LA IMPORTANCIA DE LOS SUBSTRATOS EN LA BIOQUIMICA CELULAR

Se llama substrato a toda substancia fisico-quimica que pueda intervenir como elemento para formar una reaccion bioquímica ( conocemos varios centenares de ellas). Los substratos pueden proceder del exterior a la celula ( substrato externo) o de su interior ( substrato metabolico). La celula tiene una membrana en su superficie en contacto con el medio que la rodea, que impide la entrada de los substratos externos a su interior; existen algunos elementos que pueden penetrar por una simple difusión debido a una diferencia de concentración a ambos lados.La mayoria de los substratos externos necesitan unirse a un receptor anclado en la membrana externa, que suele ser una o varias proteinas; hay receptores como es la hemoglobina que liga al ion O2 y no forma parte de la estructura de la membrana ¿ donde intercambia la hemoglobina el O2 con el CO2, dentro o fuera de la celula ¿, no conocemos el receptor que intervenga en la salida o entrada en la celula del O2, CO2 y hemoglobina, parece ser la simple difusión el mecanismo. Los substratos externos se unen a receptores de membrana que pueden ser una o varias proteinas siendo necesario muchas veces la previa apertura de poros ( bombas ionicas ) con la salida o entrada de iones y agua, para que el substrato se una a su receptor especifico y desencadene la cascada de reacciones intracelulares necesarias para que se inicie la transcripcion en el núcleo y la formación del enzima necesario para la penetración y metabolizacion del substrato externo; la cadena de reacciones desde el receptor hasta la activacion de la transcripcion del ADN en el núcleo suelen ser kinasas que fosforilizan y desfosforilizanlos los distintos complejos que se forman para llegar a formar el primer escalon de la cadena metabolica interna; hay substratos internos metabolicos finales en la cadena que pueden actuar de receptores de membrana. Los receptores de membrana externa forman complejos con otras proteinas como son las bombas ionicas, hormonas, y otras proteinas especificas.Los nucleotidos ATP,ADP y AMP-ciclico; GTP,GDP y GTP –ciclico, son moléculas basicas a traves de las cuales los receptores ejercen su funcion de transporte ( ver en este blogg los mecanismos especificos de cada receptor). La glucosa para entrar en la celula necesita un receptor especifico, ATP, una bomba de sodio, insulina, y un receptor de aminoácidos.
Los substratos tanto externos como internos, pueden constituir elementos fisiologicos o patologicos, los primeros son los pilares que forman las estructuras celulares que constituyen la normalidad (salud); los segundos o patologicos son causa de enfermedad, y a estos es a los que debemos dirigir los cientificos una mayor atención , para poder conocer la etiologia de todas la enfermedades que actualmente llamamos esenciales ( hipertensión arterial, endotelitis vasculares, arteriosclerosis, infartos miocardicos y cerebrales, miopatias, esclerosis, parkinsonismos, alzahimer , psicopatias, neoplasias, etc., asi hasta el 80% de las enfermedades que padecemos. Las bacterias, los virus y los hongos, la microbiologia es la mayor productora de substratos patologicos externos, siendo los aparatos digestivo, respiratorio y uro-genital los lugares donde se forman estos substratos ( ver en el blogg de apuntes cientificos una entrada especificando este tema).
Si hemos pasado los seres humanos de una vida media de 40 años a la de 80 aos se lo debemos a los fármacos antimicrobianos, antivirales, antifungicos y antiinflamatorios, solo la investigación farmacologica en este sentido , nos podra llevar a conseguir una vida media de120 años. No es verdad que los seres vivos esten programados para morir ; la muerte se produce porque no conocemos lo que nos mata y por tanto no lo podemos evitar. Los substratos externos patologicos pueden producir enfermedad en un primer momento creando substratos internos (metabolicos) anormales y estos pueden ser siendo la etiologia de la enfermedad aunque haya desaparecido el substrato externo causa primaria ( enfermedades por autoinmunidad).
Es preocupante que llevemos treinta años sin que se haya descubierto una nueva generacion de antimicrobianos de amplio espectro; las quinolonas fueron las ultimas.
Con un simil dire que nos encontramos en la edad del bronce en la medicina, hemos pasado la edad de piedra y la del hierro, pero nos queda entrar en la edad de plata y en la de oro, esta empezara según mis conocimientos cuando conozcamos los patrones microbiologicos de los aparatos digestivo, respiratorio y uro-genital, de cada individuo y ello nos dira los substratos externos patologicos que en ellos se producen y que constituyen la causa ( etiologia) del 80% de las enfermedades que actualmente no conocemos, si a ello añadimos que los substratos internos patologicos que se forman por la accion de los externos son causa del 15% de las enfermedades, vemos que solo conocemos actualmente la etiologia de un 5% de la patología humana.

REGULOMA DE LOS METABOLISMOS DE FORMACION DE ARN, ADN Y PROTEINAS

Nq se conoce actualmente el numero total de pares de bases que tiene cada gen, según ello las posibilidades combinatorias de las cuatro bases que componen el ADN sea mayor o menor y con ello las capacidades funcionales de cada gen seran distintas.
Tres por diez elevado a nueve parece ser el total de pares de bases que contiene el conjunto del genoma humano.
El gen (ADN) en el proceso llamado transcripcion, lo primero que codifica es ARNm, ARN de transfer, ARN ribosomal y RNA de bajo peso molecular con accion funcional reguladora y a partir de todos ellos por el proceso llamado de traducción y un codigo de tres bases se forman los polipéptidos y estos proteinas; un gen puede codificar varios polipéptidos según su longitud y secuenciacion se conocen genes que codifican hasta seis polipéptidos. Todo gen posee una o varias secuencias de bases que se conocen con el nombre de operon y dentro de el existen otras secuencias con accion reguladora que ligan a las moléculas iniciadoras o represoras de la trancripcion; suelen ser proteinas y substratos que intervienen en alguno de los veinte metabolismos que componen la estructura celular, los iones a traves del cambio del Ph del medio tambien pueden actuar como reguladores en el proceso.
El substrato inhibe a la enzima a la cual se une en la reaccion metabolica y esta actua de activador en la transcripcion de la siguiente en la cadena metabolica; existen enzimas claves en las cadenas metabolicas que actuan como represoras de la primera reaccion ( ver específicamente los veinte metabolismos celulares en este blogg). En el operon intervienen en su activacion proteinas tipo histonas que se encuentran unidas a la cadena de ADN en el eje central de la cromatina, se deben previamente metilar en el proceso de la transcripcion para que el represor se una y tienen que acetilarse para la union del activador.
La formación de ARN se produce por la inhibición de la timidilato-sintasa por una secuencia de ADN en un gen funcional. El ADN y el ARN se estan formando y destruyendo continua y sucesivamente; el ARN se degrada en moléculas de mas bajo peso molecular con accion funcional reguladora y el ADN se divide y su aumento de concentración actua como activador de una serie de genes que conducen el proceso de la mitosis ( duplicación); el ADN y el ARN se autorregulan mutuamente.
Los nucleotidos tipo ATP-ADP, DPN-DPNH, TPN-TPNH, actuan rompiendo el equilibrio en las reacciones bioquímicas substrato-enzima al aportar o eliminar moléculas o iones tipo fosfato o hidrogeno. El complejo uracilo-timililato sintasa-tioredoxina reductasa + ribonucleosido-difosfato-reductasa + ADP + Mg actua como inhibidor en el operon del gen que transcribe esos enzimas y actua como activador del operon del gen que forma ARN. Los nucleotidos tienen una importante funcion reguladora dentro de los operones de cada gen a traves de su complejo transcripcional en el ADN , asi el ATP activa la producción de acido guanilico y el GTP la del acido adenilico; la síntesis del GMP es estimulada por el AMP y este inhibe su propia síntesis y la conversión del acido inosinico en adenil –succinico; el GMP inhibe su síntesis y el paso del acido inosinico en acido xantilico; la formación del desoxi-CDP a dexosi-CTP a partir del UMP, y la del desoxi-UDP a desoxi-UMP a partir del UDP es estimulada por el ATP; la síntesis del desoxi-ADP a desoxi-ATP a partir del ADP y del desoxi-ADP a desoxi-ATP a partir del ADP, y la del desoxi-GDP a desoxi-GTP a partir del GDP es estimulada por el desoxi-GTP y el desoxi-TTP. El desoxi ATP actua como inhibidor de todos los otros desoxi-ribonucleotidos.
(continua abajo)