Bibliografía: -Vallet María (coord.), Faus Juan, García-España Enrique, Moratal José. Introducción a la química bioionorgánica. Síntesis, 2003. -Kaim, W., Schwederski, B., Bioinorganic Chemistry : Inorganic Elements in the Chemistry of Life an introduction and guide. Chichester John Wiley 1995 (Reprinted with corrections)

TEMA 1. Elementos Inorgánicos en los Sistemas Biológicos: Introducción. Papel de los iones metálicos en los sistemas biológicos. Clasificación de las Metalobiomoléculas. Moléculas Biológicas que pueden actuar como ligandos: proteínas, ácidos nucleicos, otras biomoléculas.

1. ELEMENTOS INORGÁNICOS EN LOS SISTEMAS BIOLÓGICOS

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*Panorámica de la Q. Bioinorgánica. - El hecho de que en los seres vivos predominen básicamente los elementos C, H, N y O, que son los elementos fundamentales de la Q. ORGÁNICA, siempre creó, inconscientemente, la suposición de que sólo los compuestos orgánicos eran esenciales a los seres vivos y que los elementos y compuestos comúnmente llamados "inorgánicos" tenían escasa o ninguna significación para ellos.

- Durante mucho tiempo la Q.O. fue considerada exclusivamente como la QUÍMICA DE ORIGEN BIOLÓGICO.

- Después se llego a considerar a la BIOQUÍMICA (química en disolución acuosa) como una parte especializada de la Q.O.

- No obstante existían precedentes en la historia de la Química que ponían de manifiesto una relación entre los ORGANISMOS VIVOS y LOS ELEMENTOS Y COMPUESTOS TÍPICOS DE Q. INORGÁNICA: - El fósforo blanco (P4) se obtuvo en 1669 a partir de la orina - El K2CO3 conocido desde el siglo XVIII, se obtenía a partir de cenizas de las plantas - El Fe se conocía desde el siglo XVIII como necesario para la vida... - El I2 se obtuvo en 1812 a partir de cenizas de algas marinas

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PERO ¿POR QUÉ NO SE TOMO CONCIENCIA CON ANTERIORIDAD?

- A pesar de estos precedentes, la QUÍMICA INORGÁNICA no estuvo bien relacionada con la BIOQUÍMICA hasta el último tercio del siglo XX. - Desde entonces se ha tomado conciencia cabal de que muchos otros elementos inorgánicos, presentes generalmente como trazas, son absolutamente esenciales para todos los seres vivos.

La falta de técnicas y métodos adecuados para el estudio de trazas, no permitió descubrir hasta hace relativamente poco tiempo la relación entre elementos-traza y sus efectos biológicos.

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- Desde aprox. 1960, por parte de bioquímicos y de químicos inorgánicos, se ha ido manifestando a la comunidad científica, que los conceptos y métodos de estudio de la Q. INORGÁNICA pueden ser utilizados para comprender los PROCESOS BIOLÓGICOS. - De la misma forma que se puede aprender y desarrollar una nueva Q. INORGÁNICA, a partir del estudio de la QUÍMICA DE LOS STMAS BIOLÓGICOS. Como resultado de este parentesco surge una NUEVA DISCIPLINA que se denomina: Q. BIOINORGÁNICA.

BIOINORGÁNICA: la misma palabra encierra una contradicción semántica, ya que el prefijo bio significa vida (biológico), mientras que inorgánico significa lo no viviente. Área de conocimiento que resulta del solapamiento entre la Q. Inorgánica y la Bioquímica.

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- En el año 1971 se celebró el 1er SIMPOSIO INTERNACIONAL sobre esta materia que estuvo organizado por la ACS (American Chemical Society): fecha oficial del nacimiento de la Bioinorgánica. - Desde entonces esta área ha tenido un desarrollo espectacular, constituyendo una de las áreas de conocimiento de mayor crecimiento en las últimas décadas.

- La Q. Bioinorgánica es una rama interdisciplinar de la Química que se ocupa de una amplia gama de problemas ubicados en la interfase entre la Química y las Ciencias Biológicas y que ha tenido un explosivo auge y constante crecimiento en las últimas dos décadas, causando un profundo impacto en las Ciencias Naturales.

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El campo que abarca es particularmente interesante, amplio y complejo ya que a él concurren no sólo ideas y modelos básicos de la Bioquímica y la Q. Inorgánica sino también de la Fisicoquímica, la Q. Orgánica, la Medicina y las Ciencias Naturales en general.

Asociación Española de Bioinorgánica: (http://www.ugr.es/~bioinorg/index.html)

Q. Bioinorgánica:

- Estudio de los sistemas y compuestos inorgánicos presentes en tejidos y fluidos biológicos.

- Estudio de sistemas y compuestos inorgánicos "modelos".

¿Por qué son importantes los "modelos"?

- Mediante los modelos se puede simular o reproducir, en forma parcial o total, el comportamiento químico de los sistemas naturales.

actividad biológica de un sistema características estructurales, electrónicas y químicas del mismo.

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*Ejemplos de problemas de la Química moderna que podrían ser abordados mediante el uso de sistemas biomiméticos (potencialmente la aparición de buenos sistemas biomiméticos podrían solventar algunos de estos problemas de la Química moderna):

- Eficiente captación, conversión y almacenamiento de E (por ejemplo con el uso de sistemas biomiméticos de centros reaccionales fotosintéticos: captura y transformación de E luminosa en E química) - Activación catalítica de sustancias inertes, especialmente moléculas pequeñas como H2O, O2 y N2, bajo condiciones suaves (oxidación del H2O, activación y reducción del O2, N2) (PSII (Mn), Oxidasas (Fe, Cu), Oxigenasas (Citocromo P450 (Fe)), Nitrogenasa (Mo)) - Síntesis estéreo selectiva de sustancias de alto valor (en química fina, mejora del Rdt, disminución de subproductos) (Citocromo P450(Fe)) - Minimización de problemas en procesos de detoxificación y/o reciclaje de sustancias o elementos químicos diversos. (uso de catalizadores biomimeticos de metaloenzimas = quimica verde = agentes oxidantes ecológicos)

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*Elementos Esenciales En la actualidad se reconocen como ELEMENTOS ESENCIALES PARA LA VIDA aproximadamente 30 elementos del SP. Estos se han representado en la denominada Tabla Periódica de los Bioelementos.

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Elemento Esencial (EE) - En la práctica se considera elemento esencial, aquel cuyo suministro insuficiente a un ser vivo produce efectos patológicos, efectos que se evitan o remedian con un suministro adecuado.

(El término “EE” se aplica a aquellos elementos del SP que son necesarios por lo menos para un amplio y diverso tipo de organismos, ya sean microorganismos, plantas o animales)

G(I): H, Na, K G(II): Mg, Ca 1erST: V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn 2ªST: Mo 3ªST: W G(13): B G(14): C, Si G(15): N, P, As G(16): O, S, Se G(17): F, Cl, Br, I

- Los elementos C, H, N y O, que son los constituyentes básicos y característicos de los compuestos orgánicos

- Todos los demás son elementos típicamente "inorgánicos".

- Los EE son elementos ligeros. Sólo hay tres de número atómico mayor que 35, Mo (Z=42), I (Z=53) y W (Z=74).

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*Composición elemental de un ser humano adulto de 70 Kg. de peso

>98% peso humano adulto

ELEMENTOS MAYORITARIOS

ELEMENTOS TRAZA

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(Fig 2.1, p.7, Kaim)

- Los elementos mayoritarios representan prácticamente más del 98% del peso humano adulto e incluyen, además de los cuatro elementos típicos de la química orgánica C, H, O, N, a los elementos representativos Na, K, Mg, Ca, Cl, S y P. Nota: el Na no parece ser esencial para las plantas

- En el segundo grupo se incluyen los llamados elementos traza cuyas concentraciones son sumamente bajas; entre estos encontramos tres metales de transición verdaderamente importantes, Fe, Zn y Cu.

- En la tabla se pueden distinguir elementos no esenciales, tales como Rb, Zr, Sr, Ba, Al, Li que aparecen también en la composición elemental de un adulto humano. (Estos elementos han sido incorporados probablemente por similitud química con otros elementos)

Li+, Rb+, Cs+ ≅ Na+, K+

Sr+2, Ba+2 ≅ Ca+2

Br- ≅ Cl-

Al+3, Zr+4 ≅ Fe+3

- Elementos tales como As, Pb, Cd, conocidos por su toxicidad, en cantidades traza parece que desempeñan alguna función fisiológica, no siempre esencial.

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*Ideas Generales Acerca del Origen y la Especificidad de los Iones Metálicos en los Sistemas Biológicos (Abundancia, Asequibilidad y Esencialidad)

¿Por qué los seres vivos han seleccionado precisamente algunos elementos inorgánicos y no otros?

¿Por qué, por ejemplo, utilizan molibdeno (G6,2ªST) y no wolframio (G3, 3ªST) que es químicamente muy similar?

¿Por qué mucho más hierro (G8) que cobalto (G9)?

¿Por qué los tejidos duros se forman en base a fosfatos insolubles de calcio (G2) y no se utilizan los de estroncio (G2) que son igualmente insolubles?

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Fig.2.2, Kaim, p.9

- Fuerte paralelismo entre la abundancia de los elementos en los seres vivos y su abundancia en la litosfera y en la hidrosfera.

- Los elementos más ligeros y con Z par son los geológicamente más abundantes. En el SP BioI neto predominio de los elementos más ligeros.

- De los MT pesados, el más abundante en el mar es el Mo ([Mo] = 10-2 mg/l, [W] = 10-4 mg/l).

El Mo es el único metal de la 2ªST presente en los seres vivos

- La alta concentración de los alcalinos Na, K y alcalinoterreos, Mg, Ca en el mar queda reflejada en su abundancia en los seres vivos.

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INDICIO IMPORTANTE ACERCA DEL ORIGEN DE LA VIDA.

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EXISTE UNA CLARA CORRELACIÓN ENTRE ABUNDANCIA Y ESENCIALIDAD.

Na, K, Mg, Ca, Fe son elementos muy abundantes y esenciales en los organismos vivos Conclusión al respecto : Los seres vivientes tratan de no hacerse dependientes de sistemas a los que tienen difícil acceso. Es decir, si dos elementos resultan aptos para realizar una determinada función, los seres vivos elegirán, en primer lugar, al más abundante.

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EXCEPCIONES: -Si, Al, Ti son elementos muy abundantes que no parecen desempeñar ninguna función biológica importante.

¿Por qué?

Posibilidad : La insolubilidad de sus óxidos puede constituir un factor limitante para su captación y aprovechamiento. En realidad, el Al, Si, Ti, bajo condiciones fisiológicas (agua, pH 7) se encuentran en altos estados de oxidación formando óxidos o hidróxidos insolubles, lo cual es un posible factor limitante para su captación y aprovechamiento

NO BIODISPONIBLES = poco asequibles biológicamente

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-El Ti es un elemento muy abundante pero insoluble ya que se encuentra en forma de TiO2. -El Al se encuentra en forma de aluminosilicatos muy insolubles. Además, en disolución acuosa neutra no puede existir iones Al+3, ya que precipitan cuantitativamente como Al(OH)3.

Este mismo problema debería afectar al Fe que se encuentra en la naturaleza como Fe2O3 insoluble. ¿¿¿???

La diferencia está en que el Fe, como MT que es, forma fácilmente complejos solubles, muy estables en disolución acuosa.

-Mo, por otro lado, no es muy abundante en la CT (54 en orden de abundancia) pero en forma de MoO42-

resulta muy soluble a pH 7 en el agua del mar; de aquí que este elemento sea raramente más abundante en el mar que en la tierra, resultando más biodisponible que el W ([Mo] =10-2 mg/l, [W] = 10-4 mg/l).

La bioquímica del Mo es mucho más extensa e importante que la del Cr, un elemento del mismo grupo del SP y mucho más abundante.

No es fácil entender como elementos tan poco abundantes como el I, Se o Mo han sido incorporados por los organismos vivos como EE. Posiblemente su química sea tan particular que no pueda ser sustituido por otro elemento más abundante.

ADEMÁS, hay que tener en cuenta que: -LA BIODISPONIBILIDAD DE LOS ELEMENTOS, AL CAMBIAR LA NATURALEZA QUÍMICA DE LA SUPERFICIE TERRESTRE, PUEDE HABER CAMBIADO A LO LARGO DE LA EVOLUCIÓN.

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EVOLUCIÓN BIOLÓGICA ↔ EVOLUCIÓN GEOLÓGICA

(Atmósfera reductora)

INCORPORACIÓN TARDÍA DEL Cu EN LOS STMAS BIOLÓGICOS

↑↑[H2S] Cu→Cu(I) →Cu2S↓ →NO BIODISPONIBLE

Fe→Fe(II)aq →BIODISPONIBLE Incorporación del Fe a los sistemas biológicos.

↑↑[O2] Cu(I) →Cu(II)aq →BIODISPONIBLE Incorporación del Cu a los sistemas biológicos.

Fe(II) →Fe(III) →Fe(OH)3↓ →NO BIODISPONIBLE

Primeras formas de vida → Hace aprox 4x109 años

Procesos fotosintéticos →Hace aprox 2,7x109 años (Atmósfera oxidante)

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HAY QUE REMARCAR que debido a la creciente industrialización de nuestro Mundo, se esta produciendo un aumento continuo de contaminación metálica, de tal forma que muchos elementos pesados empiezan a adquirir, artificialmente, una concentración elevada y en consecuencia, estos podrían llegar a competir con los elementos esenciales. Podemos imaginar que a través de los procesos evolutivos y de la adaptación de los seres vivos al entorno, muchos elementos han podido seguir, de alguna manera, la secuencia:

Elemento Tóxico Impureza Tolerable Elemento Útil E. Esencial Por eso no es descabellado suponer que a través de este camino de adaptación, otros nuevos elementos lleguen a convertirse en esenciales.

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*Funciones Biológicas de los Elementos Inorgánicos En general los elementos inorgánicos se agrupan en varios grandes grupos según las funciones que realizan: (a) Función estructural (b) Transporte de cargas (c) Formación, metabolismo y degradación de compuestos orgánicos (d) Transferencia de e- (e) Activación de moléculas pequeñas con alta simetría (f) Reactividad organometálica

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(a) Función estructural: -formación de estructuras duras (endo/exo-esqueleto) vía mineralización: BIOMINERALES Ej. Huesos (Ca3(PO4)2)

-mantenimiento de la estructura de la doble hélice del DNA por mono y divalentes cationes capaces de reducir las fuerzas de repulsión electrostáticas entre las cargas negativas de los grupos fosfato de los nucleótidos. Ej. K+, Mg+2.

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(b) Transporte de cargas: -Iones simples son utilizados como transportadores de carga, facilitando una rápida transferencia de información a través de las membranas biológicas.

Ej de información transmitida: contracción muscular -La contracción muscular puede ser controlada a través de los impulsos eléctricos que llegan hasta las células nerviosas. -Estos impulsos eléctricos están producidos por la transferencia de iones Na+, K+, Ca+2 a través de las membranas biológicas. Transferencia de iones Na+, K+, Ca+2 a través de las membranas biológicas = impulsos eléctricos= células nerviosas= contracción muscular

-bombas específicas (ej: bomba Na+/K+) contra gradiente de [ ]

-difusión a través de las membranas a favor de un gradiente de [ ] -canales específicos

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(c) Formación, metabolismo y degradación de compuestos orgánicos en organismos que requieren catálisis ácida o básica (funciones catalíticas en reacciones ácido-base) Ej. Enzimas hidrolíticas (Zn+2) (hidrolasas, fosfatasas, sintetasas, isomerasas) Carboxipeptidasas (Zn) RCONH-CHR’-COO- + H2O → RCOO- + H3N+-CHR’-COO-

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(d) Transferencia de e- Depende de la actividad redox del centro metálico. (de gran importancia en procesos de conversión de Energía, pero no exclusivamente)

Ejs: iones metálicos con actividad redox: FeII/FeIII CuI/CuII MnII/MnIII/MnIV MoIV/MoV/MoVI CoI/CoII/CoIII NiI/NiII/NiIII Ferredoxinas (clusters Fe/S)

Citocromos (hemoproteínas)

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(e) Activación de moléculas pequeñas con alta simetría (moléculas con altas Energías de enlace que generalmente requieren la presencia de un catalizador para ser activadas).

Se realiza gracias a la capacidad que tienen los Metales de Transición para aceptar y donar simultáneamente carga electrónica (enlace π por retrodonación)

M L

- Activación, transporte, acumulación, conversión y/o generación de 3O2 paramagnético (2S+1=3, S=1(1/2 + 1/2)) Cit P450: Fe hemo

Hemocianina: Cu PSII: Mn

- Fijación de nitrógeno molecular N2 y su conversión en NH3 Nitrogenasas: Fe/Mo/V - Reducción del CO2 con hidrógeno y formación de CH4 Metano monooxigenasa (MMO) : Ni, Fe

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(f) Reactividad organometálica: Fácil generación de radicales para la rápida reorganización de moléculas de sustrato

Cobalamina = Coenzima B12 = Vit B12 : Co Contienen un enlace σ entre Co y un grupo alquil 1º (Co-R)

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-Desencadenate de procesos -Transmisor de información

FTG

Vit B12

Funciones biológicas de algunos iones metálicos (Tabla 1.1 Lippard).

- Oxidorreductasa (Clase I) - Transferasas (Clase II) - Hidrolasas (Clase III) - Liasas (Clase IV) - Isomerasas (Clase V) - Ligasas (ClaseVI)

- Transporte de e- - Transporte y Acumulación de metales - Transporte y Activación de O2

- Funciones Estructurales - Captación de Metales - Sistemas de Control y Regulación - Sistemas Fotoquímicos

ENZIMAS

PROTEICAS

PROTEÍNAS DE TRANSPORTE Y/O ACUMULACIÓN

NO PROTEICAS

METALOBIOMOLECULAS

*Clasificación de las Metalobiomoléculas (En términos de las diferentes funciones que realizan)

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- Oxidorreductasa (Clase I) - Transferasas (Clase II) - Hidrolasas (Clase III) - Liasas (Clase IV) - Isomerasas (Clase V) - Ligasas (ClaseVI)

ENZIMAS (clasificación por clases según la Comisión de Enzimas (CE) de la Unión Internacional de Bioquímica y Biología Molecular (IUBMB))

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I. Oxidorreductasas: catalizan reacciones redox Algunos Ejemplos: - Oxidasas (Fe, Cu, Mo). Catalizán la oxidación de un sustrato pero sin la incorporación de

átomos de oxígeno. El sustrato pierde e- y el oxígeno es el aceptor final de estos e-. SuH2 + 1/2O2 → Su + H2O - Nitrogenasas (Fe, Mo) N2 + 8H+ + 8e- → 2NH3 + H2 - Superóxido dismutasa (Cu, Zn) 2O2- + 2H+→ O2 + H2O2 - Alcohol dehydrogenasa (Zn) RCH2OH + NAD+ → RCHO + NADH + H+

CH3CH2OH → CH3CHO → CH3COOH (Notas: el acetaldehído es el causante de la jaqueca típica de la bebida)

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II. Transferasas: catalizan procesos de transferencia de grupos funcionales de una molécula a otra. - Metiltransferasa: transferencia de grupos metilo con la participación de la vitamina B12 como

cofactor (Co). Ej. Glutamato mutasa HOOC-CH2-CH2-CH(NH2)-COOH → HOOC-(CH3)CH-CH(NH2)-COOH

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III. Hidrolasas: están implicadas en catálisis de procesos hidrolíticos (catalizan rupturas hidrolíticas).

- Carboxipeptidasas (Zn) RCONH-CHR’-COO- + H2O → RCOO- + H3N+-CHR’-COO-

- Fosfatasas (Mg, Cu, Zn) - Ureasas (Ni) NH2-CO-NH2 + H2O → NH2COO- + NH4

+

NH2COO- + H2O + H+ → NH4

+ + HCO3-

(Notas: la urea es un componente de la orina y uno de los productos finales del metabolismo protéico. El carbamato se degrada espontáneamente hasta bicarbonato y amonio)

- Fosfolipasas (Zn)

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IV. Liasas: llevan a cabo la catálisis de reacciones de adición de grupos a dobles enlaces o la formación de éstos por eliminación de grupos .

- Anhidrasa carbónica (Zn) CO2 + H2O → HCO3

-

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V. Isomerasas: implicadas en la transferencia intermolecular de grupos para generar isómeros (catalizan reordenamientos intramoleculares)

-Glucosa Isomerasa: cataliza la isomerización de la D-glucosa a D-fructosa.

O

OH OH

OH

OH

CH2OH

CH2OH

CH2OH

OH

OH

OHO

VI. Ligasas: catalizan la formación de enlaces C-C, C-O, C-N y C-S por condensación acoplada con consumo de ATP (catalizan reacciones en las que se unen dos moléculas)

- Metionil-RNA sintetasa (Zn)

PROTEÍNAS DE TRANSPORTE Y ACUMULACIÓN - Transporte de electrones: - Citocromos (Fe-hemo) - Proteínas Fe-S: rubredoxinas y ferredoxinas - Proteínas azules de cobre

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PROTEÍNAS DE TRANSPORTE Y ACUMULACIÓN - Transporte de electrones: - Citocromos (Fe-hemo) - Proteínas Fe-S: rubredoxinas y ferredoxinas - Proteínas azules de cobre

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PROTEÍNAS DE TRANSPORTE Y ACUMULACIÓN - Transporte de electrones: - Citocromos (Fe-hemo) - Proteínas Fe-S: rubredoxinas y ferredoxinas - Proteínas azules de cobre

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PROTEÍNAS DE TRANSPORTE Y ACUMULACIÓN

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Moléculas pequeñas tipo Dinucleótido de Nicotinamida y Adenina: NAD+/NADH (agente redox de 2e-)

posición redox activa

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Nicotinamide Adenine Dinucleotide Structure

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- Transporte y acumulación de metales: - Ferritina (almacenamiento de Fe) - Ceruloplasmina (proteína plasmática transportadora de Cu) - Transferrina (transporte de Fe)

PROTEÍNAS DE TRANSPORTE Y ACUMULACIÓN

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- Transporte y acumulación de metales: - Ferritina (almacenamiento de Fe) - Ceruloplasmina (proteína plasmática transportadora de Cu) - Transferrina (transporte de Fe)

PROTEÍNAS DE TRANSPORTE Y ACUMULACIÓN

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Ceruloplasmina (oxidasa polinuclear de Cu):”proteína azul-cielo del plasma”

Enfermedad de Wilson, Síndrome de Menkes MECANISMO ACTUACIÓN ???

Cu S

N

N S

Cu

N

S

N

S

Tipo 1

Tipo 1

His-637

Met-690

His-685

Cys-680

His-975

Met-1031

His-1026

Cys-1021

Cu O

Cu N

N

N

N N

N Cu

N

N O

Tipo 2

Tipo 3

His-978

His-1022

His-103

His-161 His-1020

His-980 His-163

His-101

Cu

S

N N

Tipo 1 Cys-319

His-324

His-276

Estructura de la Ceruloplasmina humana (PDB: 1KCW)

Multifuncional: -transporte de Cu -ferroxidasa (FeII→FeIII) -antioxidante(eliminación •R) -aminooxidasa (controlando [aminas plasma])

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TRATAMIENTO

Enfermedad de Wilson (hereditaria 1/100.000 nacimientos)

QUELATOTERAPIA

H2N(CH2)2NH(CH2)2NH(CH2)2NH2

Defectos en la síntesis de la Ceruloplasmina ↑↑[Cu] en higado y cerebro

Trastornos neurológicos → muerte

Ceruloplasmina (oxidasa polinuclear de Cu):”proteína azul-cielo del plasma”

Estructura de la Ceruloplasmina humana (PDB: 1KCW)

Multifuncional: -transporte de Cu -ferroxidasa (FeII→FeIII) -antioxidante(eliminación •R) -aminooxidasa (controlando [aminas plasma])

Enfermedad de Wilson, Síndrome de Menkes MECANISMO ACTUACIÓN ???

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- Transporte y acumulación de metales: - Ferritina (almacenamiento de Fe) - Ceruloplasmina (proteína plasmática transportadora de Cu) - Transferrina (transporte de Fe)

PROTEÍNAS DE TRANSPORTE Y ACUMULACIÓN

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- Transporte y activación de O2: - Mioglobina (Fe-hemo) - Hemoglobina (Fe-hemo) - Hemeritrina (Fe-no hemo, en organismos marinos primitivos) - Hemocianina (Cu, en artrópodos y moluscos)

PROTEÍNAS DE TRANSPORTE Y ACUMULACIÓN

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- Transporte y activación de O2: - Mioglobina (Fe-hemo) - Hemoglobina (Fe-hemo) - Hemeritrina (Fe-no hemo, en organismos marinos primitivos) - Hemocianina (Cu, en artrópodos y moluscos)

PROTEÍNAS DE TRANSPORTE Y ACUMULACIÓN

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- Transporte y activación de O2: - Mioglobina (Fe-hemo) - Hemoglobina (Fe-hemo) - Hemeritrina (Fe-no hemo, en organismos marinos primitivos) - Hemocianina (Cu, en artrópodos y moluscos)

PROTEÍNAS DE TRANSPORTE Y ACUMULACIÓN

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-Transporte y activación de O2: - Mioglobina (Fe-hemo) - Hemoglobina (Fe-hemo) - Hemeritrina (Fe-no hemo, en organismos marinos primitivos) - Hemocianina (Cu, en artrópodos y moluscos)

PROTEÍNAS DE TRANSPORTE Y ACUMULACIÓN

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FUERTE PARALELISMO EN FUNCIONES:

¿Por qué existe este paralelismo?

¿Existe competencia entre Fe y Cu?

¿Hay substitución de uno por otro?

¿¿¿Cu ↔ Fe

Fe ↔ Cu????

-Metabolismo del O2(oxidasas-oxigenasas) -Transporte de O2(hemocianina/hemoglobina) -Transferencia de e-(citocromos/plastocianinas)

BIOMOLÉCULAS Cu ↔ BIOMOLÉCULAS Fe

¿Quién apareció primero?

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EVOLUCIÓN BIOMOLÉCULAS:

Fe-Cu : EL Cu NO DESPLAZA AL Fe EN SUS FUNCIONES PREESTABLECIDAS

EL Fe: FUNCIONES INT. CÉLULA

EL Cu: FUNCIONES EXT. CÉLULA

Fe/Cu SE COMPLEMENTAN, INCLUSO EN OCASIONES COLABORAN (ej: Ceruloplasmina)

“Edad del Fe” → “Edad del Cu-Fe”

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NO PROTÉICAS - Funciones estructurales: - Ca3(PO4)2 (en estructuras óseas de organismos superiores) -CaCO3, SiO2 (formación de tejidos duros)

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NO PROTÉICAS - Captación de metales (transporte y acumulación): - Sideroforos (captación de Fe en microorganismos; los sideroforos son moléculas de bajo

peso molecular con gran capacidad ligante, forman fácilmente complejos, ej. catecolatos)

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- Sistemas de control y regulación - Fundamentalmente cationes alcalinos y alcalinotérreos: control de presión osmótica,

contracción muscular, transmisión del impulso nervioso.

NO PROTÉICAS

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NO PROTÉICAS

- Sistemas de control y regulación - Fundamentalmente cationes alcalinos y alcalinotérreos: control de presión osmótica,

contracción muscular, transmisión del impulso nervioso.

-Sistemas fotoquímicos -Clorofilas (Mg) -PSII (Mg, Mn)

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NO PROTÉICAS