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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE NICARAGUAMANAGUA

Demostración de la Presencia de Cuerpos Cetónicos en la Orina

21 de octubre de 2016

Demostración de la presencia de cuerpos cetónicos en la orina

I.

OBJETIVOS

Evidenciar la presencia de cuerpos cetónicos en la orina, en estudiantes sometidos a dieta baja en CHO.

Explicar el funcionamiento de cada ruta, haciendo énfasis en el papel de las condiciones de emergencia y en condiciones patológicas.

Demostración de la presencia de cuerpos cetónicos en la orina II.

INTRODUCCIÓN.

Un ácido graso contiene una larga cadena hidrocarbonada y un grupo terminal carboxilato. Los ácidos grasos tienen cuatro destinos fisiológicos; forman parte de la estructura de los fosfolípidos y glucolípidos, componentes importantes de las membranas biológicas. Muchas proteínas son modificadas por la unión covalente de ácidos grasos, para ser dirigidas hacia posiciones de membrana. Son moléculas que pueden ser oxidadas para obtener energía. Son almacenadas en forma de triacilglicéridos (grasas neutras, triacilgliceroles): ésteres de ácidos grasos con glicerol. Los ácidos grasos son movilizados desde los triacilglicéridos y oxidados para cubrir las necesidades de la célula o del organismo. Los derivados de ácidos grasos actúan como hormonas y mensajeros intracelulares. La oxidación de los ácidos grasos es un mecanismo clave para la obtención de energía metabólica (ATP) por parte de los organismos aeróbicos. Dado que los ácidos grasos son moléculas muy reducidas, su oxidación libera mucha energía; en los animales, su almacenamiento en forma de triacilgliceroles es más eficiente y cuantitativamente más importante que el almacenamiento de glúcidos en forma de glucógeno. La oxidación beta o β-oxidación es un proceso catabólico en él que los ácidos grasos sufren remoción de un par de átomos de carbono en cada ciclo de la oxidación hasta el ácido graso se descompone por completo en forma de moléculas acetil-CoA. Estas pueden ingresar en el ciclo de Krebs, y las coenzimas reducidas NADH y FADH2 sirven como donadores de electrones en la cadena respiratoria. La oxidación beta tiene lugar en la matriz interior de las mitocondrias

y

se

compone

de

4

pasos

por

ciclo.

Demostración de la presencia de cuerpos cetónicos en la orina (1) Oxidación. La enzima acil-CoA-deshidrogenasa forma un doble enlace en el acil-CoA entre el átomo C-2 (carbono α) y el átomo C-3 (carbono β). Como agente oxidante sirve el FAD. (2) Hidratación del doble enlace entre C-2 y C-3 por la enzima enoil-CoAhidratasa. (3) Oxidación. La enzima hidroxiacil-CoA-deshidrogenasa convierte el grupo hidroxilo (–OH) en un grupo cetona (=O). Como agente oxidante sirve esta vez NAD+. (4) Tiólisis. Este paso consiste en la separación del 3-cetoacil-CoA por el grupo tiol de otra molécula de CoA. El tiol es insertado entre C-2 y C-3, reacción que es catalizada por una tiolasa.

Los productos finales de estos 4 pasos del ciclo son: una molécula de acetilCoA que ingresa en el ciclo de Krebs como parte de la respiración celular, y una molécula de acil-CoA que ahora es 2 átomos de carbono más corta que antes. Además se producen una molécula de FADH2 y una de NADH/H+ que ingresan en

la

cadena

respiratoria

para

obtención

directa

de

ATP.

El ácido graso recurre estas 4 reacciones tantas veces que sea necesario; es decir hasta que se descompone por completo en forma de moléculas acetil-CoA. En cada ciclo pierde un par de átomos de carbono, por lo que depende del largo de la cadena alifática del ácido graso cuántos acetil-CoA se obtienen a través de él Β-oxidación de ácidos grasos de cadena impar. La oxidación de los ácidos grasos de cadena impar ocurre de la misma manera que con los de cadena par, pero a diferencia de estos en el último ciclo se produce Propionil-CoA el cual tiene una estructura de tres carbonos, por lo que no puede pasar al Ciclo de Krebs. Sin embargo el Propionil puede seguir otras rutas metabólicas de ayudar en la síntesis de 16.5 ATP por cada molécula de Propionil-CoA. Oxidación de los ácidos grasos insaturados. La oxidación de los ácidos grasos insaturados requiere algunas variantes de la β-oxidación en la que participan algunas enzimas especiales, como la enoil-CoAisomerasa.

Demostración de la presencia de cuerpos cetónicos en la orina α-oxidación. En la α-oxidación, que es especialmente importante para el metabolismo de ácidos grasos ramificados, se hidroxila el carbono α. Tiene lugar en el retículo endoplasmático y en la mitocondria, donde interviene la oxidasa de función mixta, y en el peroxisoma, donde interviene una hidroxilasa. ω- oxidación. Otra ruta minoritaria para la oxidación de ácidos grasos es la ω-oxidación, que tiene lugar en el retículo endoplasmático de muchos tejidos; se produce una hidroxilación sobre el carbono metílico (–CH3) en el extremo de la molécula opuesto al grupo carboxilo (–COOH). Utiliza el tipo de reacción de la oxidasa de función mixta y requiere citocromo P450,02 y NADPH. Luego, el ácido graso hidroxilado se oxida en el citosol a un ácido dicarboxílico (un grupo carboxilo en cada extremo de la molécula); este proceso se da principalmente en ácidos grasos de mediana longitud. Oxidación peroxisómicas de ácidos grasos. Una fracción significativa de la oxidación de los ácidos grasos se produce en los peroxisomas, que contienen enzimas similares, aunque no idénticas, de los de la β-oxidación mitocondrial. Así, por ejemplo, en la deshidrogenación inicial, se forma H2O2 que es eliminado por la catalasa. Los peroxisomas tienen especificidad para ácidos grasos de cadena más larga y a menudo no degradan totalmente la molécula, por lo que una posible función de este proceso sea el acortamiento de ácidos grasos de cadena larga hasta un punto en que la mitocondria pueda completar su β-oxidación. Cetogenesis. Los Cuerpos Cetónicos son producidos por el hígado durante el ayuno, la inanición y la cetoacidosis diabética.

Demostración de la presencia de cuerpos cetónicos en la orina III.

DESARROLLO

¿QUE ES LA CETOGENESIS? Es la síntesis de Cuerpos Cetónicos a partir de Acetil-CoA. Ocurre principalmente en el hígado a nivel mitocondrial. El primer cuerpo cetónico formado es el Acetoacetato y a partir de él se forman el Beta-Hidroxibutirato y la Acetona.

¿QUE ES LA CETOLISIS? Es la degradación de los Cuerpos Cetónicos.

Ocurre solo en los tejidos

extrahepáticos. Importancia de los cuerpos cetonicos. Son la forma de almacenamiento de energía en forma de Acetil-CoA (El Acetil-CoA normalmente no puede atravesar la membrana mitocondrial, ni tampoco puede circular como tal, por eso es transformado en Cuerpos Cetónicos). Los Cuerpos Cetónicos son utilizados por el organismo como fuente de energía cuando hay deficiencia de Carbohidratos en la dieta. El Acetoacetato y el Beta-Hidroxibutirato son llevados por la circulación a las células extrahepáticas, donde son oxidados para producir energía.

Regulación de la cetogenesis. Los ácidos grasos libres estimulan el proceso. El estado de ayuno (inanición) al estimular la oxidación de los ácidos grasos estimula la síntesis de los cuerpos cetónicos. Las ingestas bajas en carbohidratos estimulan la Beta-Oxidación, generando Acetil-CoA, el que es utilizado como substrato para la síntesis de los Cuerpos Cetónicos.

Demostración de la presencia de cuerpos cetónicos en la orina Reacciones de la Cetolisis. Después de su liberación del hígado a la circulación los cuerpos cetónicos son metabolizados por la mitocondrias de las células extrahepáticas. El Beta-Hidroxibutirato es oxidado por el NAD+ para formar Acetoacetato y NADH+H+ (1ra. Reacción). El Acetoacetato reacciona con un intermediario del Ciclo de Krebs (el Succinil-CoA) para formar Acetoacetil-CoA y Succinato, siendo catalizada la reacción por la Succinil-CoA acetoacetato transferasa (tioforasa) (2da Reacción) La Acetoacetil-CoA es desdoblado por CoA-SH, catalizada por la tiolasa para formar dos moles de Acetil-CoA (3ra Reacción) La Acetil-CoA en la mitocondria es metabolizada por las reacciones conocidas del Ciclo de Krebs. Cetoacidosis Diabética. El metabolismo de los cuerpos cetónicos es importante en el ayuno, la inanición y la diabetes mellitus. Hay una elevada proporción de la relación glucagón/insulina en las tres condiciones. En la células adiposas, el glucagon promueve la lipolisis, lo que favorece la producción de precursores de cuerpos cetónicos (Acetil-CoA). La producción de cantidades desordenadas de cuerpos cetónicos en la diabetes

mellitus

produce

Cetoacidosis

diabética,

una

acidosis

metabólica. Manifestaciones clínicas: cetonuria (excreción de c.c. en orina); cetonemia (abundancia de c.c. en sangre); aliento cetónico (recuerda el olor de goma de mascar de frutas). La Cetoacidosis como estado patológico aparece cuando la velocidad de formación de los cuerpos cetónicos por el hígado, rebasa la capacidad de los

Demostración de la presencia de cuerpos cetónicos en la orina tejidos periféricos para utilizarlos, provocando su consiguiente acumulación en la sangre. Función Biológica. Los cuerpos cetonicos son secretados en el organismo por el hígado y son captados por el cerebro, corazón y musculo esquelético como fuente de energía; ya que a partir de la oxidación de los cuerpos cetonicos se obtiene acetil-coA, sustrato para el ciclo de Krebs en condiciones de ayuno a largo plazo. En estas condiciones es la única vía por la que los carbonos de los ácidos grasos atraviesan la barrera hematoencefalica y proveen energía al cerebro.

IV.

ANÁLISIS DE RESULTADOS

Vasos recolectores de orina, guantes, papel toalla.

Tiras reactivas para uroanálisis.

Procedimientos. Obtención de las muestras orina Obtener las muestras de orina de dos compañeros(as) de su mesa de trabajo que se hayan sometido a la dieta baja en carbohidratos, rica en proteínas y grasas. Se recomienda llenar ¾ de orina en el vaso de toma de las muestras.

Demostración de la presencia de cuerpos cetónicos en la orina Medición cualitativa de la concentración de cuerpos cetònicos en orina. Principio del método: Reacción de Legal: La Acetona y el Ácido acetoacètico reaccionan

con

el

Nitroprusiatosòdico

(en

medio

alcalino)

formando

Cianhidrinas, que poseen un color violáceo. Este color es un indicador de la presencia de cetonas en orina. Medición: Introduzca la cinta reactiva en el frasco con la muestra de orina fresca, de modo que se humedezcan completamente las áreas reactivas. Evite tocar con los dedos las áreas reactivas. Espere 3 segundos y retire, eliminando el exceso de orina de la cinta. Compare la cinta contra la referencia impresa en el frasco de las cintas. Anote el resultado.

V.

RESULTADOS DEL EXPERIMENTO REALIZADO.

1. Presente sus resultados y explique. Dos compañeros voluntarios hicieron dieta rica en proteínas y grasa pero baja en carbohidratos. En el laboratorio se realizó la prueba de cuerpos cetónicos en la orina a través de las cintas reactivas, que luego de introducirlas en la muestra por unos minutos se pudo observar el resultado. Los valores de cetonas, de gravedad específica (densidad) y pH son algunos valores que muestran la presencia de cuerpos cetónicos en el cuerpo. En la prueba realizada con las muestras se obtuvieron valores los cuales demostraron la presencia de estos cuerpos cetónicos, tomando la cinta reactiva para uroanálisis un color violáceo (morado intenso) el cual llevó a la conclusión que la dieta realizada por los compañeros dieron correctos resultados, comprobando así la dicha práctica del laboratorio.

Demostración de la presencia de cuerpos cetónicos en la orina 2. De acuerdo a la práctica realizada: elabore un esquema de las rutas metabólicas comprometidas bajo esa condición alimentaria. ¿Cómo hace el organismo para mantener la homeostasis calórica?

Plasma

3. Elabore un esquema del uso de moléculas combustibles por el musculo esquelético, hígado, tejido adiposo y cerebro en condición de ayuno prolongado.

Demostración de la presencia de cuerpos cetónicos en la orina

4. ¿Por qué el Beta-hidroxibutirato no es detectable con este reactivo?

La prueba no reacciona con especímenes de pigmentación alta y ya que también el Beta-hidroxibutirato contiene grupos de sulfidril estos ocasionan reacciones a e incluyen señales +. 5. Investigue ¿qué importancia tiene la medición del Beta-hidroxibutirato en sangre? Debido a que el cuerpo produce cetonas cuando experimenta una escasez de insulina, la medición de los niveles de BHB es útil en elmanejo de afecciones como la cetoacidosis diabética (CAD), la cual generalmente se presenta en

Demostración de la presencia de cuerpos cetónicos en la orina personas con diabetes tipo 1. Si la sangre contiene niveles elevados de BHB, se necesitarán hacer ajustes al régimen de insulina del paciente. 6. ¿Cómo explica la aparición de los cuerpos cetónicos en la orina; si en condiciones fisiológicas son indetectables? Los cuerpos cetónicos son compuestos químicos producidos por cetogénesis en las mitocondrias de las células delhígado. Su función es suministrar energía al corazón y al cerebro en ciertas situaciones excepcionales. 7. ¿Cómo se explica la cetoacidosis diabética en la diabetes Tipo I? Es un problema potencialmente mortal que ocurre en personas con diabetes y se presenta cuando el cuerpo no puede usar el azúcar (glucosa) como fuente de energía, debido a que no hay insulina o esta es insuficiente. En lugar de esto, se utiliza la grasa para obtener energía. Cuando la grasa se descompone para proveer de energía al cuerpo, se acumulan químicos llamados cetonas en el cuerpo. A medida que las grasas se descomponen, los ácidos llamados cetonas se acumulan en la sangre y la orina. En niveles altos, las cetonas son tóxicas. Esta afección se denomina cetoacidosis. 8. ¿Por qué una dieta rica en proteínas y baja en carbohidratos conlleva a cetosis?

Cuando te encuentras en cetosis significa que tu cuerpo está

quemando grasa para usarla como energía. Cuando mantienes una dieta baja en carbohidratos, minimizas la cantidad de glucosa en

la sangre presente

después de las comidas. Ante la ausencia de glucosa en la sangre, el cuerpo no libera insulina para volver a los niveles de azúcar en sangre normales. Sin la presencia de la insulina (una hormona que almacena la grasa), tu cuerpo quema la grasa almacenada como principal fuente de energía. Cuando esto ocurre, tu cuerpo libera cetonas en tu sistema circulatorio y tienes cetosis.

Demostración de la presencia de cuerpos cetónicos en la orina VI.

CONCLUSIÓN

Las cetonas urinarias se miden usualmente con una "prueba rápida", que está disponible en un equipo de examen que se vende en farmacias. El equipo contiene tiras reactivas impregnadas de químicos que reaccionan con los cuerpos cetónicos. La tira reactiva se sumerge en la muestra de orina y un cambio de color es un indicador de la presencia de cetonas. Se necesita una muestra de orina limpia. Este método se utiliza para evitar que los microbios del pene o de la vagina ingresen a la muestra. Para recoger la orina, el médico puede suministrarle un equipo especial para tomar la muestra limpia que contiene una solución de limpieza y toallitas estériles. Siga las instrucciones al pie de la letra para que los resultados sean precisos.

Esta práctica nos ayudó a comprender el mecanismo de la presencia de cuerpos cetonicos en la orina ya que estos son los que actúan en último instante donde ya no hay otro precursor de energía. Por medio de esta reacción pudimos ver o evidenciar los cuerpos cetonicos en la orina.

Demostración de la presencia de cuerpos cetónicos en la orina

Bibliografía. Apuntes de clases Bioquímica de Harper. Bioquímica de Montgomery Baynes, W. John y Dominiczak, H. M. (2011). Bioquímica Médica (3° ed.). España: Elvesier. Champe, P.; Harvey, R. y Ferrier, D. (2006). Bioquímica (3° ed.).México: McGraw-Hill. Interamericana Editores.

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Demostración de la presencia de cuerpos cetónicos en la orina

Demostración de la presencia de cuerpos cetónicos en la orina

Demostración de la presencia de cuerpos cetónicos en la orina Preguntas. TIOLASA. 1. ¿Qué es la Tiolasa? La acetil-coenzima A acetiltransferasa (o tiolasa) es una enzima que cataliza la conversión de dos unidades de acetil-CoA en acetoacetil-CoA, en la ruta del mevalonato, una ruta metabólica importante, presente en todos los eucariotas superiores y muchas bacterias. 2. ¿Cómo reacciona la Tiolasa? Cataliza la conversión de dos unidades de Acetil-CoA en acetoacetil-CoA, en la ruta del mevalonato. 3. ¿Dónde se encuentra la enzima Tiolasa? El enzima está presente en dos formas en el organismo humano, denominadas respectivamente ACAT1 y ACAT2. ACAT1 está codificada por un gen localizado en el cromosoma 11. ACAT2 está codificada por un gen localizado en el cromosoma 6. 4. ¿Cuál es el sitio donde encontramos la Tiolasa? La podemos encontrar en todos los eucariotas superiores y muchas bacterias. 5. ¿Por qué es importante la Tiolasa? Es importante porque ayuda a catalizar los cuerpos cetonicos.

Demostración de la presencia de cuerpos cetónicos en la orina

CETOGENESIS. 1. ¿Qué es la Cetogenesis? Es la síntesis de los cuerpos cetonicos a partir de acetil-CoA. 2. ¿Cuál es la función de la Cetogenesis? La de gradación de los cuerpos cetonicos. 3. ¿Cómo reacciona la Cetogenesis? La cetogénesis (cetona) surge cuando el aporte en hidratos de carbono es menor a unos 80 gr/día. La cetosis representa un estado en que la producción hepática de cetonas es mayor que la utilización extrahepática de las mismas. 4. ¿Dónde ocurre la Cetogenesis? Ocurre a nivel mitocondrial en las células hepáticas y la oxidación de los cuerpos cetonicos se da anivel tisular en los tejidos extrahepaticos. 5. ¿Por qué es importante la Cetogenesis? Es importante porque a partir de la oxidación de los cuerpos cetonicos se obtiene acetil-CoA, sustrato para el ciclo de Krebs en condiciones de ayuno a largo plazo. Carnitina. 1. ¿Qué es la Carnitina? La carnitina o 3-hidroxi-4-trimetilaminobutirato es una amina cuaternaria. 2. ¿Cuál es la principal fuente de Carnitina? La principal fuente de carnitina son en particular las carnes rojas. Los vegetales contienen cantidades muy pequeñas o incluso nulas de carnitina. 3. ¿Cómo se sintetiza la carnitina? En los animales, la carnitina se sintetiza principalmente en el hígado y el riñón a partir de los aminoácidos lisina (a través de trimetil lisina) y metionina. 4. ¿Dónde es sintetizada la Carnitina? Es sintetizada en el hígado, los riñones y el cerebro a partir de dos aminoácidos esenciales, la lisina y la metionina. 5. ¿Por qué se dice que la Carnitina ayuda a adelgazar? Por qué acelera la combustión de las grasas alimenticias ingeridas: si se consumen simultáneamente L-Carnitina y grasas, estas grasas se queman con mayor rapidez y se reduce su almacenamiento. La L-Carnitina también puede tener efectos beneficiosos sobre valores negativos en los lípidos sanguíneos. En animales ha sido posible confirmar que la L-Carnitina reduce la sensación de hambre y ayuda a disminuir la cantidad de alimento.

Demostración de la presencia de cuerpos cetónicos en la orina

ACETOACETATO. 1. ¿Qué es el Acetoacetato? El acetoacetato, que es un cetoácido, ser descarboxilado no enzimáticamente a acetona y CO2.

también

puede

2. ¿Cuáles son los tejidos que usan el Acetoacetato con preferencia a la glucosa? El musculo cardiaco y la corteza renal incluso en situaciones metabólicamente normales. 3. ¿Cómo se puede considerar al Acetoacetato? Como una forma transportable e hidrosuble, de unidades de acetilo. 4. ¿Dónde es producido el Acetoacetato? Es producido en el hígado y los riñones por un proceso sencillo de dos etapas. 5. ¿Por qué es importante el Acetoacetato? Interviene en el metabolismo de lípidos y es uno de los cuerpos cetónicos, una fuente de energía para el corazón y el cerebro. ACIL-COA. 1. ¿Qué es el Acil-CoA? Son enzimas que intervienen en la primera de las cuatro reacciones que constituyen la β-oxidación, la principal ruta metabólica de oxidación de los ácidos grasos. 2. ¿Cómo se forma el Acil-CoA? Se forma en la oxidación de los ácidos grasos de cadena impar y en la degradación de algunos aminoácidos.

3. ¿Por qué es importante el Acil-CoA? Es un importante intermediario que interviene en la biosíntesis de ácidos grasos. 4. ¿Cuál es la fórmula general del Acil-CoA? Su fórmula general es R–CO–SCoA, donde R–CO– es el grupo acilo aportado por el ácido, y –SCoA la coenzima A. Dependiendo del ácido carboxílico, reciben nombres concretos. 5. ¿Dónde está situada el Acil-CoA? En la membrana mitocondrial externa.

Demostración de la presencia de cuerpos cetónicos en la orina CAT 1. 1. ¿Qué es el Cat1? Es el centro del metabolismo aerobio. 2. ¿Cuál es la acción del Cat 1? Cataliza la transferencia del residuo acilo del acil graso-CoA a la carnitina. 3. ¿Dónde se encuentra el Cat 1? En la cara citosólica de la membrana interna mitocondrial. 4. ¿Por qué es importante el Cat 1? Por que participa en el metabolismo de los lípidos. 5. ¿Cómo actúa el Cat 1? Actúa regulando los ácidos grasos movilizados que entran a la mitocondria. HMG- COA. 1. ¿Qué es el HMG-CoA? El HMG-CoA (o 3-hidroxi-3-metilglutaril-coenzima A o β-hidroxi-βmetilglutaril-coenzima A) es un intermedio en la ruta del mevalonato y en la formación de los cuerpos cetónicos. 2. ¿Cómo se forma el HMG-CoA? Se forma a partir de acetil-CoA y acetoacetil-CoA por la enzimaHMG-CoA sintasa. 3. ¿Cuál es la importancia del HMG-CoA? La HMG-CoA sintasa contiene un importante residuo catalítico de cisteína que actúa como un nucleófilo en la primera etapa de la reacción: la acetilación de la enzima por la acetil-CoA (su primer sustrato) para producir un tioéster acetilenzima, liberando la coenzima A reducida. 4. ¿Dónde se localiza el HMG- CoA? Esta reacción es parte de varias rutas metabólicas en eucariotas, archaea y algunas bacterias. 5. ¿Por qué se forma el HMG-CoA? Por el ataque nucleofílico posterior sobre la acetoacetil-CoA (su segundo sustrato) conduce a la formación de la HMG-CoA.