Las etapas del Ciclo de Krebs

Reacción 1: Citrato sintasa (De oxalacetato a citrato)

El sitio activo de la enzima, activa el acetil-CoA para hacerlo afín a un centro carbonoso del oxalacetato. Como consecuencia de la unión entre las dos moléculas, el grupo tioéster (CoA) se hidroliza, formando así la molécula de citrato. 

La reacción es sumamente exoergónica (ΔG'°=-31.4 kJ/mol), motivo por el cual este paso es irreversible. El citrato producido por la enzima, además, es capaz de inhibir competitivamente la actividad de la enzima. Incluso estando la reacción muy favorecida (porque es exoergónica), la citrato sintasa puede ser perfectamente regulada. Este aspecto tiene una notable importancia biológica, puesto que permite una completa regulación del ciclo de Krebs completo, convirtiendo a la enzima en una especie de marcapasos del ciclo.

Reacción 2: Aconitasa (De citrato a isocitrato)

La aconitasa cataliza la isomerización del citrato a isocitrato, por la formación de cis-aconitato. La enzima cataliza también la reacción inversa, pero en el ciclo de Krebs tal reacción es unidireccional a causa de la ley de acción de masa: las concentraciones (en condiciones estándar) de citrato (91%), del intermediario cis-aconitato (3%) y de isocitrato (6%), empujan decididamente la reacción hacia la producción de isocitrato. 

En el sitio activo de la enzima está presente un clúster hierro-azufre que, junto a algunos residuos de aminoácidos polares, liga el sustrato. En concreto, la unión al sustrato se asegura por la presencia de un resto de serina, de arginina, de histidina y de aspartato, que permiten sólo la unión estereospecifica del citrato 1R,2S, rechazando la forma opuesta.

Reacción 3: Isocitrato deshidrogenasa (De isocitrato a oxoglutarato)

La isocitrato deshidrogenasa mitocondrial es una enzima dependiente de la presencia de NAD⁺ y de Mn²⁺ o Mg²⁺. Inicialmente, la enzima cataliza la oxidación del isocitrato a oxalsuccinato, lo que genera una molécula de NADH a partir de NAD⁺. Sucesivamente, la presencia de un ión bivalente, que forma un complejo con los oxígenos del grupo carboxilo en posición alfa, aumenta la electronegatividad de esa región molecular. Esto genera una reorganización de los electrones en la molécula, con la consiguiente rotura de la unión entre el carbono en posición gamma y el grupo carboxilo adyacente. De este modo se tiene una descarboxilación, es decir, la salida de una molécula de CO₂, que conduce a la formación de α-cetoglutarato, caracterizado por dos carboxilos en las extremidades y una cetona en posición alfa con respecto de uno de los dos grupos carboxilo.

Reacción 4: α-cetoglutarato deshidrogenasa (De oxoglutarato a Succinil-CoA)

Después de la conversión del isocitrato en α-cetoglutarato se produce una segunda reacción de descarboxilación oxidativa, que lleva a la formación de succinil CoA. La descarboxilación oxidativa del α-chetoglutarato es muy parecida a la del piruvato, otro α-cetoácido. 

Ambas reacciones incluyen la descarboxilación de un α-cetoácido y la consiguiente producción de una unión tioéster a alta energía con la coenzima A. Los complejos que catalizan tales reacciones son parecidos entre ellos. 

La α-cetoglutarato deshidrogenasa (o, más correctamente, oxoglutarato deshidrogenasa), está compuesta de tres enzimas diferentes:
* Subunidad E1: las dos cetoglutarato deshidrogenasas.
* Subunidad E2: la transuccinilasa. 
(La subunidad E1 y E2 presentan una gran homología con las de la piruvato deshidrogenasa.)
* Subunidad E3: la dihidrolipoamida deshidrogenasa, que es el mismo polipéptido presente en el otro complejo enzimático. 

Reacción 5: Succinil-CoA sintetasa (De Succinil-CoA a succinato)

El succinil-CoA es un tioéster a alta energía (su ΔG°′ de hidrólisis está en unos -33.5 kJ mol-1, parecido al del ATP que es de -30.5 kJ mol-1). La citrato sintasa se sirve de un intermediario con tal unión a alta energía para llevar a cabo la fusión entre una molécula con dos átomos de carbono (acetil-CoA) y una con cuatro (oxalacetato). La enzima succinil-CoA sintetasa se sirve de tal energía para fosforilar un nucleósido difosfato purinico como el GDP. 

La energía procedente del tioéster viene convertida en energía ligada a una unión fosfato. El primer paso de la reacción genera un nuevo intermediario a alta energía, conocido como succinil fosfato. Sucesivamente, una histidina presente en el sitio catalítico remueve el fosfato de la molécula glucídica, generando el producto succinato y una molécula de fosfohistidina, que dona velozmente el fosfato a un nucleósido difosfato, recargándolo a trifosfato. Se trata del único paso del ciclo de Krebs en el que se produce una fosforilación a nivel de sustrato. 

El GTP está implicado principalmente en las rutas de transducción de señales, pero su papel en un proceso energético como el ciclo de Krebs es, en cambio, esencialmente trasladar grupos fosfato hacia el ATP, en una reacción catalizada por la enzima nucleósido difosfoquinasa.

Reacción 6: Succinato deshidrogenasa (De succinato a fumarato)

La parte final del ciclo consiste en la reorganización de moléculas a cuatro átomos de carbono hasta la regeneración del oxalacetato. Para que eso sea posible, el grupo metilo presente en el succinato tiene que convertirse en un carbonilo. Como ocurre en otras rutas, por ejemplo en la beta oxidación de los ácidos grasos, tal conversión ocurre mediante tres pasos: una primera oxidación, una hidratación y una segunda oxidación. Estos tres pasos, además de regenerar oxalacetato, permiten la extracción ulterior de energía mediante la formación de FADH2 y NADH. 

La primera reacción de oxidación es catalizada por el complejo enzimático de la succinato deshidrogenasa, la única enzima del ciclo que tiene como aceptor de hidrógeno al FAD en vez de al NAD⁺. El FAD es enlazado de modo covalente a la enzima por un residuo de histidina. La enzima se vale del FAD ya que la energía asociada a la reacción no es suficiente para reducir el NAD⁺. 

El complejo enzimático también es el único del ciclo que pasa dentro de la membrana mitocondrial. Tal posición se debe a la implicación de la enzima en la cadena de transporte de los electrones. Los electrones pasados sobre el FAD se introducen directamente en la cadena gracias a la unión estable entre la enzima y el cofactor mismo.

Reacción 7: Fumarasa (De fumarato a L-malato)

La fumarasa cataliza la adición en trans de un protón y un grupo OH^-procedentes de una molécula de agua. La hidratación del fumarato produce L-malato.

Reacción 8: Malato deshidrogenasa (De L-malato a oxalacetato)

La última reacción del ciclo de Krebs consiste en la oxidación del malato a oxalacetato. La reacción, catalizada por la malato deshidrogenasa, utiliza otra molécula de NAD⁺ como aceptor de hidrógeno, produciendo NADH. 

La energía libre de Gibbs asociada con esta última reacción es decididamente positiva, a diferencia de las otras del ciclo. La actividad de la enzima es remolcada por el consumo de oxalacetato por parte de la citrato sintasa, y de NADH por parte de la cadena de transporte de electrones.

Vamos a conocer un poco más sobre los lácteos...

Los lácteos son un grupo de alimentos formados principalmente por el yogur, el queso y la leche, siendo esta última el componente más importante de este grupo. Hay que tener en cuenta que todos los alimentos realizados a partir de la misma, excepto la mantequilla y la crema de leche, forman parte de este grupo. 

Los lácteos son un conjunto de alimentos que, por sus características nutricionales, son los más básicos y completos (equilibrados) en composición de nutrientes. Por ejemplo, la leche contiene hidratos de carbono, proteinas, grasas, vitaminas y minerales.

El principal hidrato de carbono de la leche es la lactosa, que para poder ser digerida por el organismo es necesaria la presencia de una proteina (enzima) llamada lactasa. En ocasiones, dicha enzima falta total o parcialmente, dando lugar al cuadro clínico denominado intolerancia a la lactosa.

 Función:

Proteínas: las proteinas de la leche son de alto valor biológico, ya que nos proporcionan todos los elementos necesarios para el buen funcionamiento de nuestro organismo.  Grasas: en su composición se encuentran los ácidos grasos esenciales. Están presentes como finas partículas que, en ocasiones, como ocurre con la ebullición, se reúnen formando una capa en la superficie: es la nata o crema de la leche. Al extraer la grasa de este alimento obtenemos los llamados productos desnatados.  Vitaminas: sobre todo la vitamina A, D y las del grupo B.  Minerales: fundamentalmente el calcio y el fósforo.

 Recomendaciones:

Se recomienda un consumo de 2-3 raciones/día de productos lácteos, es decir, en el caso de la leche se recomienda unos 400-600 mililitros diarios, y en el caso del queso entre 120-180 gr/día.

Algas comestibles

TIPOS DE ALGAS COMESTIBLES

En los últimos años, occidente se ha rendido ante las virtudes de las algas, un alimento de gran importancia en otros paises. Existen numerosas algas comestibles: Hijiki, Wakame, Nori, Agar-Agar Dulse, Kombu, Arame, Cochayuyo. Su sabor, su textura y sus muchas virtudes nutricionales son algunas de las razones que nos invitan a incorporarlas a nuestras mesas.

De unos años a esta parte, la cultura oriental, en concreto la japonesa, ha adquirido popularidad en los países occidentales. Esta popularización se ha producido en todos los campos, y la gastronomía no ha sido una excepción. 

Uno de los mayores beneficios de esta expansión culinaria es la sana costumbre de consumir algas. Esta práctica está fuertemente arraigada en Japón, el territorio con mayor consumo de algas por habitante, donde pueden llegar a constituir el 25% de la dieta. El país nipón es, además, el mayor productor y exportador del mundo de este producto.

¿Qué son realmente?

Aunque cada vez son más comunes en restaurantes y tiendas especializadas, gran parte de la población no sabe qué son exactamente. Pues bien, se puede decir que las algas son algo así como las verduras del mar, es decir, plantas que crecen en agua, tanto dulce como salada.
Y aunque parezcan algo extraño y desconocido, como ajeno a nuestro mundo, tienen los mismos ciclos que las plantas terrestres. Es decir, crecen, se reproducen y mueren, sin que tengan que intervenir para ello siembras, trasplantes, abonos, riegos…

Pero hay que tener claro que no todas las algas que nos encontramos en el mar pueden ser utilizadas en gastronomía. De hecho, sólo son comestibles unas 50 especies, del total de 25.000 que hasta ahora se conocen.
Una de las razones de la diferenciación entre las numerosas especies es que a lo largo de sus 2.000 millones de años de vida han ido evolucionando y diversificándose hasta adaptarse a las diferentes circunstancias ecológicas de su hábitat, esto es, el mar.

Algunas de las algas más importantes son: 

Algas pardas

- Nori (ova marina, laver, sloke, slake): rica en proteínas y provitamina A, combina bien con alimentos fritos. Alga de fácil preparación y versátil en la cocina. Es indispensable en platos típicos orientales, como el sushi, bolas de arroz, sabrosos aperitivos y muy agradable para sazonar cereales, pastas y sopas. Tostar previamente una o varias hojas de nori, pasando ligeramente por una llama suave, hasta conseguir que quede crujiente, de fragante aroma y agradable y fino sabor. Deshacer con las manos y espolvorear así el plato a sazonar.

- Ito Wakame: Limpia y fortalece la sangre. Rica en proteínas de alta digestibilidad y minerales como, calcio, magnesio, fósforo y yodo, además de contener fibra. Utilizada con la sopa de miso, es apropiada para la preparación del post-parto. Antes de utilizarla la pondremos en remojo 15 minutos, trocear y hervir de 15 a 20 minutos. Añadir a ensaladas, sopas, verduras, patatas, arroz, avena, mijo, polenta, sémola, etc. También sofritas con cebolla para pasta, empanadas, pizzas, quiches, etc.

- Hiziki (hijiki): Se distingue por su sabor característico. Es muy rica en provitamina A y tiene un elevadísimo contenido en hierro y calcio (14 veces más calcio que la leche de vaca). Recomendado para los niños y madres gestantes. Antes de cocinarla poner en remojo con agua fría de 15 a 20 minutos, aclarar y cocer 20 min. Es deliciosa salteada con vegetales, tofu ó seitán, ó añadida a las ensaladas. Combina bien con plantas de raíz (remolacha, zanahoria).

- Arame: Sabor suave, delicado sabor y textura blanda. Rica en calcio, fósforo, yodo y otros minerales y en vitaminas A, B1 y B2. Favorece la circulación sanguínea con lo que se superan fácilmente los fríos invernales. Antes de cocinar remojar en agua fría de 8 a 10 min.Y luego escurrir. Es deliciosa salteada con cebolla, zanahorias o tofu, hervida o simplemente remojada y añadida así a las ensaladas.

- Cochayuyo: El alga cochayuyo es un alga comestible que proviene de Chile y otras zonas subantárticas. Puede llegar a medir hasta 15 metros y durante siglos ha servido como alimento a muchas comunidades indígenas americanas. Su nombre científico es Duvillaea antarctica y pertenece a la familia botánica de las phaeophytas o algas pardas. El alga cochayuyo es muy fácil de preparar. Se suele consumir cocida, hirviéndola durante quince o veinte minutos y dejándola escurrir. Seguidamente ya estará lista para incorporarla en ensalada, sopa, estofado o como ingrediente estrella de una paella vegetariana a la marinera.

Algas rojas

- Dulse (Dulce): Es la más famosa del Atlántico Norte y se dice que la masticaban los guerreros celtas y los vikingos en sus travesías. De color rojo, es el alga más rica en hierro por lo que se recomienda en casos de anemia. Cuenta con un elevado contenido en magnesio, potasio, yodo y fósforo. Es la segunda más rica en proteínas, tras el nori. Basta con mantenerla unos minutos en remojo para poder añadirla a las ensaladas. Combina bien con cereales cocinados.

- Agar-agar (Shiro kanten): rica en fibra soluble, es una gelatina suave y nutritiva. Es muy nutritiva. Contiene Sodio, Calcio y en menor proporción Fósforo, Hierro y Yodo.
Sus grandes propiedades digestivas, ayudan a eliminar residuos del estómago y del intestino. Regula el estreñimiento, es efectiva en la disolución del colesterol, ideal en dietas de adelgazar, por su poder saciante y su bajo aporte en calorías.

- Carragaheen: El musgo de Irlanda (irish moss o Carrageen moss en inglés; nombre científico Chondrus crispus) es un alga roja (filum Rhodophyta) muy abundante, que en ocasiones forma tapices herbaceos, siempre sobre superficies rocosas. Se encuentra en todas las costas atlánticas de Europa y Norteamérica. Es rica en hidratos de carbono complejos, potasio y calcio. Se aprovechan los polisacáridos complejos de su mucílago, que forman la mayor parte de su peso una vez deshidratadas. Se emplean como emmulsionantes por la industria alimentaria y también en la cocina doméstica por sus propiedades gelatinosas y espesantes.

Algas azules

- Espirulina: una microalga rica en proteínas y aminoácidos. Generalmente se vende en comprimidos. Es un alga unicelular que crece y se multiplica en aguas naturales de medio alcalino. El nombre de espirulina se deriva del latín de la palabra "espiral o helix", que se refiere a su configuración física. Se le llama alga azul verdosa por la presencia de clorofila que le da el color verde y phycocianina que le da el color azulado.
Contiene 65 a 70% de proteína vegetal, con todos los aminoácidos esenciales en perfecto equilibrio y solo un 7% de grasa. La espirulina tiene una alta concentración de beta carotenos, diez veces mayor que las zanahorias. Es el único alimento aparte de la leche materna que contiene acido gamma linolénico (GLA)

La purificación de proteínas

Purificación de las proteinas

El proceso de purificación de proteínas es de vital importancia siempre que queramos resaltar las características de la proteína que se analizar pare verificar su interés. A través del proceso de purificación,lograremos un estudio detallado de la función y de la actividad enzimática que realiza. La información estructural de la proteína se podrá obtener también de las proteínas que han sido purificadas, incluyendo las RMN, de las cuales se obtendrá información tridimensional, como por ejemplo el proceso de cristalización a la cual se someten las proteínas. Las proteínas son fácilmente visualizables a través del método de la electroforesis.

A través de este método se utiliza la técnica del gel para obtener cantidades pequeñas de polipéptidos purificados, de todas maneras no nos brindan grandes cantidades de proteínas purificadas en un estado original. Las cantidades más importantes de purificacion de proteinas, que se dan en el orden de muchos miligramos, son fundamentales para darnos un panorama completo de su estructura tridimensional y de cómo funcionan los mecanismos que las colocan en acción. Se ha realizado la purificación de varias miles de proteínas en forma activa, basándose en características tales como carga, solubilidad, talla y afinidad obligatoria específica. Para cada paso que se realiza en el proceso de purificacion de proteinas, la preparación se realizará de acuerdo a las características distintivas de la proteína que se estará analizando con la intención de evaluar la eficiencia del procedimiento.

La separación de las proteínas se puede realizar en pequeñas moléculas a través de un proceso de diálisis de la membrana semipermeable que presenta la proteína, como es el caso de la membrana de poros que tiene la celulosa. En los casos de las proteínas que tienen un tamaño mayor al de los poros, se procederá a contener dentro de la bolsa de diálisis para que a través de las moléculas y los iones de tamaño más pequeño de los poros de la membrana puedan emerger del proceso de diálisis fuera de la bolsa.

Procesos para la purificación de proteínas

Existe un proceso que es más preciso de purificación de proteinas en donde la separación se hace de manera mas discriminada de acuerdo al tamaño que posea, este proceso es la técnica de cromatografía de gel-filtrado, en este procedimiento se tomará una muestra que se aplicará en la parte superior del proceso. Esta muestra consiste en una serie de granos porosos de polímero insoluble, pero altamente hidratables, como por ejemplo el dextrano (es un tipo de hidrato de carbono). Comercialmente a estos granos los podemos encontrar bajo el nombre de Sephadex, la sefarosa, y biogel, son de uso muy general y su tamaño es de alrededor de 100 micrones de diámetro, de esta manera las moléculas más pequeñas pueden ingresar a estos granos, pero las más grandes permanecen fuera.

Como resultado de esta técnica y de la utilización de estos productos, lograremos que las moléculas de menor tamaño se procedan a distribuir en una solución acuosa en el interior de los granos y entre ellos, en el caso de las moléculas más grandes, se ubicarán en la solución que hay en los granos, de esta manera las moléculas mas grandes fluirán de manera mas rápida a través de la columna y emergerán primero. Esto se debe a que interviene un volumen de liquido más pequeño que es mucho más accesible para ellas.

Para el proceso de purificación de proteínas, se debe tener especial atención en la observación del orden en que van apareciendo las moléculas de la columna de granos porosos en que se encuentran. El proceso anteriormente mencionado, es el proceso contrario de la electroforesis del gel, en donde observaremos un marco continuo del polímero que a su vez impedirá el movimiento de las moléculas de mayor tamaño.

 Un dato mas sobre los procesos de purificación de proteínas, es que se pueden separar y obtener cantidades mas grandes de proteínas a través del método de cromatografía de la filtración del gel que por el método de la electroforesis del gel. Todo ellos a costa de un resultado con resoluciones más bajas. Para realizar un estudio sobre la solubilidad de la mayoría de las proteínas, se debe basar en las altas concentraciones de sal que poseen. A este proceso se lo ha denominado salazón, este es un procedimiento muy útil y práctico en el cual la mecánica es muy sencilla, se evaluará la dependencia de la sal en la concentración de sal y se comparará la diferencia a partir de una proteína a otra, es por esto que este método es muy útil para fraccionar en partes a la proteína. 

Para finalizar debemos mencionar que este práctico método se utiliza también para averiguar las concentraciones de solución diluidas de la proteína que poseemos.