Estabilidad del apatita dental

Estabilidad del apatito dental. El apatito dental (apatita) es una forma compleja de fosfato cálcico con estructura cristalina. Existen varias formas: hidroxiapatita, fluorapatita, etc. Su estructura forma una celdilla que, apilada, forma un prisma. El conjunto del prisma formará un cristal macroscópico. Los iones ocupan posiciones fijas y entre ellos forman asociaciones. Los Ca²⁺ de las columnas están más separados entre sí, mientras que los Ca²⁺ del triángulo están más juntos a lo largo del eje. Los iones del centro del triángulo (OH⁻ / F⁻) se pueden intercambiar porque están en un medio acuoso (saliva) en el que hay iones en disolución: si aumentan los iones en disolución, precipitan, y si disminuyen, se disuelven.

El PO₄³⁻ y el OH⁻ están siempre en equilibrio con respecto a la disolución. Los iones están en equilibrio con la disolución y, cuando vuelve a formarse el cristal, es el momento en el que se pueden intercambiar los iones del centro del triángulo (intercambio heteroiónico). Debemos tener en cuenta también las propiedades dinámicas del apatito dental:

• Solubilidad: en medio ácido participa en una reacción de neutralización que solubiliza el mineral, mientras que en medio alcalino la reacción se desplaza en sentido contrario, depositándose mineral amorfo por precipitación.

Transportadores de electrones

Transportadores de electrones: Proteínas de membrana que contienen grupos prostéticos capaces de aceptar y donar 1 o 2 electrones. Ejemplos:

Flavoproteínas

Flavoproteínas: Contienen FAD o FMN como grupo prostético. Estos cofactores son nucleótidos de flavina unidos a la proteína. La parte activa para el transporte de electrones es el anillo de flavina, que puede estar en forma oxidada o reducida; en la forma reducida se han aceptado 2 e⁻ que han ido al anillo de flavina. La forma reducida puede perder estos electrones y volver a la forma oxidada. Estos electrones se aceptan de forma gradual: el primer electrón da lugar al intermediario semiquinona y el segundo conduce finalmente a la forma reducida.

Proteínas ferro‑sulfuradas

Proteínas ferro‑sulfuradas: Contienen centros Fe‑S como grupos prostéticos; son átomos de naturaleza inorgánica. Los átomos de hierro se coordinan con los grupos —SH de los aminoácidos cisteína que forman parte de la proteína, lo que les permite alojarse en el interior de la proteína y constituir el grupo prostético. Transfieren 1 electrón (cambios del estado redox del átomo de hierro: Fe³⁺/Fe²⁺). La capacidad de transferencia de electrones (potencial) varía con la geometría y el entorno proteico.

Ubiquinona (Coenzima Q)

Ubiquinona o coenzima Q: Benzoquinona liposoluble. Es una molécula pequeña con cierta movilidad dentro de la membrana interna mitocondrial que le permite interaccionar con los diferentes complejos de la cadena de electrones. También acepta 2 e⁻ y pasa de la forma oxidada a la forma reducida; a la forma oxidada se le llama ubiquinona y a la reducida ubiquinol.

Citocromos

Citocromos: Proteínas que llevan como grupo prostético el anillo de porfirina (grupo hemo). El átomo de hierro del grupo hemo permite transmitir electrones mediante cambios en su número de oxidación; se transporta un electrón por cada átomo de hierro. Existen diferentes tipos que varían según los sustituyentes del anillo. En la cadena respiratoria participan citocromos a, b y c.

Regulación del metabolismo del glucógeno

Regulación de la degradación del glucógeno

Regulación de la degradación del glucógeno: Interviene la enzima glucógeno fosforilasa (fosforilasa), que es la enzima clave en la degradación del glucógeno. Intervienen hormonas como el glucagón (a nivel hepático) y la adrenalina (a nivel muscular).

• Músculo en reposo: La glucógeno fosforilasa está en la forma b y en estado T (el estado menos activo). No hay degradación de glucógeno.
• Músculo en actividad: Al aumentar la actividad muscular disminuye el ATP y aumenta la concentración de AMP, lo que activa la fosforilasa b (el AMP actúa como regulador alostérico positivo de la fosforilasa b), pasando del estado T al estado R (más activo). El ATP actúa como regulador alostérico negativo de la fosforilasa b. La liberación de adrenalina activa la enzima fosforilasa quinasa (modificación covalente), que convierte la fosforilasa b en la forma a (más activa), estimulando así la degradación del glucógeno en el músculo en actividad. Además, la liberación de Ca²⁺ en las células musculares durante la contracción actúa como regulador alostérico positivo de la fosforilasa quinasa, favoreciendo la formación de más fosforilasa a.
• Hígado: En el hígado está presente la fosforilasa hepática, que puede encontrarse en estado a (activo). Cuando la fosforilasa hepática a está activa, la glucosa actúa como regulador alostérico negativo, provocando el paso de la fosforilasa a del estado R (activo) al T (menos activo).

Regulación de la síntesis del glucógeno

Regulación de la síntesis del glucógeno: La glucógeno sintasa es la enzima clave en este proceso y se encuentra en dos formas: a (más activa, no fosforilada) y b (menos activa, fosforilada). La conversión de la forma a → b ocurre por fosforilación, y la glucógeno sintasa es fosforilada por diversas quinasas. Por otra parte, las fosfatasas desfosforilan la glucógeno sintasa, convirtiéndola de la forma b a la forma a. La adrenalina disminuye la síntesis de glucógeno y activa su degradación.

La insulina estimula la síntesis de glucógeno y bloquea su degradación. Se libera cuando la glucemia es alta; la insulina es secretada por las células β del páncreas. La insulina interactúa con su receptor tirosina quinasa en la membrana, lo que desencadena una cascada de fosforilaciones que activan proteínas quinasas sensibles a la insulina. Estas quinasas fosforilan y activan la proteína fosfatasa‑1; la fosfatasa‑1 activa desfosforila diversas enzimas, entre ellas la glucógeno sintasa, incrementando su actividad y favoreciendo la síntesis de glucógeno.

β‑Oxidación de ácidos grasos

β‑Oxidación de ácidos grasos: Consta de una serie de cuatro reacciones enzimáticas que actúan cíclicamente hasta oxidar completamente el acil‑CoA y transformarlo en moléculas de acetil‑CoA. Estas oxidaciones ocurren en el carbono β del ácido graso. En cada ciclo se liberan moléculas de acetil‑CoA (2 carbonos) a partir del acil‑CoA.

1. 1. Oxidación: Interviene la enzima acil‑CoA deshidrogenasa, que forma un doble enlace y genera poder reductor en forma de FADH₂.
2. 2. Hidratación: La enoil‑CoA hidratasa incorpora una molécula de agua al doble enlace, apareciendo un grupo hidroxilo (—OH).
3. 3. Segunda oxidación: La L‑3‑hidroxiacil‑CoA deshidrogenasa oxida el grupo hidroxilo a un grupo carbonilo, generando NADH.
4. 4. Tiolisis: La β‑cetotiolasa (tiolasa) escinde la molécula de acil‑CoA, liberando acetil‑CoA y un acil‑CoA con dos carbonos menos.

Estas cuatro reacciones se repiten cíclicamente hasta que el ácido graso se convierte en acetil‑CoA por completo.

Ciclo de la urea

Ciclo de la urea: Comienza con una reacción previa que tiene lugar en la mitocondria del hepatocito y que se considera parte del ciclo. Esta reacción es catalizada por la carbamil‑fosfato sintasa I (CPS‑1), que une el amonio con bicarbonato; en esta reacción se consumen 2 ATP y se obtiene carbamilfosfato.

El carbamilfosfato se condensa con ornitina mediante la ornitina transcarbamilasa, formando citrulina. La citrulina sale de la mitocondria por un transportador (el mismo que introduce la ornitina). En el citosol, la citrulina se combina con aspartato para formar argininosuccinato mediante la argininosuccinato sintetasa. El argininosuccinato se hidroliza por la argininosuccinasa (argininosuccinato liasa), dando arginina y fumarato. El fumarato es un intermediario del ciclo de Krebs; la arginina es hidrolizada por la arginasa, regenerando ornitina y formando urea. Cada molécula de urea permite la excreción de dos átomos de nitrógeno procedentes de aminoácidos.

Regulación del ciclo de la urea

Regulación del ciclo de la urea: El punto clave es la CPS‑1, que determina la velocidad de síntesis de urea. Esta enzima es alostérica y se activa positivamente por el N‑acetil‑glutamato, que se forma en la célula a partir de acetil‑CoA y glutamato; la formación de N‑acetil‑glutamato aumenta con la disponibilidad de glutamina. A largo plazo, el ciclo puede regularse por cambios en la síntesis de las enzimas del ciclo: dietas hiperproteicas aumentan la síntesis enzimática para incrementar la eliminación de nitrógeno, mientras que dietas hipoproteicas disminuyen dicha síntesis.

Proteína G y señalización por AMPc

Proteína G: Proteína transductora localizada en la membrana que fija nucleótidos de guanina (GDP/GTP). Es un heterotrímero con subunidades α, β y γ; la subunidad α aloja el nucleótido de guanina y posee actividad GTPasa. Existen distintos tipos de proteínas G, que se diferencian en la subunidad α y permiten diferentes tipos de señalización. La subunidad γ está fuertemente anclada a la membrana.

Activación de la adenilato ciclasa

Activación de la adenilato ciclasa. Hormonas: adrenalina, glucagón, hormona liberadora de corticotropina (CRH), hormona adenocorticotropa (ACTH), hormona luteinizante (LH), hormona foliculoestimulante (FSH), hormona tiroestimulante (TSH).

Cuando la hormona se une a su receptor, el receptor interacciona con la proteína G de membrana y la activa. La subunidad α abre el sitio de unión del GDP, que se sustituye por GTP; entonces la subunidad α pierde afinidad por las subunidades βγ y se separa. La subunidad α-GTP se desplaza en la membrana y activa la adenilato ciclasa, que cataliza la síntesis de AMPc (cAMP) a partir de ATP, liberando pirofosfato. Paralelamente, la subunidad α hidroliza GTP a GDP con el tiempo, pierde afinidad por la adenilato ciclasa y vuelve a reunirse con βγ, regresando la proteína G a su estado inicial. La unión hormonal al receptor aumenta la síntesis de cAMP intracelular.

Papel del cAMP

Papel del cAMP: Sus efectos están mediados por la activación de la proteína quinasa A (PKA), que fosforila residuos de serina y treonina en proteínas diana. El AMPc se une a los sitios reguladores de la PKA, induce cambios conformacionales en las cadenas reguladoras y activa la quinasa. Las proteínas fosfatasas desfosforilan posteriormente las proteínas fosforiladas por las quinasas.

Desactivación de la vía: Es esencial e incluye la desactivación del complejo hormona‑receptor, la inactivación de la proteína G y la degradación de cAMP por fosfodiesterasas (cAMP → 5′‑AMP).

Activación de la fosfolipasa C y segundos mensajeros

Activación de la enzima fosfolipasa C (PLC). Hormonas: hormona liberadora de gonadotropinas (GnRH), hormona liberadora de tirotropina (TRH), hormona tiroestimulante (TSH).

La PLC hidroliza el fosfolípido de membrana fosfatidilinositol‑4,5‑bisfosfato (PIP2), generando dos segundos mensajeros: inositol‑1,4,5‑trifosfato (IP3) y diacilglicerol (DAG).

• IP3 (hidrosoluble) difunde al citosol y se une a receptores en la membrana del retículo endoplásmico, abriendo canales de Ca²⁺ y aumentando la concentración citosólica de calcio. El Ca²⁺ se une a la calmodulina formando el complejo Ca²⁺/calmodulina, que activa diversas proteínas, incluidas quinasas.
• DAG (liposoluble) permanece en la membrana y, en presencia de Ca²⁺, activa las proteínas quinasa C (PKC), que fosforilan otras proteínas.

El sistema PLC activa así tres segundos mensajeros: IP3, DAG y, de forma indirecta, Ca²⁺. Desactivación de la señal: incluye la metabolización rápida de IP3 y DAG y los mecanismos homeostáticos de regulación del Ca²⁺ intracelular (bombas de Ca²⁺ que expulsan calcio al exterior o lo recogen en orgánulos).

Regulación del ciclo del ácido cítrico (ciclo de Krebs)

Regulación del ciclo de Krebs: La velocidad del ciclo está regulada principalmente por las enzimas alostéricas isocitrato deshidrogenasa y α‑cetoglutarato deshidrogenasa. ATP y NADH son efectores negativos (inhibidores), mientras que ADP actúa como efector positivo —estimula la isocitrato deshidrogenasa—. Cuando el ATP mitocondrial es alto, se une a la isocitrato deshidrogenasa y disminuye la producción adicional de ATP; así, la velocidad del ciclo se ajusta a las necesidades energéticas de la célula.

La isocitrato deshidrogenasa es estimulada alostéricamente por ADP, que aumenta la afinidad por el sustrato. Las uniones de isocitrato, NAD⁺, Mg²⁺ y ADP a la enzima son cooperativas en sentido activador; por el contrario, NADH inhibe la enzima por desplazamiento directo de NAD⁺. La α‑cetoglutarato deshidrogenasa está inhibida por succinil‑CoA y NADH (productos de la reacción) y también es sensible a un alto nivel energético celular (ATP).

Fructosa‑2,6‑bisfosfato: regulación

¿Cómo se regulan los niveles de fructosa‑2,6‑bisfosfato? La fructosa‑2,6‑bisfosfato es un efector alostérico que activa la glucólisis y inhibe la gluconeogénesis. Es sintetizada por la fosfofructoquinasa‑2 (PFK‑2), que introduce un grupo fosfato (proveniente del ATP) en la posición 2 de la fructosa‑6‑fosfato. La fructosa‑2,6‑bisfosfato puede ser hidrolizada por la fructosa‑2,6‑bisfosfatasa, que regenera fructosa‑6‑fosfato.

Los niveles de fructosa‑2,6‑bisfosfato dependen del equilibrio entre la actividad formadora (PFK‑2) y la hidrolítica (FBPasa‑2). Estas actividades residen en una proteína bifuncional cuya actividad depende de su estado de fosforilación: cuando la proteína no está fosforilada, la actividad de PFK‑2 predomina y aumentan los niveles de fructosa‑2,6‑bisfosfato; cuando la proteína está fosforilada, la actividad de la fructosa‑2,6‑bisfosfatasa predomina, disminuyendo los niveles de fructosa‑2,6‑bisfosfato.

Entrada del NADH citosólico en la mitocondria: las lanzaderas

Entrada de NADH citosólico en la mitocondria: las lanzaderas. El NADH producido por la glucólisis en el citosol no puede atravesar libremente la membrana mitocondrial interna; existen lanzaderas que, de forma indirecta, permiten que el poder reductor acceda a la matriz mitocondrial. Las más importantes son:

Lanzadera malato‑aspartato

El NADH citosólico es utilizado por la malato deshidrogenasa para reducir oxalacetato a malato, oxidando NADH a NAD⁺. El malato atraviesa la membrana mitocondrial interna mediante un transportador y, en la matriz, la malato deshidrogenasa oxida el malato a oxalacetato, regenerando NADH dentro de la matriz. El oxalacetato se convierte a aspartato por transaminación; el aspartato puede salir al citosol y allí reconvertirse en oxalacetato, cerrando la lanzadera.

Lanzadera del glicerol‑3‑fosfato

En el citosol la glicerol‑3‑fosfato deshidrogenasa convierte dihidroxiacetona‑fosfato en glicerol‑3‑fosfato usando NADH (generando NAD⁺). En la membrana mitocondrial externa/intermembrana hay otra isoforma asociada a FAD que oxida el glicerol‑3‑fosfato a dihidroxiacetona‑fosfato, generando FADH₂. El FADH₂ cede electrones a la ubiquinona (coenzima Q) del complejo II de la cadena respiratoria. En ambos casos, el poder reductor del NADH citosólico es finalmente transferido a la cadena de transporte de electrones.

Teoría quimiosmótica

Teoría quimiosmótica: Un gradiente de protones actúa como almacén de energía que dirige la formación de ATP: la fuerza protón motriz (Δp). Los protones translocados al espacio intermembrana por la cadena de transporte electrónico regresan a la matriz mitocondrial a través de la ATP sintasa. El bombeo de protones a través de la cadena genera la fuerza protón motriz, que es la suma de un potencial químico (gradiente de concentración) y un potencial eléctrico (diferencia de carga).

Etiquetas: apatita dental, Bioquímica, Ciclo de Krebs, ciclo de la urea, glucógeno, metabolismo, transporte de electrones, β-oxidación