdo a su localización las podemos denominar intrínsecas cuando se encuentran a lo largo de la membrana lipídica y extrínse

cas cuando sólo están en parte asociadas con ésta (Fig. 32).

Las proteínas asociadas a carbohidratos en la membrana celular, producen el glucocálix, que es una fina envoltura que recubre el exterior de la célula y sirve para la diferenciación celular. Gracias a las proteínas, las células pueden unirse entre sí, por ejemplo con desmosomas, hemidesmosomas, etc. Poseen otras con funciones enzimáticas (adenilato ciclasa).

Las membranas poseen proteínas, que tienen funciones precisas en ella.

Las proteínas asociadas a

carbohidratos en la membrana celular, producen el glucocálix.

Figura 32. Esquema de una membrana

Proteína asociada a carbohidratos

(Gluco-proteína)

Parte externa de la bicapa lipídica

(Hidrosoluble)

Matriz lipídica (Liposoluble)

Parte interna de la bicapa lipídica

(Hidrosoluble)

Figura 31. Bicapa lipídica

proteínas

integrales

proteínas

periféricas

de unión laxa

La membrana ha sido fragmentada en uno de sus extremos para poder observar la bicapa de lípidos.

En la parte inferior derecha tenemos el esquema de la denominación de las proteínas de acuerdo a su ubicación en la membrana.

Parte A Libro 2

La difusión es el movimiento de substancias a través de una membrana

semipermeable sin gasto de energía.

En membranas como la de la mitocondria, existen enzimas que llevan funciones como la cadena respiratoria. En la membrana del reticuloendoplásmico se encuentran enzimas relacionadas con la transcripción.

Fisiología de la membrana celular

Es importante reiterar que la membrana tiene como función primordidal la de seleccionar y regular las moléculas que entran y salen de la célula, además de ser el receptor y procesador de diferentes estímulos. Las moléculas se distribuyen debido al movimiento constante de los lípidos, proteínas y carbohidratos que conforman la membrana y al movimiento que tienen las moléculas que la circundan. Podemos decir que el movimiento de estas últimas se rige por los siguientes factores:

1. Movimiento cinético. Es el movimiento que tienen las moléculas e iones al chocar unos con otros, generando movimiento aleatorio de éstas en las soluciones.

2. Temperatura.Como lo hemos mencionado, la cinética atómica y molecular aumenta con el calor y disminuye con el frío.

3. Tamaño. El movimiento de las moléculas es inversamente proporcional a su tamaño, de tal forma que las moléculas más grandes, se mueven más lentamente y viceversa.

4. Diferencia de concentración. Es la diferencia entre la cantidad de moléculas que existen del lado externo de la membrana y el lado interno.

5. Tipo de transporte. Si requiere de transporte activo o pasivo, dependerá de la disponibilidad de energía que tenga la célula y del número de transportadores, poros o canales por los que tengan que atravesar.

Movimiento a través de la membrana

Podemos clasificar fácilmente al paso de moléculas a través de la membrana, de acuerdo al gasto o no gasto de energía (ATP); de tal forma tenemos el transporte que no gasta energía (pasivo) y el que sí gasta energía (activo). El tipo de transpor

te utilizado generalmente tiene que ver con la solubilidad de las moléculas. De tal forma que las que son liposolubles pueden pasar más fácilmente a través de la parte lipídica de la membrana. Por el contrario, las que son hidrosolubles deberán de tener algún facilitador o transportador, que las conduzca a través de la membrana.

Transporte pasivo

Difusión

La difusión es el movimiento de substancias a través de una membrana semipermeable sin gasto de energía. Esto se lleva a cabo a través de aberturas o espacios intermoleculares en la membrana. Podemos dividirla en dos: difusión simple y difusión facilitada.

La primera sucede a través de los intersticios de la bicapa lipídica, sin mediación de proteínas transportadoras. Este proceso se lleva a cabo principalmente con substancias liposolubles. Por otro lado, el paso de agua, iones y moléculas pequeñas (aprox. 8 Angstroms) se lleva a cabo a través de poros o canales (según su localización) que forman las proteínas en la membrana, los cuales permiten que moléculas hidrosolubles pasen fácilmente de un lado a otro de la membrana. Los canales usualmente son complejos proteicos que tienen cargas internas, lo que permite que seleccionen al tipo de molécula ya que pasan sólo las que el poro atrae (carga contraria). Se reconocen dos características en los canales: 1) su selectividad a determinadas substancias y 2) muchos de ellos poseen compuertas, que son capaces de abrirse o cerrarse para regular el flujo a través de ellos.

La difusión siempre se lleva a cabo de un lugar de un gradiente de mayor concentración a uno de menor concentración. Si no existe esta diferencia, la difusión no puede llevarse a cabo. La difusión facilitada no requiere gasto de energía como ATP, sólo se utilizan enlaces químicos débiles. Este proceso lo estudió Nernst, observando la diferencia eléctrica a uno y otro lados de la membrana, tomando en cuenta a los iones monovalentes (sodio, potasio y cloro), dando la siguiente ecuación:

Concentración en el lado externo

Ecuación electromagnética de Fuerza: = ± 61 log

Concentración en el lado interno

El producto de la concentración externa dividido entre la concentración interna nos dá lo que se conoce como el gradiente de concentración.



	*Bioquímica Aplicada a la Anestesia*

	*Bioquímica Aplicada a la Anestesia*
Otro factor que influye en la permeabilidad de los canales es el gradiente de presión (el cual puede estar dado por un vaso sanguíneo cercano a la membrana) y la energía de hidratación o hidración, que es cuando una molécula está diluida en agua y tiene interacciones moleculares con ella. En la figura 33, observamos esquemáticamente los tipos de transporte pasivo y activo. Ósmosis Es el paso de agua de un lado a otro de una membrana semipermeable. A cada momento, el agua pasa de un lado a otro de las membranas, pero sin tener cambios significativos en su volumen. Este movimiento de agua es tan continuo y equilibrado, que no se produce ningún gradiente como consecuencia de éste. El agua se mueve tendiendo a tener equilibrio en ambos lados de la membrana. Cuando de un lado de la membrana se agregan solutos, se hace que el agua tienda hacia donde se encuentran éstos, hasta hallar su equilibrio. Al lograrlo, el agua nuevamente difunde de un lado a otro de la membrana sin modificar su volumen en ambos lados. A la presión que ejercen los solutos para atraer agua se le conoce como presión osmótica. Este mismo tipo de presión se ejerce en el ser humano a todos niveles. Los responsables de la presión osmótica en la sangre son los iones. Existe una presión similar ejercida por las proteínas. A esta presión la conocemos como oncótica. Ambas dan la presión coloido-osmótica de los líquidos de los diferentes compartimentos del cuerpo, los cuales son vitales para el organismo. Conocer la difusión y la ósmosis nos ayudan a entender muchos de los estados patológicos que podemos encontrarnos en los pacientes a nuestro cargo. Cuando un paciente pierde agua extracelular, el agua intracelular tiende a salir, para equilibrar ambos compartimentos. Esto lo podemos observar en estados de hipovolemia secundaria a deshidratación o sangrado. Cuando no llevamos un balance hídrico adecuado en el transanestésico o no prevemos un sangrado, se afecta el equilibrio hídrico del paciente. De la misma manera, si en el transanestésico tenemos sobrehidratación, ya sea por nuestra causa o por el acto quirúrgico (p. ej. resección transuretral de próstata), se genera una dilución, inicialmente a nivel sanguíneo y posteriormente intracelular, lo que llevará al organismo a una disminución relati		va en todos sus electrolitos, con las repercusiones ya comentadas cuando hablamos de los iones. Es importante recordar que los medicamentos que administramos también se rigen por lo que hemos mencionado hasta ahora. *Transporte activo* El transporte activo es el transporte que se lleva a cabo de substancias a través de la membrana celular con gasto de energía (ATP). Este transporte generalmente se lleva a cabo en contra de un gradiente de concentración. Existen dos tipos de transporte activo: el primario (como las bombas iónicas y las enzimas membranales) y el que requiere de capas celulares (como la fagocitosis y pinocitosis). Bombas iónicas Las substancias que se mueven por este tipo de transporte activo son iones como el sodio, potasio, calcio, cloro e hidrógeno principalmente. Estas bombas no son exclusivas de la membrana plasmática, sino que se encuentran a otros niveles, como la mitocondria y el retículo endoplásmico. Sin embargo, la que se ha estudiado con mayor profundidad es la que regula al sodio y al potasio. La bomba sodio-potasio es un complejo de dos proteínas que forman un transportador, el cual tiene las siguientes características: 1. En la porción interna de la proteína se encuentran tres sitios, en donde se une un sodio a cada uno de ellos.	Es el paso de agua de un lado a otro de una membrana semipermeable. A cada momento, el agua pasa de un lado a otro de las membranas, pero sin tener cambios significativos en su volumen.

			El transporte activo es el transporte que se lleva a cabo de substancias a través de la membrana celular con gasto de energía (ATP).


		*Figura 33.* Tipos de transporte

Parte A Libro 2

Se lleva a cabo en todas las células, aunque en algunas células como los macrófagos es más rápida.

2. La porción interna de la proteína está unida a la parte de la ATPasa, cercana a los sitios de unión del sodio.

3. En la porción externa posee dos sitios, a los cuales se une un potasio a cada uno.

Los experimentos realizados hasta ahora, indican que cuando los cinco sitios están ocupados, la ATPasa se activa, rompiendo al ATP. Con la energía liberada se crea un cambio conformacional que hace que el sodio que se encontraba en el citoplasma sea enviado al exterior, mientras que el potasio del medio circundante ingresa a éste. El esquema de la figura 34 nos muestra lo anterior.

Existen otras bombas iónicas, por ejemplo la de calcio. Estas bombas hacen que el calcio se encuentre muy bajo en el citoplasma (alrededor de 10 000 veces) en relación

con el medio extracelular. Estas bombas se encuentran presentes también a nivel del retículo sarcoplásmico y de las mitocondrias.

Transporte activo con capas celulares

En diversos sitios del organismo, como en el tejido glandular, en los túbulos renales, la vesícula biliar y el intestino (entre otros), se requiere "envolver" a las substancias que ingresan a su citoplasma con una capa celular, es decir, un fragmento de membrana. A este tipo de transporte activo lo conocemos como endocitosis cuando el transporte es hacia el citoplasma. Los procesos más representativos son la fagocitosis y la pinocitosis. Cuando el transporte es hacia el exterior, lo denominamos exocitosis.

Los mecanismos mediante los que casi todos los nutrimentos, los iones y otras substancias se absorben a través de las células intestinales y el filtrado glomerular, son también una forma de defensa del organismo, ya que las células que conocemos como de defensa celular llevan a cabo estos procesos para atacar a los microorganismos que son nocivos para nuestro cuerpo.

Pinocitosis

Se lleva a cabo en todas las células, aunque en algunas células como los macrófagos es más rápida. Es el único medio para que moléculas grandes como las proteínas ingresen a las células. La pinocitosis se lleva a cabo gracias a receptores que existen en la membrana, los cuales son específicos para la molécula que será endocitada. Estos receptores están ubicados en invaginaciones que se conocen como hoyuelos. Cuando el sustrato se une a los receptores estos hoyuelos se embeben más en la membrana, gracias a una proteína fibrosa llamada clatrina y a proteínas contráctiles de actina y miosina. Llega un momento en que los hoyuelos se embeben tanto en la membrana, que ésta finalmente los cierra y separa de ella, lanzándolos hacia el citoplasma. A la vesícula que se forma con el receptor y la substancia unida a éste se le conoce como vesícula pinocítica (Fig. 35).

Fagocitosis

Es muy similar a la pinocitosis, pero lo que se endocita son partículas muy grandes. Como lo mencionamos anteriormente, las células encargadas de la defensa celular como los macrófagos tisulares y otros leucocitos, son los que llevan a cabo este proceso para la destrucción de gémenes y partículas extrañas al organismo.

Fagocitosis.

Es muy similar a la pinocitosis, pero lo que se endocita son partículas muy grandes.

Figura 34. Bomba sodio-potasio

Figura 35. Pinocitosis

Hoyuelo

Receptores

Proteínas

Clatrina

Actina y

miosina

Clatrina de disolución

Bioquímica Aplicada a la Anestesia

Figura 36. Fagocitosis

Medio externo

Vesícula pinocítica

o fagocítica

Vesícula digestiva

Citoplasma

Lisosoma

Vesícula pinocítica

o fagocítica

Vesícula digestiva

Cuerpo residual

Proteína de membrana

Superficie exterior

Excreción

Membrana

plasmática

Lumen

Citoplasma

Membrana

vesicular

Proteína

Medio externo

La fagocitosis se inicia cuando los receptores de la membrana celular se unen a la partícula que se endocitará. Por decirlo así, los receptores la fijan, evitando que pueda liberarse. Posteriormente protruyen partes de la membrana alrededor de la partícula. A estas evaginaciones se les conoce como fagosomas. Éstos se forman gracias a la acción de la actina y miosina principalmente. Después se invagina a la partícula de tal forma que la membrana la va recubriendo, hasta llegar al punto en que la membrana se fusiona y se produce la vacuola fagocítica, la cual es lanzada hacia el citoplasma (al igual que la vacuola pinocítica) (Fig. 36).

El Metabolismo: destino de las biomoléculas

Lo que hemos expuesto en los capítulos anteriores trataremos de integrarlo en el presente. Conocer la forma en que suceden las reacciones químicas, sus sustratos, sus intermediarios y sus productos ha sido uno de los avances más importantes en este siglo XX. Las biomoléculas siguen vías metabólicas, que son reacciones sucesivas, que convierten a una molécula en un producto. El estudio y descripción de estas vías ha sido motivo de muchos años de arduo trabajo humano y dedicación científica. Se han descrito tantas vías metabólicas hasta ahora que, si una persona tuviese que conocerlas para vivir, nunca

sobreviviría, ya que el metabolismo empieza desde el momento mismo de la concepción (incluso antes) hasta lo que llamamos muerte.

Existen todavía muchas interrogantes respecto al destino de muchas substancias, pero los detalles químicos y moleculares de las vías metabólicas hasta ahora descubiertos son muy amplios. En la presente obra no buscamos la erudición del lector en esta materia, por el contrario, buscamos sentar bases firmes para que pueda encontrar respuesta a sus dudas en textos de Bioquímica Médica.

Generalidades

Se ha llamado metabolismo a la serie de reacciones sucesivas que se llevan a cabo para procesar a una molécula. El proceso puede ser para crearla o sintetizarla (anabolismo), o bien para su destrucción o degradación (catabolismo).

Las reacciones anabólicas tienen por objeto sintetizar un sin número de biomoléculas con funciones muy variadas. Por el contrario, el catabolismo tiene por objeto degradar moléculas para aprovechar sus componentes, proteger al organismo y obtener energía a partir de ellos.

Es importante recordar que el metabolismo lo podemos clasificar de acuerdo a la presencia de oxígeno (aerobio) o su ausencia (anaerobiosis) para que las reacciones se lleven a cabo. El metabolismo

Se ha llamado metabolismo a la serie de reacciones sucesivas que se llevan a cabo para procesar a una molécula.

Parte A Libro 2

Si faltara un aminoácido no esencial en la dieta, el balance nitrogenado no se altera, ya que el organismo es capaz de obtenerlo de las bacterias intestinales o lo sintetiza de novo. Los

aminoácidos esenciales son: metionina, arginina, treonina , triptófano, valina, isoleucina, leucina, lisina, fenil alanina e histidina.

anaerobio es útil en estados muy particulares del organismo, incluso es una adaptación del organismo ante estos estados, sin embargo su eficiencia para la obtención de energía es baja. Por el contrario, el metabolismo aerobio es más eficiente y el aporte energético que proporciona es muchas veces mayor que el anaerobio.

Hablando de la obtención de energía, que es uno de los objetivos fundamentales del organismo, podemos afirmar que los lípidos proporcionan más kilocalorías por mol (9.3 aprox.) que los carbohidratos y las proteínas (4.1 aprox). Sin embargo, los alimentos que más ingerimos en la dieta son los carbohidratos (50% aprox.), seguidos de los lípidos (40% aprox.) y las proteínas (10% aprox.).

Metabolismo de las proteínas

Las proteínas están formadas por aminoácidos. La principal fuente de proteínas para el ser humano es la dieta, de donde se obtienen todos los aminoácidos (esenciales y no esenciales). Para poder absorber los aminoácidos debe producirse proteolisis, que es cuando las proteínas son hidrolizadas. La proteolisis de las proteínas de la dieta se inicia a nivel gástrico, con el efecto del pH (a causa del HCl) y la poderosa acción de una enzima llamada

pepsina. Posteriormente los fragmentos peptídicos pasan al duodeno, donde se mezclan con otras proteasas producidas en el páncreas (tripsina, quimotripsina y carboxipeptidasa). A este nivel se obtienen aminoácidos libres y oligopéptidos, los cuales son absorbidos por pinocitosis en las vellosidades intestinales.

Esta es una visión muy simplificada de la digestión de las proteínas de la dieta. En la digestión existen otros detalles que por ahora omitiremos, como las hormonas del tracto intestinal y el lugar preciso en donde se producen las enzimas involucradas.

Cuando no se obtienen los aminoácidos esenciales en cantidades adecuadas a través de la dieta, el balance del nitrógeno es negativo, ya que las proteínas no pueden sintetizarse si falta algún aminoácido esencial. Al no poder sintetizar este aminoácido, los demás aminoácidos se pierden en forma exagerada por heces, orina y sudor. Esto es lo que produce el balance negativo. En cuanto el aminoácido es incluido en la dieta, el balance se hace positivo, que es lo ideal para que las funciones orgánicas puedan llevarse a cabo.

Si faltara un aminoácido no esencial en la dieta, el balance nitrogenado no se altera, ya que el organismo es capaz de obtenerlo

Figura 37. Metabolismo de la fenil-alanina y la tirosina



		*Bioquímica Aplicada a la Anestesia*


	de las bacterias intestinales o lo sintetiza de novo. Los aminoácidos esenciales son: metionina, arginina, treonina, triptófano, valina, isoleucina, leucina, lisina, fenil alanina e histidina. Algunos de estos aminoácidos son sintetizados por el organismo pero NO en las cantidades necesarias. En la figura 37 podemos apreciar a la fenil-alanina como precursor de diversas moléculas. Entre ellas destacaremos a las catecolaminas, que se inician con la DOPA (siglas en inglés de Di hidroxi Phenyl Alanine), dopamina, noradrenalina y adrenalina. Este es un grupo de hormonas producidas sobretodo en la médula de la glándula suprarrenal, responsables de la respuesta metabólica al trauma. Se conocen enfermedades por deficiencia en la síntesis de alguna enzima de estas vías. Se pueden observar los nombres de éstas a un lado de la enzima. El sitio donde se lleva a cabo la mayor parte del catabolismo de los aminoácidos es el hígado. Este catabolismo se inicia generalmente formando alfa cetoácidos, al eliminar el grupo alfa amino. A este proceso lo conocemos como desaminación. Esta reacción produce amonio (NH₄), el cual es convertido posteriormente en urea, la cual como sabemos, es excretada por la orina. Los aminoácidos pueden perderse a través de la orina, pero esto sucede sólo en procesos patológicos, ya que el riñón tiene un transporte activo para su reabsorción (Fig. 38).			*Figura 38.* Ciclo de la urea






			Metabolismo de los carbohidratos Como lo mencionamos anteriormente, los carbohidratos son los nutrimentos más abundantes en nuestra dieta. Los tejidos


*Cuadro 8.* Metabolismo de los carbohidratos Nombre de la vía metabólica Proceso que se lleva a cabo Glucolisis Vía en la que se degrada a la glucosa hasta piruvato. En presencia de oxígeno el piruvato sufre descarboxilación oxidativa e ingresa a la mitocondria, donde ingresa al ciclo de Krebs. Si no hay oxígeno (o mitocondrias), el piruvato se convierte en ácido láctico. Glucogénesis Vía en la cual se forma glucógeno, usualmente a partir de glucosa. Se lleva a cabo en el citoplasma y los tejidos que lo hacen en mayor cantidad son el muscular y el hepático. Glucogenolisis Vía en la cual se degrada al glucógeno por medio de hidrólisis, dando glucosa fosfato. Gluconeogénesis Conjunto de vías que tienen por objeto sintetizar glucosa a partir de sustratos que no son carbohidratos. En el humano estos substratos son: aminoácidos (especialmente alanina), glicerol y ácido láctico. En otras especies se pueden obtener glucosa a partir de lípidos.

Parte A Libro 2

Recordemos que en condiciones ideales, los

pacientes ingresan al quirófano en etapa postabsortiva o en ayuno corto. En estas etapas el organismo echa a andar la glucogenolisis, para mantener la glucemia.

utilizan generalmente a la glucosa como sustrato para producir energía. Para poder adentrarnos en este tema, debemos tener presente el nombre de las vías metabólicas y lo que sucede en ellas (Cuadro 8).

La palabra glucogenosis es otro término que debemos conocer y diferenciar de las anteriores. Esta palabra nos habla de enfermedades del glucógeno. Éstas aparecen cuando hay deficiencia de alguna de las enzimas que ayudan a su hidrólisis, por lo que aparece una acumulación patológica en los tejidos que lo almacenan (hígado y músculo).

En la figura 39 se muestra un diagrama de los caminos que la glucosa sigue para llegar a diversos tejidos.

Una vez en la célula, la glucosa entra a la glucolisis, que podemos considerar como el centro del metabolismo de los carbohidratos. En algunos sitios de la glucolisis se desvía para formar glucógeno, ácido láctico, interviene en el ciclo de las pentosas fosfato y forma los substratos del ciclo de Krebs: oxaloacetato y acetil coenzima A. El estudio de estas vías es de gran interés para el médico general y lo es más aún para el anestesiólogo, ya que conociéndolas podemos explicarnos muchos procesos que se llevan a cabo en nuestros pacientes.

Recordemos que en condiciones ideales, los pacientes ingresan al quirófano en etapa postabsortiva o en ayuno corto. En estas etapas el organismo echa a andar la glucogenolisis, para mantener la glucemia. Por otro lado, la glucogénesis se inhibe. Si las reservas de glucógeno son pocas, el

organismo inicia la obtención de energía a partir de lípidos; sin embargo existen células como los eritrocitos que dependen del aporte de glucosa, por lo que el organismo inicia la gluconeogénesis.

Recordemos que una de las soluciones más utilizadas por los anestesiólogos es la de Hartmann o Ringer lactato. Ésta contiene ácido láctico, el cual puede ser utilizado a nivel hepático para formar glucosa. Recordemos que gran parte de los mecanismos de regulación de la glucemia se llevan a cabo en el hígado. Cuando atendemos a un paciente con hepatopatía no sólo tendremos modificaciones en el metabolismo de los medicamentos que administramos (que es en lo que más frecuentemente pensamos), sino que encontraremos alteraciones en el metabolismo de todas las biomoléculas. El uso de esta solución tiene indicaciónes precisas, por lo cual debemos administrarla sólo cuando esté indicado.

En la figura 40 se muestra un esquema donde se observan algunas vías relacionadas con la glucolisis (la cual se esquematiza como columna central). Sugiero a los interesados en estos temas se dirigan a los textos especializados de Bioquímica Médica.

Figura 40. Glucolisis

Figura 39. Metabolismo de la glucosa

Bioquímica Aplicada a la Anestesia

Metabolismo de los lípidos

A la síntesis de lípidos la conocemos como lipogénesis y la degradación de ellos se llama lipolisis. Hablaremos de esta última, ya que hablaremos primero de la digestión y absorción de los lípidos de los alimentos.

Aproximadamente 40% de la dieta contiene lípidos. El primer sitio donde se inicia la lipolisis es en el intestino delgado, gracias a la acción de la lipasa pancreática y las sales biliares, que emulsifican las grasas. Esta hidrólisis produce ácidos grasos libres y glicerol. Son absorbidos a nivel de la mucosa intestinal, donde son reconstituidos en tri-acil-gliceroles, los cuales se unen a proteínas encargadas de su transporte (junto con otros lípidos como el colesterol y fosfolípidos), conocidas como lipoproteínas. Las lipoproteínas más grandes son los quilomicrones (porque provienen del quilo y miden alrededor de l micra). A nivel plasmático estas lipoproteínas sufren pérdida de los lipidos que transportan por la acción de la lipasa lipoproteica.

Los lípidos se distribuyen en el organismo de acuerdo a las necesidades de éste, aunque el sitio de mayor depósito es el tejido adiposo. Sabemos también que en estados patológicos, el endotelio vascular puede acumular depósitos de lípidos, formando ateromas, lo que produce ateros-clerosis.

A nivel mitocondrial existe una vía metabólica conocida como beta oxidación, la cual tiene como objetivo hidrolizar a los ácidos grasos, con una importantísima producción de NADH + H+ y FADH₂, coenzimas de oxidorreducción que ingresan a la cadena respiratoria y ayudan a formar ATP (Fig. 41).

La beta-oxidación únicamente toma ácidos grasos de cadenas pares. Recibe este nombre ya que inicia con el carbono beta. Para los ácidos grasos de cadena impar existen dos variantes metabólicas, conocidas como alfa oxidación (por comenzar con el carbono alfa) y omega oxidación (por comenzar por el último carbono).

Hablemos ahora de la síntesis de lípidos o lipogénesis. Como sabemos, existen muchos tipos de lípidos y por lo tanto, hay vías de síntesis para cada uno de ellos. A continuación mencionaremos la síntesis de los ácidos grasos.

Este proceso se lleva a cabo a nivel citoplásmico y se requiere acetil coenzima A, bicarbonato, NADPH y biotina. Al carboxilarse la acetil coenzima A se produce el malonil coenzima A, que es un ácido de un esqueleto de tres carbonos y dos grupos carboxilo. Posteriormente ingresa otra molécula de acetil CoA, produ

ciendo aceto acetil CoA, iniciando una serie de reacciones de hidrólisis, oxido-reducción y descarboxilación como se observa en la figura 42.

La regulación entre lipogénesis y lipolisis se lleva a cabo de acuerdo a la necesidad del organismo para utilizar o almacenar energía. Esta es una parte muy interesante del metabolismo que se resume adecuadamente en la figura 43.

Los lípidos se distribuyen en el organismo de acuerdo a las necesidades de éste, aunque el sitio de mayor depósito es el tejido adiposo.

Figura 41. Beta-oxidación

Figura 42. Lipogénesis

Parte A Libro 2

Figura 43. Lipogénesis y lipolisis

normales, decimos que existe cetonemia. La cetonemia es compensada por el organismo, perdiendo acetona por vía pulmonar (dando al aliento aroma de manzanas dulces) y vía renal, junto con el aceto acetato (produciendo cetonuria). Con las pruebas de laboratorio que contamos, únicamente medimos estos dos cuerpos cetónicos, siendo muy difícil de medir el beta hidroxibutirato. A la suma de cetonemia con cetonuria se le conoce como cetosis.

Cadena respiratoria y la fosforilación oxidativa

La cadena respiratoria es la vía metabólica en la cual ocurren transferencias de electrones desde diversos sustratos hasta el O₂. Se lleva a cabo en la mitocondria, a nivel de la membrana interna (Fig. 45).

En números romanos observamos que existen tres sitios en donde se genera ATP. A nivel de ellos existe un cambio electroquímico tal, que es posible generar ATP. Del lado izquierdo del esquema observamos las enzimas que aportan la mayor parte del NADH, coenzima de óxido-reducción que entra al sitio I de la cadena respiratoria. Este sitio es inhibido por rotenona (un veneno de algunos peces), la piericidina A (antibiótico) y los barbitúricos. El FADH₂ y el FMN ingresan hasta el sitio II. Éste es inhibido por el dimercaprol y la antimicina A.

La razón por la cual el NADH puede producir hasta tres ATPs es porque entra al sitio I; por el contrario, el FADH₂ y el FMN sólo producen 2 ATPs porque ingresan hasta el sitio II. El sitio III es el más eficiente de los tres sitios debido a su potencial redox. Este sitio III puede ser

Se llama cuerpos cetónicos a tres moléculas: el aceto acetato, beta hidroxibutirato y acetona.

Los cuerpos cetónicos

Se llama cuerpos cetónicos a tres moléculas: el aceto acetato, beta hidroxibutirato y acetona. Los cuerpos cetónicos son producidos a nivel mitocondrial, especialmente en los hepatocitos. Del hígado salen a la circulación, donde se distribuyen en todo el organismo. Existen tejidos como el muscular y el nervioso que los utilizan para producir energía. En la figura 44 podemos observar la fórmula química de los cuerpos cetónicos (izquierda) y su distribución en el organismo (derecha).

Aunque son muy útiles para proporcionar energía, su acumulación provoca desequilibrio ácido-base, ya que son ácidos. Cuando los niveles son superiores a los

La cadena

respiratoria es la vía metabólica en la cual ocurren transferencias de electrones desde diversos sustratos hasta el O₂.

Figura 44. Cuerpos cetónicos

Bioquímica Aplicada a la Anestesia

Cadena respiratoria

bloqueado por H₂S, CO (monóxido de carbono) y el cianuro.

Hasta hace unos años, no se conocía la forma en la cual se produce el ATP en las mitocondrias. Existió una hipótesis que decía que probablemente existían enzimas dedicadas a ésto. Sin embargo, con el paso del tiempo no se encontraron estas enzimas. Posteriormente Mitchell propuso la teoría de que al llevarse a cabo la cadena respiratoria (conocida también como cadena de transporte de electrones) se generaba un gradiente electroquímico, ya que se ingresaban electrones al interior mitocondrial y los protones se acumulaban en el citoplasma. Al parecer este gradiente genera que las partículas elementales de Fernández-Morán, ubicadas en la membrana interna mitocondrial, realicen esta función.

A esta hipótesis se le conoce como quimioosmótica. Esto parece comprobarse, ya que existen substancias conocidas como ionóforos, capaces de hacer

permeables las membranas mitocondriales a iones hidrógeno. Cuando esto sucede, los protones ingresan a la mitocondria, eliminando el gradiente del que hablábamos. La gramicidina y la nonactina (antibióticos) son ejemplo de estos ionóforos.

Existen dos tipos de interferencia en la fosforilación oxidativa: los desacopladores y los inhibidores. Los primeros no impiden que se consuma O₂, por lo que no afectan a la cadena respiratoria (p.ej. 2,4 dinitrofenol, arsénico, pentaclorofenol y cumarínicos). Los segundos se caracterizan por bloquear también las reacciones de oxidación, bloqueando así a la cadena respiratoria (oligomicina y atractilósido).

El objetivo primordial de la cadena respiratoria y de la fosforilación oxidativa es el de producir moléculas de alta energía (ATP), con el fin de catalizar reacciones. La eficiencia de este sistema es de un 30-40%. El resto de la energía se pierde como CALOR.

Bioquímica aplicada a la anestesia

H C = O (CHOH)n CH2OH

CH2OH C = O (CHOH)n CH2OH

17

3

H

C = O

(CHOH)_n

CH₂OH

CH₂OH

C = O

(CHOH)_n

CH₂OH