FASES Y TIPOS DE METABOLISMOCATABOLISMOElcatabolismoes el conjunto de procesos metablicos que liberan energa. Estos incluyen degradacin yoxidacinde molculas de alimento, as como reacciones que retienen la energa delSol. El propsito de estas reacciones catablicas es proveer energa,poder reductory componentes necesitados por reacciones anablicas. La naturaleza de estas reacciones catablicas difiere deorganismoen organismo. Sin embargo, estas diferentes formas de catabolismo dependen dereacciones de reduccin-oxidacinque involucran transferencia deelectronesde molculas donantes (como lasmolculas orgnicas,agua,amonaco,sulfuro de hidrgenoeionesferrosos), a aceptores de dichos electrones como eloxgeno, elnitratoo elsulfato.37En los animales, estas reacciones conllevan la degradacin de molculas orgnicas complejas a otras ms simples, comodixido de carbonoyagua. En organismosfotosintticoscomoplantasycianobacterias, estas transferencias de electrones no liberan energa, pero son usadas como un medio para almacenarenerga solar.38El conjunto de reacciones catablicas ms comn en animales puede ser separado en tres etapas distintas. En la primera, molculas orgnicas grandes como las protenas, polisacridos o lpidos son digeridos en componentes ms pequeos fuera de las clulas. Luego, estas molculas pequeas son llevadas a las clulas y convertidas en molculas an ms pequeas, generalmente acetilos que se unen covalentemente a lacoenzima A, para formar la acetil-coenzima A, que libera energa. Finalmente, el grupo acetil en la molcula deacetil CoAes oxidado a agua y dixido de carbono, liberando energa que se retiene al reducir la coenzimanicotinamida adenina dinucletido(NAD+) en NADH.DigestinLas macromolculas como elalmidn, lacelulosao lasprotenasno pueden ser tomadas por las clulas automticamente, por lo que necesitan que se degraden en unidades ms simples antes de usarlas en el metabolismo celular. Muchas enzimas digieren estos polmeros. Estas enzimas incluyenpeptidasaque digiere protenas en aminocidos,glicosil hidrolasasque digieren polisacridos endisacridosymonosacridos, ylipasasque digieren lostriglicridosencidos grasosyglicerol.Losmicrobiossimplemente secretan enzimas digestivas en sus alrededores3940mientras que losanimalessecretan estas enzimas desde clulas especializadas alaparato digestivo.41Los aminocidos, monosacridos, y triglicridos liberados por estas enzimas extracelulares son absorbidos por las clulas mediante protenas especficas de transporte.4243

Un diagrama simplificado del catabolismo deprotenas,carbohidratosylpidos.Energa de compuestos orgnicosEl catabolismo de carbohidratos es la degradacin de loshidratos de carbonoen unidades menores. Los carbohidratos son usualmente tomados por la clula una vez que fueron digeridos en monosacridos.44Una vez dentro de la clula, laruta de degradacines lagluclisis, donde los azcares como la glucosa y la fructosa son transformados enpiruvatoy algunas molculas de ATP son generadas.45El piruvato o cido pirvico es un intermediario en varias rutas metablicas, pero la mayora es convertido enacetil CoAy cedido alciclo de Krebs. Aunque ms ATP es generado en el ciclo, el producto ms importante es el NADH, sintetizado a partir del NAD+por la oxidacin del acetil-CoA. La oxidacin libera dixido de carbono como producto de desecho. Una ruta alternativa para la degradacin de la glucosa es laruta pentosa-fosfato, que reduce la coenzimaNADPHy produce azcares de5 carbonoscomo laribosa, el azcar que forma parte de loscidos nucleicos.Las grasas son catalizadas por lahidrlisisa cidos grasos yglicerol. El glicerol entra en la gluclisis y los cidos grasos son degradados porbeta oxidacinpara liberar acetil CoA, que es luego cedido al nombrado ciclo de Krebs. Debido a sus proporciones altas del grupometileno, los cidos grasos liberan ms energa en su oxidacin que los carbohidratos, ya que los carbohidratos como la glucosa tienen ms oxgeno en sus estructuras.Losaminocidosson usados principalmente para sintetizar protenas y otras biomolculas; solo los excedentes son oxidados aureay dixido de carbono como fuente de energa.46Esta ruta oxidativa empieza con la eliminacin del grupo amino por unaaminotransferasa. El grupo amino es cedido alciclo de la urea, dejando un esqueleto carbnico en forma decetocido.47Los aminocidos glucognicos pueden ser transformados en glucosa mediantegluconeognesis.48

Fosforilacin oxidativaEn lafosforilacin oxidativa, los electrones liberados de molculas de alimento en rutas como el ciclo de Krebs son transferidas con oxgeno, y la energa es liberada para sintetizar adenosn trifosfato. Esto se da en las clulaseucariotaspor una serie deprotenasen las membranas de lamitocondriallamadascadena de transporte de electrones. En las clulasprocariotas, estas protenas se encuentran en lamembrana interna.49Estas protenas utilizan la energa liberada de la oxidacin del electrn que lleva la coenzima NADH para bombearprotonesa lo largo de la membrana.50Los protones bombeados fuera de la mitocondria crean unadiferencia de concentracina lo largo de la membrana, lo que genera un gradiente electroqumico.51Esta fuerza hace que vuelvan a la mitocondria a travs de una subunidad de laATP-sintasa. El flujo de protones hace que la subunidad menor gire, lo que produce que elsitio activofosforile aladenosn difosfato(ADP) y lo convierta en ATP.25Energa de compuestos inorgnicosLasprocariotasposeen un tipo de metabolismo donde la energa se obtiene a partir de uncompuesto inorgnico. Estos organismos utilizanhidrgeno,52compuestos delazufrereducidos (como elsulfuro,sulfuro de hidrgenoytiosulfato),2xidos ferrosos53oamonaco54como fuentes de poder reductor y obtienen energa de la oxidacin de estos compuestos utilizando como aceptores de electronesoxgenoonitrito.55Estos procesos microbiticos son importantes enciclos biogeoqumicoscomo lanitrificaciny ladesnitrificacin, esenciales para la fertilidad del suelo5657Energa de la luzLa energa solar es captada porplantas,cianobacterias,bacterias prpuras,bacterias verdes del azufrey algunosprotistas. Este proceso est ligado a la conversin del dixido de carbono en compuestos orgnicos, como parte de lafotosntesis.5859La captura deenerga solares un proceso similar en principio a la fosforilacin oxidativa, ya que almacenaenergaengradientesde concentracin de protones, que da lugar a la sntesis de ATP.25Los electrones necesarios para llevar a cabo este transporte de protones provienen de una serie de protenas denominadascentro de reaccin fotosinttica. Estas estructuras son clasificadas en dos dependiendo de supigmento, siendo las bacterias quienes tienen un solo grupo, mientras que en las plantas y cianobacterias pueden ser dos.60En las plantas, elfotosistemaII usa energa solar para obtener loselectronesdel agua, liberando oxgeno como producto de desecho. Los electrones luego fluyen hacia elcomplejo del citocromo b6f, que usa su energa para bombearprotonesa lo largo de la membranatilacoideadelcloroplasto.38Estos protones se mueven a travs de la ATP-sintasa, mediante el mismo mecanismo explicado anteriormente. Los electrones luego fluyen por el fotosistema I y pueden ser utilizados para reducir la coenzimaNADP+, que ser utilizado en elciclo de Calvin, o recicladas para la futura generacin de ATP.61

ANABOLISMOElanabolismoes el conjunto de procesos metablicos constructivos en donde la energa liberada por el catabolismo es utilizada para sintetizarmolculascomplejas. En general, las molculas complejas que dan lugar a estructuras celulares son construidas a partir de precursores simples. El anabolismo involucra tres facetas. Primero, la produccin de precursores comoaminocidos,monosacridos,isoprenoidesynucletidos; segundo, su activacin enreactivosusando energa del ATP; y tercero, el conjunto de estos precursores en molculas ms complejas comoprotenas,polisacridos,lpidosycidos nucleicos.Los organismos difieren en cuntas molculas pueden sintetizar por s mismos en sus clulas. Losorganismos auttrofos, como las plantas, pueden construir molculas orgnicas complejas y protenas por s mismos a partir molculas simples como dixido de carbono y agua. Losorganismos hetertrofos, en cambio, requieren de una fuente de sustancias ms complejas, como monosacridos y aminocidos, para producir estas molculas complejas. Los organismos pueden ser clasificados por su fuente de energa: Fotoauttrofos y fotohetertrofos, que obtienen la energa del Sol. Quimiohetertrofos y quimioauttrofos, que obtienen la energa mediante reacciones oxidativas.Fijacin del carbono

Clulasvegetales (rodeadas porparedesen color violeta) y en su interior,cloroplastos, donde tiene lugar lafotosntesis.La fotosntesis es la sntesis de glucosa a partir de energa solar, dixido de carbono (CO2) y agua (H2O), con oxgeno como producto dedesecho. Este proceso utiliza el ATP y el NADPH producido por los centros de reaccin fotosintticos para convertir el CO2en 3-fosfoglicerato, que puede ser convertido en glucosa. Esta reaccin de fijacin del CO2es llevada a cabo por la enzimaRuBisCOcomo parte delciclo de Calvin.62Se dan tres tipos de fotosntesis en las plantas; fijacin del carbono C3,fijacin del carbono C4yfotosntesis CAM. Estos difieren en la va que el CO2sigue en el ciclo de Calvin, con plantas C3 que fijan el CO2directamente, mientras que las fotosntesis C4 y CAM incorporan el CO2en otros compuestos primero como adaptaciones para soportar la luz solar intensa y las condiciones secas.63En procariotas fotosintticas, los mecanismos de la fijacin son ms diversos. El CO2puede ser fijado por el ciclo de Calvin, y asimismo por elciclo de Krebs inverso,64o la carboxilacin delacetil-CoA.6566Los quimioauttrofos tambin pueden fijar el CO2mediante el ciclo de Calvin, pero utilizan la energa de compuestos inorgnicos para llevar a cabo la reaccin.67Vanse tambin:Fotosntesis,FotorrespiracinyQuimiosntesis.CarbohidratosEn el anabolismo de carbohidratos, se pueden sintetizar cidos orgnicos simples desdemonosacridoscomo la glucosa y luego sintetizarpolisacridoscomo elalmidn. La generacin de glucosa desde compuestos como elpiruvato, elcido lctico, elgliceroly losaminocidoses denominadagluconeognesis. La gluconeognesis transforma piruvato en glucosa-6-fosfato a travs de una serie de intermediarios, muchos de los cuales son compartidos con lagluclisis.45Sin embargo, esta ruta no es simplemente la inversa a la gluclisis, ya que varias etapas son catalizadas por enzimas no glucolticas. Esto es importante a la hora de evitar que ambas rutas estn activas a la vez dando lugar a un ciclo ftil.6869A pesar de que lagrasaes una forma comn de almacenamiento de energa, en losvertebradoscomo loshumanos, loscidos grasosno pueden ser transformados en glucosa por gluconeognesis, ya que estos organismos no pueden convertir acetil-CoA en piruvato.70Como resultado, tras un tiempo deinanicin, los vertebrados necesitan producircuerpos cetnicosdesde los cidos grasos para reemplazar la glucosa en tejidos como elcerebro, que no puede metabolizar cidos grasos.71En otros organismos como las plantas y las bacterias, este problema metablico es solucionado utilizando el ciclo del glioxilato, que sobrepasa ladescarboxilacinen el ciclo de Krebs y permite la transformacin de acetil-CoA en cido oxalactico, el cual puede ser utilizado en la sntesis de glucosa.7072Los polisacridos y los glicanos son sintetizados por medio de una adicin secuencial de monosacridos llevada a cabo por glicosil-transferasas de un donador reactivo azcar-fosfato a un aceptor como elgrupo hidroxiloen el polisacrido que se sintetiza. Como cualquiera de los grupos hidroxilos del anillo de lasustanciapuede ser aceptor, los polisacridos producidos pueden tener estructuras ramificadas o lineales.73Estos polisacridos producidos pueden tener funciones metablicas o estructurales por s mismos o tambin pueden ser transferidos a lpidos y protenas por medio de enzimas.7475

cidos grasos, isoprenoides y esteroides

Versin simplificada de la sntesis deesteroidescon los intermediarios de IPP (Isopentenil pirofosfato), DMAPP (Dimetilalil pirofosfato), GPP (Geranil pirofosfato) yescualeno. Algunos son omitidos para mayor claridad.Los cidos grasos se sintentizan al polimerizar y reducir unidades de acetil-CoA. Las cadenas en los cidos grasos son extendidas por un ciclo de reacciones que agregan el grupo acetil, lo reducen aalcohol,deshidratana un grupoalquenoy luego lo reducen nuevamente a un grupoalcano. Las enzimas de la sntesis de cidos grasos se dividen en dos grupos: en los animales yhongos, las reacciones de la sntesis son llevadas a cabo por una sola protena multifuncional tipo I,76mientras que enplstidosde plantas y en bacterias son las enzimas tipo II por separado las que llevan a cabo cada etapa en la ruta.7778Losterpenoseisoprenoidesson clases de lpidos que incluyen carotenoides y forman la familia ms amplia de productos naturales de la planta.79Estos compuestos son sintentizados por la unin y modificacin de unidades deisoprenodonadas por los precursores reactivos pirofosfosfato isopentenil y pirofosfato dimetilalil.80Estos precursores pueden sintentizarse de diversos modos. En animales yarchaeas, estos compuestos se sintentizan a partir de acetil-CoA,81mientras que en plantas y bacterias se hace a partir de piruvato y gliceraldehdo 3-fosfato como sustratos.8082Una reaccin que usa estos donadores isoprnicos activados es la biosntesis deesteroides. En este caso, las unidades de isoprenoides son unidas covalentemente para formar escualeno, que se pliega formando una serie de anillos dando lugar a una molcula denominada lanosterol.83El lanosterol puede luego ser transformado en esteroides como elcolesterol.ProtenasLa habilidad de los organismos para sintetizar los 20 aminocidos conocidos vara. Las bacterias y las plantas pueden sintetizar los 20, pero los mamferos pueden sintetizar solo los diez aminocido no esenciales.17Por ende, losaminocidos esencialesdeben ser obtenidos del alimento. Todos los aminocidos son sintetizados por intermediarios en la gluclisis y el ciclo de Krebs. El nitrgeno es obtenido por elcido glutmicoy laglutamina. La sntesis de aminocidos depende en la formacin apropiada del cido alfa-keto, que luego estransaminadopara formar un aminocido.84Los aminocidos son sintetizados en protenas al ser unidos en una cadena porenlaces peptdicos. Cada protena diferente tiene una secuencia nica e irrepetible de aminocidos: esto es laestructura primaria. Los aminocidos pueden formar una gran variedad de protenas dependiendo de la secuencia de estos en la protena. Las protenas son constituidas por aminocidos que han sido activados por la adicin de unARNta travs de un enlacester.85Elaminoacil-ARNtes entonces un sustrato para elribosoma, que va aadiendo los residuos de aminocidos a la cadena proteica, sobre la base de la secuencia de informacin que va"leyendo"el ribosoma en una molcula deARN mensajero.86Sntesis de nucletidosLos nucletidos son sintetizados a partir de aminocidos, dixido de carbono ycido frmicoen rutas que requieren una cantidad mayor de energa metablica.8788En consecuencia, la mayora de los organismos tienen un sistema eficiente para resguardar los nucletidos preformados.8789Laspurinasson sintetizadas comonuclesidos(bases unidas aribosa). Tanto laadeninacomo laguaninason sintetizadas a partir de un precursor nuclesido, lainosinamonofosfato, que es sintetizada usando tomos de los aminocidosglicina,glutaminaycido asprtico; tambin ocurre lo mismo con el HCOOque es transferido desde la coenzimatetrahidrofolato. Laspirimidinas, en cambio, son sintetizadas desde el cido ortico, que a su vez es sintetizado a partir de la glutamina y el aspartato.90Sntesis de DNABiosntesis de metabolitos secundarios La serie de procesos metablicos implicados en las funciones vitales de los organismos es denominadametabolismo primario. Por otro lado, existe un conjunto dereacciones bioqumicasdenominadometabolismo secundario, el cual se produce de forma paralela al metabolismo primario. Los compuestos orgnicos producidos (metabolitos secundarios) no tienen un rol directo en el crecimiento o reproduccin de los seres vivos sino que cumplen funciones complementarias a las vitales, tales como comunicacin intra e interespecfica (como en el caso de lospigmentos aposemticosy losaleloqumicos), proteccin contra condiciones de estrs ambiental (tales comoradiacin,congelacin,sequayestrs salino) y ataque de depredadores, patgenos o parsitos (como en el caso defitotoxinas,antibiticosyfitoalexinas). Las principales rutas metablicas secundarias son lasrutas del mevalonato y 5-fosfono-1-desoxi-D-xilulosa, laruta del acetato-malonato, laruta del cido shikmicoy lasrutas secundarias de aminocidos.91

REACCIONES DE OXIDO REDUCCIONLas reacciones de oxidacin-reduccin (redox) implican la transferencia de electrones entre especies qumicas. Se llaman tambinreacciones de transferencia de electronesya que la partcula que se intercambia es el electrn.En una reaccin de oxidacin-reduccin tienen lugar dos procesos simultneos, la oxidacin y la reduccin.

Laoxidacines el proceso en el cual una especie qumica pierde electrones y su nmero de oxidacin aumenta.Lareduccines el proceso en el cual una especie qumica gana electrones y su nmero de oxidacin disminuye.

Ejemplo: El aluminio reacciona con el oxgeno para formar xido de aluminio,4 Al + 3 O2 2 Al2O3En el transcurso de esta reaccin, cada tomo de aluminio pierde tres electrones para formar un in Al3+Al Al3++ 3 e-Y cada molcula de O2gana cuatro electrones para formar dos iones O2-O2+ 4 e- 2 O2-Como los electrones ni se crean ni se destruyen en las reacciones qumicas, la oxidacin y la reduccin son inseparables.

El aluminio cede electrones y el oxgeno los gana. El aluminio acta comoagente reductor, se oxida (su nmero de oxidacin pasa de 0 a +3) cediendo tres electrones, mientras que el oxgeno acta comoagente oxidante, se reduce (su nmero de oxidacin pasa de 0 a -2) ganando dos electrones.

En la reaccin del aluminio con el cloro para formar cloruro de aluminio, cul es el oxidante y cul es el reductor?2 Al + 3 Cl2 2 AlCl3

Las reacciones de combustinUna reaccin de combustin es un tipo de reaccin redox en la que un materialcombustiblese combina con el oxgeno del aire para formar, entre otros productos, dixido de carbono con desprendimiento de energa (reaccin exotrmica).

Imagen 6.Kallemax, dominio pblico

Un ejemplo tpico es la reaccin del carbono con el oxgeno:C + O2 CO2En esta reaccin, el carbono cede electrones y el oxgeno los gana. El carbono se oxida y su nmero de oxidacin pasa de 0 a +4 cediendo cuatro electrones, mientras que el oxgeno se reduce y su nmero de oxidacin pasa de 0 a -2 ganando dos electrones.Normalmente, en una reaccin de combustin se combina el oxgeno con un hidrocarburo para formar dixido de carbono y agua. Un ejemplo es la combustin del butano:2 C4H10+ 13 O2 8 CO2+ 10 H2OOtro ejemplo es la respiracin de los seres vivos, en la que se produce CO2y H2O a partir del oxgeno del aire y la glucosa, mediante un proceso que se puede resumir en la ecuacin:C6H12O6+ 6 O2 6 CO2+ 6 H2O

Aluminotermia: soldadura de rales

Imagen 7.Skatebiker, dominio pblico

Cuando se hace reaccionar el aluminio con un xido metlico, se produce una reaccin conocida como termita o aluminotermia. El proceso fue descubierto por Hans Goldscmidt a finales del siglo XIX, y en la actualidad se utiliza en soldadura.La soldadura aluminotrmica es un procedimiento utilizado en carriles de vas frreas y en otras estructuras. Consiste en provocar la reduccin del xido de hierro (III) por el aluminio, proceso fuertemente exotrmico, para obtener hierro y xido de aluminio.Fe2O3+ 2 Al Al2O3+ 2 FeEn la siguientepelculapuedes ver cmo se realiza el proceso de soldadura de rales continuos.

NICOTINAMIDA ADENINA DINUCLETIDO

Eldinucletido de nicotinamida y adenina, ms conocido comonicotinamida adenina dinucletido(abreviadoNAD+en su formaoxidadayNADHen su formareducida), es unacoenzimaencontrada enclulasvivas y compuesta por un dinucletido, ya que est formada por dosnucletidosunidos a travs de susgrupos fosfatos, siendo uno de ellos unabasedeadeninay el otro denicotinamida. Su funcin principal es el intercambio deelectronesehidrogenionesen la produccin de energa de todas lasclulas.En elmetabolismo, elNAD+est implicado en reacciones dereduccin-oxidacin, llevando los electrones de una a otra. Debido a esto, la coenzima se encuentra en dos formas: como unagente oxidante, que acepta electrones de otrasmolculas. Actuando de ese modo da como resultado la segunda forma de la coenzima, el NADH, laespeciereducida delNAD+, y puede ser usado comoagente reductorpara donar electrones. Las reacciones de transferencia deelectronesson la principal funcin delNAD+, que tambin se emplea en otros procesos celulares, siendo el ms notable su actuacin comosustratodeenzimasque adicionan o eliminan grupos qumicos de las protenas en lasmodificaciones postraduccionales. Debido a la importancia de estas funciones, las enzimas involucradas en el metabolismo delNAD+son objetivos para el descubrimiento de frmacos.En los organismos, elNAD+puede ser sintetizado a partir de biomolculas sencillas como losaminocidosdetriptfanoocido asprtico. Como alternativa, se pueden obtener componentes ms completos de lacoenzimaa partir de los alimentos, como lavitaminallamadaniacina. Asimismo, se conocen compuestos similares que provienen de las reacciones que descomponen la estructura delNAD+. Estos componentes preformados pasan entonces a travs de un camino de rescate que los recicla de nuevo a la forma activa. Parte delNAD+se convierte tambin ennicotinamida adenina dinucletido fosfato(NADP+); la qumica de estas coenzimas relacionadas es similar a la delNAD+, pero tiene diferentes papeles en el metabolismo.Historia

De izquierda a derecha: estructura de las coenzimasNAD+y NADH, representadas segn elmodelo de bolas y varillas.

Arthur Harden, co-descubridor de la NAD.La coenzimaNAD+ fue descubierta por los bioqumicosbritnicosArthur HardenyWilliam Youndinen 1906.2Notificaron que al adherir extracto delevadurahervido y filtrado, se aceleraba en gran medida lafermentacin alcohlicaen extractos de levadura sin hervir.Cofermentofue como ellos llamaron al factor no identificado responsable de este efecto. A travs de una larga y dificultosa purificacin a partir de extractos de levadura, elsuecoHans von Euler-Chelpinidentific a este factor termoestable como unnucletidode azcar fosfato.3En 1936, el cientficoalemnOtto Heinrich Warburgdemostr la funcin de la coenzima nucletida en la transferencia dehidruroe identific la porcin de nicotinamida como el sitio de las reacciones redox.4En 1938, fue identificada una fuente de nicotinamida cuandoConrad Elvehjempurificniacinaprocedente del hgado y demostr que esta vitamina contena cido nicotnico y nicotinamida,5y luego, en 1939, proporcion la primera evidencia slida de que la niacina era usada para sintetizarNAD+.6A principios de la dcada de 1940,Arthur Kornbergrealiz otra importante contribucin para el avance hacia la comprensin del metabolismo delNAD+, pues fue el primer cientfico en detectar una enzima en la ruta biosinttica.7Subsecuentemente, en 1949, los bioqumicosestadounidensesMorris Friedkin yAlbert L. Lehningerdescubrieron que el NADH se encontraba enlazado a rutas metablicas como el ciclo del cido ctrico con la sntesis de ATP en lafosforilacin oxidativa.8Finalmente, en 1959, Jack Preiss yPhilip Handlerdescubrieron los intermediarios y enzimas involucrados en la biosntesis deNAD+;910debido a lo cual, la sntesisde novoes frecuente llamada ruta de Preiss-Handler en su honor.Las funciones no redox del NAD y el NADP son un reciente descubrimiento.11La primera de estas funciones en ser identificada fue el uso delNAD+como donante de ADP-ribosa en las reacciones deADP-ribosilacinobservadas comienzos de la dcada de 1960.12Estudios posteriores en los aos 80 y 90, revelaros las actividades de losmetabolitosdeNAD+yNADP+en lacomunicacin celular; tales como la accin deADP-ribosa cclica, que fue descubierta en 1987.13El metabolismo delNAD+sigue siendo hoy en da un rea de intensa investigacin, con un mayor inters despus de que en el ao 2000Shinichiro Imaiy unos colaboradores, descubriesen en elInstituto Tecnolgico de Massachusettslas llamadassirtuinas; protenas deacetilasas dependientes de laNAD+.14Propiedades fsicas y qumicasEl dinucletido de nicotinamida adenina, al igual que todos losdinucletidos, est formado por dosnucletidosunidos por un par de grupos fosfato que actan como puente. Dichos nucletidos consisten en dos anillos deribosa: uno conadeninaunida al primertomodecarbono(en la posicin 1') y otro con nicotinamida en la misma posicin. La porcin de nicotinamida se puede unir con dos orientaciones distintas a su tomo decarbono anomrico. Debido a estas dos posibles estructuras, el compuesto existe como dosdiastereoismeros, de los cuales eldiastereoismero-nicotinamida deNAD+es la forma que se encuentra en los organismos. Estos nucletidos se unen juntos por un puente de dos grupos fosfato a travs de los carbonos de la posicin 5'.11En el metabolismo, el compuesto acepta o cede electrones en reaccionesredox.15Tales reacciones (resumidas en la frmula de abajo) implican la extraccin de dos tomos de hidrgeno desde el reactivo (R), en la forma de un ion hidruro (H-), y un protn (H+). El protn se libera en lasolucin, mientras el reductor RH2se oxida y elNAD+se reduce a NADH debido a la transferencia del hidruro a los anillos de nicotinamida.RH2+NAD+ NADH +H++ RDesde el par de electrones de hidruro se transfiere un electrn alnitrgenocon carga positiva del anillo de nicotinamida delNAD+, y el segundo tomo de hidrgeno se transfiere al tomo de carbono C4 opuesto a dicho nitrgeno. Elpotencial del punto mediodel par de reacciones redox entre elNAD+y el NADH es -0.32voltios, lo cual hace al NADH un fuerte agente reductor.16La reaccin es fcilmente reversible cuando el NADH reduce otra molcula y es re-oxidada aNAD+. Esto significa que esta coenzima puede permanecer continuamente en un ciclo entre sus formas deNAD+y NADH sin ser consumida.11

Reaccionesredoxde dinucletido de nicotinamida adenina.En apariencia, todas las formas de esta coenzima son polvos blancosamorfosque sonhigroscpicosy altamente solubles en agua.17La forma slida es estable si se conserva seca y en la oscuridad. Las soluciones deNAD+son incoloras y estables durante aproximadamente una semana a 4Cy unpHneutro (igual a 7), pero se descomponen rpidamente encidosoalcalinos. Tras su descomposicin forman productos que soninhibidores enzimticos.18Tanto laNAD+como el NADHabsorbenfuertemente en la bandaultravioletadebido a la base de adenina. Por ejemplo, el pico de absorcin delNAD+se sita en una longitud de onda de 259nanmetros(nm), con uncoeficiente molar de absorcinde 16.900M1cm1. Mientras que el NADH tiene una absorcin de ultravioleta de 339 nm con uncoeficiente molar de absorcinde 6.220M1cm.19Esta diferencia en la absorcin de espectros ultravioleta entre la forma oxidada y la reducida de la coenzima a ms altas longitudes de onda hace que sea simple el medir la conversin de una a otra forma medianteensayos enzimticos, midiendo la cantidad de absorcin de rayos UV a 340 nm a travs de unespectrmetro.19

Espectro de absorcindeUVde laNAD+y la NADH.ElNAD+ y el NADH tambin difieren en sufluorescencia, ya que el segundo, tiene en solucin un pico de emisin a 460 nm y untiempo de vidade fluorescencia de 0,4nanosegundos(ns), mientras que la forma oxidada de la coenzima (NAD+) no fluoresce.20Las propiedades de la seal de fluorescencia cambian cuando el NADH se une a las protenas, por lo que estos cambios pueden ser utilizados para medir lasconstantes de disociacin, las cuales son tiles en el estudio de lacintica enzimtica.2021Tales cambios son utilizados tambin para medir los cambios en el estado redox de clulas vivas, a travs delmicroscopio de fluorescencia.22FLAVN ADENN DINUCLETIDO

Estructura del FAD.Elflavn adenn dinucletidoodinucletido de flavina y adenina(abreviadoFADen su forma oxidada yFADH2en su forma reducida) es unacoenzimaque interviene en las reaccionesmetablicasdeoxidacin-reduccin.12Estructura qumicaEl FAD es una molcula compuesta por una unidad deriboflavina(vitaminaB2),3unida a unpirofosfato(PPi), ste unido a unaribosay sta unida a unaadenina. Por tanto, la molcula es en realidadADPunido a riboflavina; o tambinAMPunido a la coenzimaFMN.FuncinEl FAD es unacoenzimaque interviene como dador o aceptor deelectronesyprotones(poder reductor) en reaccionesmetablicasredox; su estadooxidado(FAD) se reduce a FADH2al aceptar dostomosdehidrgeno(cada uno formado por un electrn y un protn), segn la siguiente reaccin:

Por tanto, alreducirsecapta dosprotonesy doselectrones, lo que lo capacita para intervenir como dador deenergao de poder reductor en elmetabolismo. Por ejemplo, el FAD (y tambin elNAD) se reduce en elciclo de Krebsy seoxidaen lacadena respiratoria(respiracin aerbica).4La funcin bioqumica general del FAD es oxidar losalcanosaalquenos, mientras que el NAD+(un coenzima con similar funcin) oxida losalcoholesaaldehdosocetonas. Esto es debido a que la oxidacin de un alcano (como elsuccinato) a un alqueno (como elfumarato) es suficientementeexergnicacomo para reducir el FAD a FADH2, pero no para reducir el NAD+a NADH.La reoxidacin del FADH2(es decir, la liberacin de los dos electrones y dos protones capturados) tiene lugar en lacadena respiratoria, lo que posibilita la formacin deATP(fosforilacin oxidativa).Muchasoxidorreductasas, denominadasflavoenzimasoflavoprotenas, requieren FAD comocoenzimapara oxidar los substratos. Pero en elenzimasuccinato deshidrogenasa, que oxida elsuccinatoafumaratoen elciclo de Krebs, el FAD es realmente ungrupo prosttico, ya que est unido fuerte y permanentemente a la enzima mediante unenlace covalente.