Metabolismo de S. cerevisiae

La fermentación alcohólica de las levaduras se inicia con la ruta conocida como glicolisis, que conduce a la obtención de dos moléculas de piruvato por cada molécula de azúcar metabolizada. Posteriormente el piruvato se descarboxila y conduce a la producción de etanol y CO2. 

Pero además través de diferentes rutas metabólicas se producen otros muchos productos y metabolitos secundarios que tienen una gran in- fluencia en las cualidades sensoriales del vino,

A concentraciones iniciales iguales En el mosto, S.cerevisiae prefiere la glucosa. Es decir, consume la glucosa a mayor velocidad que la fructosa, lo cual explica que cuando las fermentaciones se paran, los azúcares residuales que quedan están constituidos principalmente por fructosa, que además es el doble de dulce que la glucosa. Esta preferencia se debe a que los transportadores celulares de estas hexosas presentan una mayor afinidad por la glucosa que por la fructosa.

El metabolismo de azúcares produce otros muchos subproductos derivados de rutas secundarias que usan intermediarios de la degradación de azúcares como por ejemplo glicerol,acetaldehído, ácido acético (que contribuye a la acidez volátil), diacetilo, ácído succinico (y en menor medida los ácidos tartárico, málico y láctico),  compuestos volátiles como monoterpenos o los esteres que contribuyen a los aromas frutales y florales o compuestos no volátiles como los ácidos grasos y los alcoholes superiores que contribuyen al cuerpo y volumen del vino.

En cuanto al metabolismo del nitrógeno, durante  el proceso de la fermentación alcohólica, S. cerevisiae incorpora el nitrógeno de compuestos simples, como el amonio, para la síntesis de compuestos estructurales tales, como los aminoácidos, (y en consecuencia péptidos y proteínas), ácidos nucleicos y vitaminas. Por otra parte, los aminoácidos representan la mayor fuente de nitrógeno asimilable en los mostos y su uso por las levaduras a través de la reacción de Ehrlich da lugar a la formación de alcoholes superiores. La síntesis de alcoholes superiores depende de la cepa de levadura y es función de las concentraciones de nitrógeno amínico y nitrógeno amoniacal,

TIPOS DE CROMATOGAFIAS , LAS PROTEÍNAS Y LOS PÉPTIDOS DEBEN PURIFICARSE ANTES DE ANÁLISIS

Cromatografía en columna 

En la cromatografía en columna de proteínas se emplean como la fase estacionaria pequeñas cuentas esféricas de celulosa modificada, acrilamida o sílice, cuya supericie típicamente es cubierta con grupos funcionales químicos. Las cuentas están contenidas en un recipiente cilíndrico, o columna, hecho de vidrio, plástico o metal. Estas matrices de fase estacionaria interactúan con las proteínas con base en su carga, hidrofobicidad y propiedades de unión a ligando. Se aplica una mezcla de proteína a la columna y la fase móvil líquida se iltra a través de ella. Pequeñas porciones de la fase móvil o de elución se recolectan a medida que salen (Fig. 1).

Componentes de un aparato de cromatografía líquida típico. R1 y R2: reservorios del líquido de fase móvil. P: sistema de bombeo programable que contiene dos bombas, 1 y 2, y una cámara de mezcla, M. El sistema puede ajustarse para que bombee líquido desde sólo un reservorio, para que cambie reservorios en algún punto predeterminado a in de generar un gradiente empinado, o para mezclar líquidos desde los dos reservorios en proporciones que varían con el tiempo para crear un gradiente continuo. C: columna de vidrio, metal o plástico que contiene la fase estacionaria. F: recolector de fracción para recolectar porciones, llamadas fracciones, del líquido de elución en tubos de ensayo separados.

Cromatografía de partición

 Las separaciones cromatográicas en columna dependen de la afinidad relativa de diferentes proteínas por una fase estacionaria dada y por la fase móvil. En la cromatografía de partición, la asociación entre cada proteína y la matriz es débil y transitoria. Las proteínas que interactúan de manera más fuerte con la fase estacionaria se retienen más tiempo. El lapso durante el cual una proteína está aso- ciada con la fase estacionaria va en función de la composición de las fases tanto estacionaria como móvil. De este modo, la separación óptima entre la proteína de interés y otras proteínas es alcanzada mediante manipulación cuidadosa de la composición de las dos fases.

Cromatografía de exclusión de tamaño 

En la cromatografía de exclusión de tamaño —o filtración en gel— se separan las proteínas con base en su radio de Stokes, el radio de la esfera que ocupan a medida que entran en solución. El radio de Stokes es una función de la masa y la forma moleculares. Una proteína alargada que cae ocupa un mayor volumen que una proteína esférica de la misma masa. En la cromatografía de exclusión de ta- maño se emplean cuentas porosas . Los poros son análogos a irregularidades en una ribera de río. A medida que los objetos se mueven torrente abajo, los que entran en una irregularidad se retrasan hasta que regresan a la corriente principal. De modo similar, las proteínas con radios de Stokes demasiado grandes como para entrar en los poros (proteínas excluidas) permanecen en la fase móvil que está luyendo y salen antes que las que pueden entrar en los poros (proteínas incluidas). Así, las proteínas surgen a partir de una columna de filtración en gel en orden descendente de sus radios de Stokes.

Cromatografía de exclusión de tamaño. a: una mezcla de moléculas grandes (café) y pequeñas (rojo) se aplica en la parte superior de una columna de iltración de gel. B: al momento de entrar a la columna, las moléculas pequeñas entran a poros en la matriz de fase estacionaria (gris) de la cual se excluyen las moléculas grandes. C: a medida que la fase móvil (azul) luye por la columna, las moléculas grandes, excluidas, luyen dentro de la misma, mientras que las pequeñas, que están protegidas de forma temporal del lujo cuando están dentro de los poros, se quedan cada vez más atrás.

Cromatografía de afinidad 

La cromatografía de afinidad explota la alta selectividad de casi to- das las proteínas por sus ligandos. Las enzimas pueden purificarse mediante cromatografía de afinidad usando sustratos, productos, coenzimas o inhibidores inmovilizados. En teoría, sólo se adhieren las proteínas que interactúan con el ligando inmovilizado. A continuación se efectúa elución de las proteínas unidas mediante competencia con ligando soluble o, de manera menos selectiva, al alterar las interacciones entre proteína y ligando usando urea, clorhidrato de guanidina, pH levemente acídico o altas concentraciones de sal. Las matrices de fase estacionaria disponibles en el comercio contienen ligandos como NAD+ o análogos de trifosfato de adenosina (ATP). Entre las matrices de afinidad más potentes y ampliamente aplicables figuran las que se usan para la purificación de proteínas recombinantes modificadas de manera idónea, las cuales incluyen una matriz de Ni2+ que se une a proteínas con una “marca” de poli-histidina ija, así como una matriz de glutatión que se une a una proteína recombinante enlazada a glutatión S-transferasa.

Las Proteinas

Las proteínas son macromoléculas complejas desde los puntos de vista físico y funcional, que desempeñan múltiples funciones de importancia crucial. Una red de proteína interna, el citoesqueleto , mantiene la forma y la integridad física celulares. Filamentos de actina y miosina forman la maquinaria contráctil del músculo. La hemoglobina transporta oxígeno , mientras que los anticuerpos circulantes descubren invasores extraños . 

Las enzimas catalizan reacciones que generan energía, sintetizan bio- moléculas y las degradan, replican genes y los transcriben, procesan mRNA (ácido ribonucleico mensajero), entre otras funciones . 

Los receptores permiten a las células detectar hormonas y otros indicios ambientales, así como mostrar respuesta a los mismos. 

Las proteínas están sujetas a cambios físicos y funcionales que relejan el ciclo de vida de los organismos en los cuales residen. Una proteína típica nace en el momento de la traducción , madura a través de eventos de procesamiento postraduccional, como proteólisis parcial, alterna entre estados de trabajo y de reposo por medio de la intervención de factores reguladores, envejece por oxidación, desamidación, etc. , y muere cuando se degrada hacia los aminoácidos que la componen . 

Un objetivo importante de la medicina molecular es la identificación de proteínas y los eventos en su ciclo de vida cuya presencia, ausencia o deiciencia se relaciona con estados isiológicos o enfermedades específicos. La secuencia primaria de una proteína proporciona tanto una huella digital molecular para su identificación, como información que puede usarse para identificar y clonar el gen o los genes que la codifican.

Compuestos aromáticos producidos por Saccharomyces cerevisiae.

Estos compuestos aparecen principalmente como productos secundarios durante la fermentación gliceropirúvica, particularmente los alcoholes, ésteres y ácidos volátiles, lo que confiere a las levaduras un papel importante en el aroma del vino.

Fuerzas de van der Waals

Surgen por atracciones entre dipolos transitorios generados por el movimiento rápido de electrones de todos los átomos neutros. Las fuerzas de van der Waals mucho más débiles que los enlaces de hidrógeno, pero potencialmente abundantes disminuyen en términos de la sexta potencia de la distancia que separa a los átomos. De este modo, actúan en distancias muy cortas, por lo general de 2 a 4 Å.

Aminoácidos y Péptidos (puntos importantes)

■ De las reacciones bioquímicas de aminoácidos, la más importante es la formación de enlaces peptídicos. 

■ Los grupos R de aminoácidos determinan sus funciones bioquímicas singulares. Con base en las propiedades de sus grupos R, los aminoácidos se clasiican como básicos, acídicos, aromáticos, alifáticos o que contienen azufre.

■ Los péptidos reciben su nombre por el número de residuos aminoácidos presentes y como derivados del residuo carboxilo terminal. La estructura primaria de un péptido es su secuencia  de aminoácidos, empezando a partir del residuo amino terminal. 

■ El carácter de doble enlace parcial del enlace que une el carbono carbonilo y el nitrógeno de un péptido hace coplanares a los cuatro átomos del enlace peptídico y restringe el número de conformaciones peptídicas posibles.

Temas básicos-

■ El agua forma agrupaciones de enlaces de hidrógeno consigo misma y con otros donadores o aceptores de protones. Los enlaces de hidrógeno explican la tensión superficial, viscosidad, estado líquido  a temperatura ambiente y el poder solvente del agua.

 ■ Los compuestos que contienen O, N o S pueden servir como donadores o aceptores de enlaces de hidrógeno. 

■ Las macromoléculas intercambian enlaces de hidrógeno de supericie interna por enlaces de hidrógeno con agua. Las fuerzas entrópicas dictan que las macromoléculas exponen regiones polares a una interfaz acuosa y resguardan regiones no polares. 

■ Los puentes de sal, las interacciones hidrofóbicas y las fuerzas de van der Waals participan en el mantenimiento de la estructura molecular.

 ■ El pH es el logaritmo negativo de [H+]. Un pH bajo caracteriza a una solución ácida, mientras que un pH alto denota una solución básica. 

■ La fuerza de ácidos débiles se expresa mediante el pKa, el logaritmo negativo de la constante de disociación de ácido. Los ácidos fuertes tienen valores de pKa bajos, en tanto que los débiles muestran valores de pKa altos.

 ■ Los amortiguadores resisten a un cambio del pH cuando se producen o consumen protones. La capacidad amortiguadora máxima ocurre ± 1 unidad de pH a uno u otro lado del pKa. Los amortiguadores isiológicos son bicarbonato, ortofosfato y proteínas.

1. Bioquímica Ilustrada Harper - Robert K. Murray - 28va Edición

La secuencia de aminoácidos determina la estructura primaria

El número y el orden de todos los residuos aminoácidos en un polipéptido constituyen su estructura primaria. Los aminoácidos presentes en péptidos reciben el nombre de residuos aminoacilo y ob-tienen su denominación mediante remplazar los suifjos -ato o -ina de aminoácidos libres por -il (p. ej., alanil, aspartil, tirosil). La nomenclatura de los péptidos está en función de los derivados del residuo aminoacilo carboxilo terminal; por ejemplo, Lis-Leu-Tir-Gln se llama lisil-leucil-tirosil-glutamina. Así, la terminación -ina en la glutamina indica que su grupo carboxilo α no participa en la forma- ción del enlace peptídico

Interacciones hidrofóbicas

El término “interacción hidrofóbica” (o hidrófoba) alude a la tendencia de compuestos no polares a autoasociarse en un ambiente acuoso. Tal autoasociación no está impulsada por atracción mutua ni por lo que a veces es denominado de manera incorrecta como “enlaces hidrofóbicos”. La autoasociación minimiza interacciones desfavorables desde el punto de vista energético entre grupos no polares y agua. Dado que los hidrógenos de grupos no polares como los grupos metileno de hidrocarburos no forman enlaces de hidrógeno, afectan la estructura del agua que los rodea. Las moléculas de agua adyacentes a un grupo hidrofóbico tienen restricción en cuanto al número de orientaciones (grados de libertad) que les permiten participar en el número máximo de enlaces de hidrógeno favorables desde el punto de vista energético. La formación máxima de múltiples enlaces de hidrógeno sólo puede mantenerse al aumentar el orden de las moléculas de agua adyacentes, con una disminución agregada de la entropía.

La segunda ley de la termodinámica establece que la energía libre óptima de una mezcla de hidrocarburo-agua está en función tanto de la entalpía máxima (por formación de enlaces de hidró- geno) como de la entropía mínima (grados máximos de libertad). De este modo, las moléculas no polares tienden a formar gotitas a fin de minimizar el área de supericie expuesta y reducir el número de moléculas de agua afectadas.

BIOGUIOQUIMICA: Las moléculas de agua forman dipolos.

BIOGUIOQUIMICA: Las moléculas de agua forman dipolos.: Una molécula de agua es un tetraedro irregular, un tanto asimétrico, con oxígeno en su centro (Fig.1). Los dos hidrógenos y los electrones...

Los enlaces covalentes y no covalentes estabilizan moléculas biológica.

El enlace covalente es la mayor fuerza que mantiene juntas a las moléculas. Las fuerzas no covalentes, aunque son de menor magnitud, hacen contribuciones importantes a la estructura, estabilidad y competencia funcional de macromoléculas en las células vivas. Estas fuerzas, que pueden ser de atracción o de repulsión, comprenden interacciones tanto dentro de la biomolécula como entre la misma y el agua, que es el principal componente del ambiente circundante.

Las moléculas de agua forman dipolos.

Una molécula de agua es un tetraedro irregular, un tanto asimétrico, con oxígeno en su centro (Fig.1). Los dos hidrógenos y los electrones no compartidos de los dos orbitales sp3-hibridados restantes ocupan los ángulos del tetraedro. El ángulo de 105 grados entre los hidrógenos difiere un poco del ángulo tetraédrico ideal, de 109.5 grados.El agua es un dipolo, una molécula con carga eléctrica distribuida de manera asimétrica en toda su estructura. El átomo de oxígeno fuertemente electronegativo empuja los electrones en dirección contraria a los núcleos de hidrógeno, lo que los deja con una carga positiva parcial, mientras que sus dos pares de electrones no compartidos constituyen una región de carga negativa local. 

Su fuerte dipolo y constante dieléctrica alta permiten al agua disolver grandes cantidades de compuestos cargados, como las sales.

Figura 1

Principales métodos y preparaciones usados en laboratorios de bioquímica

Estos métodos son idóneos para analizar los componentes presentes  en homogeneizados de células y en otras preparaciones bioquímicas. El uso secuencial de varias técnicas por lo general permitirá la purificación de casi todas las biomoléculas.

La BIOQUÍMICA puede definirse como........

La BIOQUÍMICA puede definirse como la ciencia de la base química de la vida (del griego,bios,“vida”). El principal objetivo de la bioquímica es el entendimiento completo, en el nivel molecular, de todos los procesos químicos relacionados con las células vivas (1).

Ciencias relacionadas con la Bioquímica:

• Toxicología
• Inmunología
•  Fisiología
• Farmacología
• Patología
• Microbiología
• Zoología
• Botanica

1. Bioquímica Ilustrada Harper - Robert K. Murray - 28va Edición