respiracion celular y sus mediadores

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REVISTA CLÍNICA
ESPAÑOLA
Director: C. JIMENEZ DIAZ. Secretarios: J. DE PAZ y F. VIVANCO
Redacción y Administración: Antonio Maura, 13. Madrid. Teléfono 22 18 29
Editorial
15 DE ABRIL DE 1947
TOMO XXV
ｃ Ｑ ･ｮｴ￭ｦｩ｣ｾｍ￩､｡Ｎ＠
NUM.I
· REVISIONES DE CONJUNTO
LA RESPIRACION CIDLULAR Y SUS MEDIADORES
J. L.
Gó}..1EZ
NúÑEZ
Laboratorios de Bioqulmica y Fisiologla Experimental de
la Facultad de Medicina de Santiago.
CONCEPTO DE RESPIRACIÓN CELULAR.-La respiración celular, tisular, interna, oxidación intraorgánica o biológica, que de todas estas formas se denomina, consiste en la absorción de
oxígeno para la liberación de la energía almacenada en los alimentos, dejando como productos residuales anhídrido carbónico y agua, amén
de otras series de sustancias de deshecho, como
son les sulfatos, nitrocombinaciones, etc. Y es
que en el seno de los tejidos se forma un sistema constituido por oxígeno más sustratos,
siendo este último la resultante de la desintegración que los principios inmediatos sufren en
el tracto digestivo hasta que los hidratos de
carbono alcanzan la fase del ácido pirúvico; los
lipidos la de ácidos grasos, y el complejo edificio proteico se resuelve en sus primitivos sillares: los aminoácidos, y sólo entonces el proceso que nos ocupa tiene lugar.
Una rectificación, sin embargo, es preeiso
hacer a la clásica teoría de que lo primario era
la absorción de oxígeno, la resultante eliminación del anhídrido carbónico, como consecuencia de la combinación del oxígeno con el carbono del sustrato; en el momento actual se considera que lo fundamental de la respiración interna no es la eliminación del anhídrido carbónico, como antes se creía, esto no es más que
un accidente; lo verdaderamente esencial es la
formación de agua, que, como sabemos, es la reacción más exotérmica que se produce en el interior de la economía; hasta tal punto es libe-
radora de energía esta reacción, que la simple
formación de una molécula de agua pone en libertad 68.000 calorías.
Pero este hecho nos lleva de la mano a sacar dos conclusiones: primero, que lógicamente no basta con la introducción de los alimentos
en el interior de nuestro organismo para que
tengan lugar los procesos energéticos, pues si
cuando en un laboratorio queremos producir
cierta reacción, hemos de acudir a determinados reactivos, también el organismo--al fin y a
la postre un enorme laboratorio--ha de hacer
intervenir elementos específicos que. pongan en
marcha y regulen esta reacción; segundo, que
esta cantidad liberada bruscamente conduciría
a la total combustión del organismo; por tanto,
los mecanismos habrán de estar eslabonados de
tal modo, que la energía haya de liberarse fraccionadamente, paulatinamente, poco a poco. Y,
en efecto, esto es lo que ocurre.
DoCTRINA ACTUAL DE LA OXIDORREDUCCIÓN.-
Hemos dicho que la respiración consistía en el
consumo de oxígeno para lograr el metabolismo
de ciertos productos alimenticios, y en ello se
diferencia de la fermentación que tiene como
fin lograr el catabolismo de una sustancia en
plena anaerobiosis. Luego, según esto, respiración será sinónimo de oxidación, de una unión
del oxígeno con el sustrato, y así se entendió
durante varios años; pero actualmente este concepto ha entrado en revisión; ya nadie lo acepta así expuesto. Nuestra posición actual no es
como era antes la de oxígenos donadores, sino
todo lo contrario; nuestra postura presente es
la de oxígenos aceptores. Es decir, que el oxígeno no se combina con el sustrato, no lo donamos al especimen metabólico, sino que éste
acepta a un elemento que hemos arrancado de
aquél : el hidrógeno. Lo primero es la deshi-
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REVISTA CLINICA ESPAtvOLA
2
drogenación y no la oxidación; es el hidrógeno
el que se combina con el oxígeno, hidrógeno que
a su vez es donado por elementos nutricios, y es
este primer elemento el que es aceptado por el
oxígeno. En esto radica el nervio del problema.
Claro está que, según el amplio concepto que
hoy tenemos de oxidación, el que un cuerpo pierda hidrógeno equivale a una oxidación, a una
ganancia en oxígeno, pues ambos fenómenos,
oxidación y reducción, están íntimamente ligados, y por eso no podemos hablar de oxidación
o reducción a secas, sino de procesos oxidorreductores en conjunto.
Tres son ｬｯｾ＠
tipos corrientemente aceptados
de oxidación :
1.0 Ganancia de oxígeno por una molécula.
Es lo que ocurre cuando ｯｾ､｡ｭｳ＠
una molécula de alcohol con otra de oxígeno, realizándose
la transformación de alcohol a aldehído; claro
está que si la oxidación fuera más intensa, el
resultado sería un ácido.
R R -
CH:OH -
O,
-:;
COH
+
NH,
COOH COOH -
CO -
-
CH:- SH
NH,
1
CH - CH: CH - CH, 1
NH.
H,
COOH
-:;
S
S'
3.0 Pérdida de electrones. Para comprender
esto es preciso recordar la constitución del átomo; sabemos que cada átomo presenta un cierto número de cargas negativas perinucleares,
llamadas electrones, cuyo número depende del
de orden del cuerpo en cuestión; en el núcleo
nos encontramos con un número de cargas positivas que están en igual cantidad que las negativas periféricas. El resultado es que igual
número de cargas positivas que de negativas se
neutralizan, y de aquí que se diga que · la valencia de un átomo neutro es igual a cero. El
hierro, por ejemplo, tiene 26 electrones y 26
cargas positivas; su valencia es igual a cero;
pero por pérdida de dos electrones hay un predominio de dos cargas positivas; luego se
formula así: Fe + + ; luego la positividad, como
siempre, equivale a oxidación. Por pérdida de
otro electrón, la relación de cargas positivas
a las negativas es de 26- 23, es decir, que hay
un ｰｾ･､ｯｭｩｮ＠
de tres cargas positivas, y se
describe así: Fe +++, y esto nos indica que
+
H, -:; CH,
CHOH -
COOH
Segundo. Por pérdida de oxígeno. Es el paso
del ácido nítrico a nitroso mediante la ganancia
de dos electrones
NO,H
o
NO,H
Tercero. Ganancia de electrones, que hace
que el ión plata por las reducciones que le imprimen los azúcares por su grupo carbonílico
pase a plata metálico. Precisamente en esto se
funda una de las reacciones de reconocimiento
de los mismos:
H,O
0
1
CH, -
Ag
R - COOH-"- H :O
2. Pérdida de hidrógeno por una molécula.
Cuando dos moléculas de cisteína pierden los
hidrógenos, obtenemos un tiol, una forma disulfurada. En esto estriba precisamente la acción biológica del glutation.
2 COOH- CH
está más oxidado que en la relación anterior.
Mientras que reducción será todo lo contrario de lo que hemos dicho para la oxidación.
Primero. Ganancia de hidrógeno por la molécula. Es el ejemplo que nos suministra el ácido pirúvico pasando a láctico
+ azúcar
Ag.
Para explicarnos estos hechos podemos pensar, con DELOFEU y MARENZI, que en el caso
primero el oxígeno que entra a formar parte de
una molécula puede considerarse más reducido
que en forma molecular; que en el caso segundo
el hidrógeno eliminado está en estado de reducción superior al que tenía cuando formaba parte de la molécula de sustancia, y que en el caso
tercero el electrón que pierde un átomo al oxidarse es fijado por otra sustancia que se reduce al aumentar su carga negativa. En este caso
el agente oxidante es un aceptar de electrones,
mientras que el reductor es un donador de electrones. De aquí se deduce que todo proceso oxidativo conlleva otro reductor y viceversa. El
ejemplo más claro n os lo proporcionan las reacciones acopladas, en las que un mismo elemento químico, un aldehído, reacciona en dos
moléculas con una sola de agua, en cuya reacción una molécula se beneficia del hidrógeno,
mientras que la otra se aprovecha del oxígeno,
según el siguiente esquema, dando alcohol y ácido, respectivamente; una se r edujo simultáneamente a la oxidación de la otra.
R -
QOH
R -
COH
H,
R -
CH,OH
O
R -
COOH
+ 1 --')
También es muy típico por lo que se refiere
a la teoría electrónica de la oxidación, lo que
ocurre con un electrolito, el cloruro sódico, pongamos por caso; éste, cuando se disuelve, se
escinde en sus dos átomos componentes: el cloro y el sodio. Observando el cuadro del sistema
periódico de MENDELE.JEF, se aprecia que el número de orden es igual al número de electrones
que rodean al núcleo. Por lo que respecta al sodio, sabemos que tiene 14 electrones, de los cua-
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TOMO XXV
NúMERO 1
RESPIRACION CELULAR Y SUS MEDIADORES
les dos están más cerca del núcleo que ninguno
de los demás; le sigue luego otra capa de ocho,
y más periféricamente, un solo electrón. El cloro
tiene 17 de número de orden y, por tanto, carga
17 electrones, que se reparten del siguiente
modo: muy próximos al núcleo, 2; en la segunda capa, 8, y en la tercera y última, 7.
El metal sodio, según lo dicho, presenta en su
capa perinuclear un electrón que está lábilmente engarzado en su órbita eléctrica ; este electrón
es el ]Jamado electrón de valencia, que por ser
uno solo en este caso concreto, hace que el sodio
sea monoelectrovalente; este electrón lábil, en
laxa unión con el cuerpo del que depende, llega
un momento en que emigra, y es captado por
otro elemento que tiene por él una gran simpatía; este elemento es el cloro, y esta atracción
que tiene para el electrón del sodio es debido a
que su capa extravalente está constituida por
7 electrones, y nosotros sabemos que necesita 8
o múltiplos de 8 para cerrar su frente electrovalencial, y, por tanto, impedir injerencias externas, y como no tiene más que 7, ha de tratar
por todos los medios de apoderarse de esta carga electronegativa y cumplir así sus viejas aspiraciones, lograr en la capa externa 8 electrones.
El sodio, al perder un electrón, se ha hecho
positivo, se ha convertido en un Na + catión,
ha adscrito a su átomo una carga eléctrica positiva, y el cloro, como ha ganado un electrón,
se ha hecho negativo Cl-, esto es, ha pasado a
ser un anión. ¿ Cómo demostrar que las cosas
han sucedido así? Muy sencillo: haciendo pasar
una corriente eléctrica a través de la solución
de cloruro sódico, se aprecia que el cloro emigró al polo positivo, mientras que el sodio se
marchó al negativo; -como hay una ley en Física
que afirma que carga de igual signo se repe:e y
de contrario se atrae, sucede que, aplicándola a nuestro caso, el sodio se fué al' polo negativo, porque él es positivo, y el cloro se marchó al positivo, porque está cargado negativamente. En otros términos, el sodio se oxidó y a
su vez el cloro se redujo. Se ve, pues, la correlación perfecta entre ambos procesos.
La contraprueba de todo lo que llevamos dicho la tenemos en la siguiente experiencia: Sea
un sistema cúprico-cuproso, colocados en recipientes distintos, situando la solución cuprosa
en el polo positivo y la cúprica en relación con
la negativa, y unidos ambos recipientes por una
placa de metal.
El Cu + está reducido, y, por tanto, ha de
desprenderse de un electrón para pasar a cúprico, pero este electrón que se desprendió es
fuertemente atraído hacia el cátodo; es decir,
que así como la corriente--paso de electronesproducida por el generador camina del cátodo
al ánodo, la emigración de electrones tiene sentido contrario al objeto de restablecer el equilibrio. O sea, que ha habido una transmutación:
en el lugar del Cu + + aparece el Cu +, y al
revés, del Cu + encontramos el Cu + +. El polo
3
positivo ha tenido un efecto oxidante, mientras
que el negativo se revela como reductor.
Ahora bien, este mismo hecho, el de la primera experiencia, en la que el sodio al perder
un electrón gana una carga positiva, hace que
podamos expresar esto teniendo en cuenta que
las cargas del núcleo positivas se llaman protónicas y que las negativas de la periferia se
denominan electrónicas, de la siguiente manera: la actividad protónica (ganancias de cargas positivas) está en relación inversa de la
carga electrónica. Y así como la actividad tiene
un módulo, el pH, que es la expresión de la movilidad hidrogeniónica (H), la actividad electrónica se expresa por el rH, exponente de la
movilidad de las cargas electronegativas. Y así
como el pH elevado indica poca acidez, poca actividad hidrogeniónica, por tanto, un rH elevado indica una presión hidrogeniónica baja-pues
sabemos que el pH es la expresión de la concentración de los H (SORENSEN), mientras que
el rH es exponente de la presión de H (CLARK)y, por tanto, una gran capacidad de captación
del hidrógeno. Y así como el pH se define diciendo que es el logaritmo negativo de la concentración iones H, del rH se dice que es el logaritmo negativo de la presión de hidrógeno.
Comparando la presión y la concentración
de H se llega a la siguiente conclusión: primero,
que así como hay tres mojones esenciales en la
concentración de H (acidez, alcalinidad y neutralidad), en la presión de H hay tres hitos fundamentales:
Presión
_
H, + Oxidación.
H , ± !Neutralidad.
H , - Reducción
+
Concentración
pH
rH
_ _ _ ! __ ,_ _
H, +
Acidez.
pH- rHH, ::!: Neutralidad.! pH ± rH ::::
H,- Alcalinidad. pH + rH +
Siguiendo la comparacwn, se ve que , así
como el pH está comprendido entre dos límites:
pH = O y pH = 14, dado uno por la concentración H y el otro por OH, el rH también tiene dos
límites: el rH = O y el rH = 40,7, correspondientes al H 2 puro y al aire atmosférico sin H;
que así como pH = 4, por ejemplo, equivale a
una ccncentración de H = 0,0001, el rH = 4
equivale igualmente a una presión de H de
0,0001 atmósferas. Se ve en el cuadro que hay
una relación de tipo inverso entre pH y rH, por
una parte y la concentración y la prEsión de hidrogeniones, por otra. Claro está que, así como
la mayor concentración de H indica el máximo
de acidez y mínimo de alcalinidad (relación
H- OH), un factor, pues, define al ctro; igual
ocurre con la presión H, y cuanto mayor sea la
presión habrá menor capacidad de reducción y
la máxima de oxidación (relación H 2 - 02).
Uno y otro se miden por procedimientos
semejantes: electrométrico y colorimétrico. Por
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15 abril 1947
REVISTA OLINIOA ESPA1í!OLA
lo que respecta al rH de los distintos t ejidos del
organismo, es digna de tener en cuenta la siguiente clasificación de EHRLICH :
rH
Tejidos
+
Sustancia gris cerebral.
Corazón.
Algunos músculos.
±
Mayoría de los tejidos.
Pulmón.
Hígado.
Tejido adiposo.
El potencial óxido reductor se realiza entre
una forma oxidada y la otra reducida. Ambas
formas pueden establecer un intercambio con
hidrógeno, y así sucede
Fe+++
Fe+ +
más H
más H
+
___,.
Fe...:- + más H+
Fe ..t.. ..... + más H
ｾ＠
El hidrógeno cede al hierro su electrón y se positiviza, y a la inversa, el hierro trivalente gana
el electrón del hidrógeno y se reduce. Esto tiene fundamental aplicación a las teorías de la
oxidación biológica. Sin embargo, hay que destacar que el oxígeno no se une tan fácilmente
a los cuerpos; es reacio a te do maridaje. Para
vencer esta falta de sociabilidad del O ha de
acudirse a ciertos elementos, y en el terreno de
lo biológico son las enzimas las encargadas de
hacerle sociable. Para interpretar esta unión que
el oxígeno establece, se creó una doctrina: la
oxígeno-activación, y más tarde, dándose cuenta que el oxígeno no desempeñaba más que un
papel pasivo, se dió forma a otra concepción: la
del hidrógeno-activación. Ambas fueron los dos
caballos de batalla que en el pasado no lejano
rompían la arena en el palenque de la biología,
pretendiendo cada una ser la única verdadera.
He aquí los hechos:
TEORÍA DE LA OXÍGENO-ACTIVACIÓN (BACH-CHODAT, BERTRAMD, VVARBURG).-- BACH y CHODAT
suponen que todo el sécreto estaba en la activación del oxígeno, en hacer que este cuerpo perdiera su timidez ante otros elementos. Para ello
pensaron que hay cuerpos fácilmente autooxidables, que forman peróxidos, y estos peróxidos,
por medio de una enzima llamada peroxidasa,
libera O activo capaz de reaccionar con el especimen metabólico.
Estos cuerpos autooxidables eran las exigenasas .<engendradoras de oxígeno). Podemos sistematizar esto de la siguiente manera:
O,
+
ox.igenasa
Peróxido
O Ｍｾ＠
_ _ ___,.
+ perox.idasa
ｾ＠
sustrato
óxido R
o
= o"o
+o
peróxido R /
1
= sustrato oxidado
Según esta t eoría, había en los tejidos el sistema (peróxido-peroxidasa). Esta doctrina intenta explicar dos hechos de la práctica médica:
mediante reacción directa, existiendo los dos
elementos del sistema, la llamada reacción nadi,
que se obtiene al mezclar el alfa naftol con la
para-fenil-diamina, que tiñe de azul los granulocitos, llamándose por otro nombre la reacción de
las oxidasas. Más tarde KEILIN demuestra que
la nadi no era más que una citocromooxidasa.
La otra reacción es indirecta por falta del peróxido, y sirve para evidenciar la presencia de
hemoglobina. Para ello, al material sospechoso
de contener sangre se le añade agua oxigenada
(peróxido) y un cromo evidenciador (bencidina
o guayaco). La oxidasa contenida en el pigmento hemático libera el oxígeno de la H 2 0 2 , que
oxida la bencidina, haciéndola cambiar de color, llamándose por esto reacción de la bencidina.
Pero como esta teoría presentaba ciertas fallas, se hizo intervenir la presencia de metales
pesados con objeto de salvarla. Esto es lo que
hizo BERTRAMD primero, VVARBURG más tarde.
BERTRAMD hizo intervenir al magnesio y \VARBURG el hierro, pero la teoría warburgtiana es
esencialmente física, ya que va ligada fundamentalmente a la estructura celular. La intervención que W ARBURG le daba al hierro en su
doctrina era bajo la forma de un fermento, ei
fermento respiratorio de W ARBURG.
Decía este ilustre investigador d la química
vital, que había que tener muy en cuenta la
función oxigenotransportadora del hierro, ya
que éste, de bivalente o reducido por la influencia del oxígeno, pasaba a hierro trivalente u oxidable, el cual, a su vez, iba con su potencial de
oxidación elevado a combustionar la sustancia
nutricia. Tal es, en síntesis, la teoría warburgtiana, que podemos esquematizar aquí:
J,
Sustrato
J,
+ fermento respiratorio de WARBURG Fe +++
Fermento respiratorio de
t
WARBURG
Fe+ +.
+
O
Realmente, como hace observar muy acertadamente RoNDONI, ya se admite aquí un proceso
de oxidorreducción; pero lo que se sustentaba
era que el cuerpo óxidorreductor (fermento respiratorio) era un transportador, pero un transportador de oxígeno, y en eso es en lo que s e
diferencia de la,
TEORÍA. DE LA HIDROGENO-ACTIVACIÓN (WIELAND) .-Vemos, pues, que en síntesis, el fenómeno que se estudia aquí y en la doctrina ant erior es el mismo: fundamentalmente, una función de transporte. Función transportadora que
en la precedente tesis era el oxigeno el que se
beneficiaba de la misma, y que WIELAND asigna
al hidrógeno; cambia, pues, el pasajero; el mecanismo es idéntico.
Esta teoría predica la existencia de estos elementos. 1.0 Un sustrato que, como va a des-
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TOMO XXV
NúMERO 1
prenderse de H, se le va a denominar donador
de hidrógeno; este fenómeno de la hidrogenodonación es catalizado por un enzima llamada
cleshidrogenasa, que adquiere la categoría de activadora de hidrógeno. 2. Este va a ser cedido
al oxígeno, el cual se convierte en un aceptor
de hidrógeno. 3. El viaje que éste realiza del
sustrato donador de hidrógeno al oxígeno, aceptar del mismo, precisa de un vehículo idóneo;
éste está representado por los transportadores
o mediadores respiratorios.
La doctrina de WIELAND puede resumirse así :
0
0
Sustrato - H,
deshidrogenasa ｾ＠
ｾ＠
sustrato t de.shidrogena.sa - H,
Deshidrogenasa - H, + O, -7 deshidrogenasa + H,O,
H,O, + catalasa - - - -7 H,O + O
1-
Tanto de las teorías de W ARBURG como de la
de WIELAND se dedujeron hechos pritcticos de
extraordinaria fecundidad. Son éstos para la
t-eoría del primero la acción de los narcóticos,
según una interpretación bio-electro-coloidal por
alteración profunda de las cargas eléctricas celulares.
Seg(ln la teoría de WIELAND, no es necesario
que el aceptor sea el oxígeno; puede ser éste,
pero también pueden desempeñar papel análogo
el azul de metileno, ya que posee la facultad de
pasar de la forma leuco a la cromo, por admisión de hidrógeno e igual la quinona, que puede establecer un equilibrio con su forma hidrogenada, la hidroquinona, interviniendo en la catalisis de estas reacciones la esponja de platino.
Esta reacción de deshidrogenación tiene como
condición en ciertos casos la previa formación
de hidrato, el cual es luego deshidrogenado; los
aminoácidos y los aldehídos son un buen ejemplo de ésto.
/ 0 H- -H,
"'H . .
R-COH + HO - H-?R - e - 0
ｈ
R - eH - eOOH + O- H,
Ｚ ｾｒ Ｍ
ｈＭ･ｏ＠
ｾ＠
1
NH,
ｾ＠
R-
C0 . iT
1
!NH, .
- eOOH
ｾ＠
NH,
R - eo - eOOH
y obtenemos un cetoácido como resultante de
un aminoácido, teniendo esta transformación
mucha importancia en el metabolismo intermediario.
También aceptando la misma interpretación
para. !a oxidación biológica dada por WIELAND,
se vw que así como los ácidos dicarboxílicos
ｰｯ､￭ｾ＠
f;accionarse en moléculas más pequeñas,
se aplico este hecho a los monocarboxílicos de
cadena larga, naciendo así la teoría de la betaoxidac.ión. Se explicó mediante ella, como ya hemos v1sto, la formación de cetoácidos a partir
de los ácidos aminados. También tuvo aplica-
5
ción en la interpretación del papel biológico del
gJutation de ME'YERHOF, HOPKINS y HEETER así
como la del fenómeno de THUMBERG o del 'azul
de metileno, así como estableció la base para la
interpretación de la acción del ácido ascórbico
y adrenalina en su papel de mediadores respiratorios, además de otros elementos.
Sin embargo, la teoría de WIELAND, aun siendo más perfecta que las demás, no bastaba tampoco a explicar todos los hechos, y es cuando
surge la
CoNCEPCIÓN DE SzENT-GYORGYI. - Tanto las
teorías del oxígeno como la hidrogenoactivación, no estaban tan equivocadas, y hasta, pese
a todas las apariencias, tampoco estaban muy
divorciadas en la interpretación biogénica de la
respiración celular. Ambas tenian parte de verdad, y no sólo no eran centrarías, sino que se
completaban; no hacía falta más que encontrar
el eslabón que las uniera, hallar un puente de
enlace entre ambas, y este €S el mérito indiscutible de SZENT-GYORGYI, quien logró la concordia entre ambas doctrinas engarzando la teoría
de la activación del oxígeno con la del hidrógeno a través de la concepción citocrómica de
K.EILIN. El esquema de SzENT-GYORGYI, en resumidas cuentas. es como sigue:
Teoria de WIELAND.
J,
eitocromo de KEILIN.
J,
Teoria de W ARBURG.
Pero además, este autor investigó e hizo intervenir en el proceso un nuevo elemento: el -ciclo de los ácidos tetradicarboxílicos.
Siguiendo el proceso paso a paso, estableció
que se desenvolvería según el siguiente arquetipo:
Deshidrogena.sa
J,
Sustrato-H, + Codehidrasa -7 sustrato ..¡.. codehidrasa-H,
eodehidra.sa-H, + Oxalacético ｾ＠
codehidrasa + málico
Malicodeshidrogena.sa
J,
Málico + flavo proteína ｾ＠
oxalacético + flavo proteina-H,
Flavo proteina-H, + fumárico ｾ＠
flavo proteína +
+ succínico
Succin!codeshidrogena.sa
J,
Succínico + citocromo e Fe + + + ｾ＠
fumárico +
+ citocromo e Fe++
eitocromo C Fe+ + + citocromo B Fe+_¡_...
-7
ｾ＠
eitocromo C Fe+ ++
+ citocromo B Fe+ +
eitocromo B Fe ++ + citocromo A Fe++ -1
ｾ＠
-7 eitocromo B Fe+++
+ citocromo A Fe++
"
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6
REVISTA OLINIOA ESPAi.VOLA
Citocromo A Fe++ ｾ＠
citocromo A Fe+++
t + H,O = 68.000 calorías
Citocromooxidasa o
Fermento respiratorio de W. Fe+ + +
t
J,
Fermento respiratorio de W. Fe++
t._ _ _ o ｾＭＧＱ＠
+
.
15 abril 1947
Ahora bien, llegados a este punto, se nos plantea un problema de capital importancia. Sabemos que lo fundamental es la formación de agua,
como se aprecia en el esquema de SZENT-GYORGYI; luego ¿de dónde procede el anhídrido carbónico de la respiración? Pues resulta de la actuación de las descarboxilasas, que eliminan el
anhídrido carbónico de un ácido orgánico, el
cual queda reducido a una cadena inactiva de un
carbono menos,
Respecto a la actuación de este sistema de
r espiración interna, hay que constatar:
R
CH, + CO,
R - CH, - ｾ＠ COO : H ｾ＠
A) Que en los animales el fermento amarillo está en el medio del sistema deshidrogen
La descarboxilasa que descarboxila los ácidos
tetracarbodioico, según la potencia del sistema, ya que si éste es débil, no pasa de la pri- alfa-cetónicos, del que es el más genuino representante el pirúvico, se llama carboxilasa,
mera mitad.
B) Que la primera mitad del sistema hasta
CH, - CO - : COÓ : H ｾ＠
CH - COH + CO
el citocromo es transportadora de hidrógeno y la
·. .. ·-·:
segunda mitad transportadora del electrón.
Hay que tener en cumta también ciertos dePero esta carboxilasa, que representa el patalles de actuación bioquímica, como son les si- pel de un apofermento, necesita de un grupo
guientes:
prostético, coenzimático, que es la cocarboxila1.0 La deshidrcgenasa precisa para regene- sa, que no es más ni m enos que el difosfato de
r arse de la presencia del fermento amarillo, no aneurina, es decir, la resultante de la unión de
pudiendo ｨ｡｣･ｲｾｯ＠
directamente con el oxígeno la vitamina B1 con dos moléculas de ácido fosdel aire, existiendo, pues, entre deshidrogenasa- fórico, cuya formulación química, según los funflavinenzima un estrecho lazo de actuación.
damentales trabajos de WILLIAMS, es e o m o
2. 0 Que, a su vez, el fermento amarillo se re- sigue:
duce por las ､･ｾｨｩｲｯｧｭ＠
sas, pero para oxidarｎ ］
ｃ Ｍ
ｎｾ＠
CH,
se puede hacerlo con el oxígeno del aire, exigien1
1
1
do psra ello una presión e'evada ; pero como en CH. - C C-CH, -"-._/ C
C - CH, - CH, los tejidos la presión atmosférica oscila entre 3
11
11
/
1
N-CH
Cl CH - S
y 4 centésimas.. de atmósfera, es ésta la razón
por la que no se oxida por el oxígeno, sino por
la citocromooxidasa.
OH
OH
3." Que el citocromo no puede ser oxidado por
1
1
el oxígeno atmosférico, pero sí, y así se r ealiza,
0 - P - 0 - P - OH
por medio del fermento respiratorio de WARBURG,
11
11
o
o
por cuya función se le denomina citocromo-oxidasa, es decir, oxidante del citocromo. Y esta
citocromo-oxidasa sí que ya puede ponerse en
Pero hay que hacer una salvedad, y es que así
contacto directo con el oxígeno atmoSférico para
realizar la pendulación de la bitrivalencia y vi- como en los vegetales la cocarboxilasa actúa
como una verdadera descarboxilasa, tomando
ceversa.
T€niendo en cuenta que en la concepción de como punto de ataque el ácido pirúvico, al que
SZENT-GYORGYI se dan cita las dos teorías clá- convierte en acetaldehido y anhídrido carbónico,
sicas de la activación del oxígeno y del hidró- RUDY y otros opinan que lo fundamental es el
geno, KEILIN pose de relieve las diferencias que grupo NH2 de la aneurinadisfosforada, la cual
las separan, así como antes RONDONI puso en mediante la agrupación del H 2 del grupo amino
y del o del grupo e = o del pirúvico se logra
evidencia los puntos de contacto.
0
la
formación de un ceto-imino-ácido
En el sistema de WIELAND aprecia: 1. Que es
específico. 2.0 Que no posee hierro. 3.0 Que es
inactivado por los narcóticos. 4.0 Que su especificidad está en relación con el sustrato, pudiendo decirse que hay tantos como clases de estos
últimos.
•:
De la de WARBURG dice: 1.0 Es inespecífica,
Este sufre una pérdida del anhídrido carbónisirviendo a todos los sistemas. 2.o Posee hierro.
0
la verdadera descarboxilación, y se forma
co,
3. Es inactivado por compuestos que se unen a
una
agrupación etil-imínica
éste, por ej emplo, el cianhídrico y el óxido de
carbono, que inactivan la forma reducida y oxiH
､ ｾ ､｡Ｌ＠
r espectivamente. 4.0 Está ligado a la escocarbox.ila.sa
N
=
e
<
eH, + 1co-;¡
tructura celular.
.
=
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RESPIRACION CELULAR Y SUS MEDIADORES
TOMO XXV
NÚMERO 1
Llegados a este punto, se precisa el concurso
de una nueva molécula del pirúvico, que reacciona con el resto anterior de la siguiente forma:
cocarboxilasa -
cocarboxilasa -
N
=
N
=
!:
!
C /H + O .- e /".eOOH
". eH,
eH,
-
/ COOH
e,
'-eH,
+ -CH,- -
eoH j
--
7
grupo de los fermentos metálicos, sino que el
ciclo se interrumpe a nivel del ácido fumárico,
marchando entonces por derroteros propios, bien
por el camino del sistema polifenólico o del sistema de la oxidasa ascórbica. Resumiendo esto
en un esquema, resulta:
Sustrato-H.
sa-H,
+
eodehidrasa-H,
=
codehidrasa
+
Sustrato
=
oxalacético
+
codehidra-
Codehidrasa
+
málico
I
El resultado final es eo2 y aldehído, mientras que la cocarboxilasa se apodera de una nueva molécula de ceto-ácido para iniciar de nuevo el ciclo.
No falta quien modernamente adjudica a la
cocarboxilasa un papel hidrógeno transportador
análogo al de la vitamina B, lo que todavía queda por demostrar.
Según recientes investigaciones, parece ser
que en los animales la descarboxilasa actúa
como una cooxidasa,
eH, eo - eOOH + eOO ｾ＠
ｾ＠
eOOH- CH., CO - eooH
También el anhídrido carbónico que se exhala
con la respiración puede proceder de la actuación de la anhidrasa carbónica de RouGSTON,
que desdoblaría el bicarbonato sódico sanguíneo
en anhídrido carbónico e hidróxido de sodio;
pero según parece, su actuación no es de la respiración interna propiamente dicha, sino de la
externa, ya que su lugar de actuación es el capilar pulmonar.
Está, pues, aclarado que el e02 aparece en
la r espiración sólo accidentalmente, y nunca es
esencial al mecanismo respiratorio.
SZENT-GYORGYI fué más lejos en su investigación, y no sólo fijó las bases para una correcta
interpretación del íntimo mecanismo de la respiración celular, sino que extendió sus estudios
a los vegetales y descubrió que aquí el mecanismo oes bipartito, según intervenga la enzima
ascórbico-oxidasa o el fermento polifenol-oxidasa. ¿Cuáles son las plantas que se benefician de
uno u otro mecanismo? Para explicar esto se les
divide en dos clases: en polifenolasas y reductasas; se incluyen en las primeras a las peras,
manzanas y plátanos, fácilmente reconocibles,
porque al recibir un golpe que contusione sus tejidos acaban por ennegrecerse, mientras que si
se golpea una naranja o un limón, según la experiencia que todos tenemos, no hay pigmentación de ninguna clase al nivel del punto lesionado, clasificándose, por tanto, en el segundo grupo (ORTEGA).
GYORGYI construyó su esquema para los vegetales sobre los mismos moldes que para los
al ácido málico-fermentoanimales, hasta ｬ･ｧ｡Ａｾ＠
amarillo, pues no llega a la formación del succínico; lo que ocurre es que no se alcanza el
MáliC<J
ma -
+
=
flavinenzima-
H,
oxalacético
Flavinenzima-H, + quinona
na) + flavinenzima
=
+ O, =
+ Peroxidasa = H,O + O
Polifenoloxidasa Cu..J.. -H.
Fenol
flavinenzi-
polifenol (hidroquino-
Hidroquinona + polifenoloxidasa eu+ +
+ polifenoloxLoasa au+ -H2
H,O,
+
= quinona +
H,O,
1
ｾＭ
1
Hidroquinona
II
Flavinenzima-H, + ascórbico-oxidado
ducido + flavinenzima
=
ascórbico-re-
Ascórbico-reducido + oxidasa-ascórbica Cu + + =
ascórbico-oxidado + Oxidasa-ascórbica cu+ -H,
=
Oxidasa-ascórbica eu-r -H,
H,O,
+
Peroxidasa
=
H,O
Acido-ascórbico oxidado
1
ｾＭ
+
O,
+
O
=
H,O,
Ｇ＠
Acido-ascórbico reducido
De aquí se deduce: 1.0 Que los fermentos en
los vegetales son cúpricos, y el mecanismo estriba en pasar de cúpricos++ a cuprosos + y
a la inversa. 2. 0 Que, como siempre, se termina
formando agua oxigenada que, mediante una
peroxid¡l.Sa, se descompone en agua y oxígeno
activo, el cual va a oxid,p.r otra molécula bien de
quinona o bien de ácido-ascórbico.
El mecanismo químico seria así por lo que
respecta a la quinona:
C-0-H
e=O
/"-
11
"./
+
e=O
/"H,
+ ze
'\./
e-O-H
la cual, por ser una forma oxidada, al ganar
dos H y también dos® pasa a la reducida de hidroquinona, teniendo para ello el O que romper
su bivalencia con el e y desplegarlas como brazos para dar una mano al e y otra al H, que
acaba de penetrar en la molécula, a la vez que
cambia la estructura valencia! del benceno.
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8
15 abril 1947
REVISTA CLINICA ESPAÑOLA
Si consideramos ahora el ácido ascórbico,
vemos
e
1
C-
o
OH
11
¡-oH
eH
e
o
1
-H.
6=o
+ H,
ｾ］ｏ＠
---7
ｾ
/ o
Ｍ
1
1
1
o
1
eH
por el cobre en la oxidación del ácido ascórbico
por el oxígeno y el agua oxigenada quizá pudiera explicarse por el siguiente esquema :
e1
(1.0 ) A /
"'-.e -
OH
(2.0 )
(3.0 )
+
+
2 eu+
2 eu+
+ eu++
OH
++
2H
2H+
+
-7 A/
e= O
1
+ 2 Cu i + 2 H +
"'-.e = O
O, - -7
H,02 ¿
2 eu++
2 eu++
+
+
H 20 ,
2 H,O
1
CHOH
eHOH
Interpretando los resultados, encontramos
que, s egún la relación (1.<>), el cobre bivalente
oxidado cede una carga al H del ascórbico, la
activa,
en una palabra, a la vez que él se reque el reducido tiene una agrupación dienol que,
duce
a
cuproso.
al oxidarse por pérdida de dos H y dos 0, pasa
El H + así activado puede unirse al 0 2 , y da
a dicetónicos, dicarbonílico, es decir, que obte＠
ｲ
｡
ｧ
ｾ
ｬ
al H20 2 a la vez que sus dos cargas posinemos la dehidroforma, habiendo, pues, en el
proceso: 1.<> Una pérdida de dos H. 2. 0 Pérdida tivas son de nuevo devueltas al cobre, que vuelde dos 0 y cambio de la estructura valencia! en ve a ser bivalente. O sea, que la formación del
el sentido de que no se ejecuta el cambio diva- H20 2 tiene como fin la regeneración del Cu + +.
En la reacción (3. otra vez el Cu -r pasa
lente entre C y C, sino que se reúne en una
a
cuproso,
cediendo una carga al H, que, a su
agrupación cetónica.
vez,
cedió
al ácido ascórbico, y la unión de
El año pasado MAPsoN publicó en el "Biocheeste
H
con
el H20 2 antes formada da lugar a
mical Journal" un documentado estudio sobre la
.
oxidación del ácido ascórbico bajo la influencia dos moléculas de agua, r egenerando el Cu
BARRON, en 1936, supone que el agua oxigede los halógenos, y haciendo especial mención
de la acción del Cl- en el sistema cúprico-cu- nada formada en la reacción (2.<> ) ha de descomponerse inmediatamente en H.O i O. La
proso.
Diversos trabajos demuestran que el Cl - re- ulterior explicación no es evidentemente cierta,
tarda la oxidación aerobia del ácido ascórbico porque al fin de la reacción la absorción del O
por el cobre, según se desprende de las obser- es siempre mayor que la proporción de un átovaciones de CARO y GIANI, en 1934; KELLIE y mo de O por molécula de ácido ascórbico oxidaZlLVA, en 1935; MYSTKOWSKY y LASOCKA, en do, salvo que esté presente la catalasa.
La reacción segunda es inhibida por el cloro,
1939. Hacia el año 1941 MAPSON encontró que
el bromo y el yodo inhiben la reacción del mis- pero compensadoramente se acelera la primera
mo modo que lo hace el cloro, mientras que el y la tercera.
Y a que la estructuración establecida por
fluor no tiene efecto inhibidor. Otros suponen
GYORGYI
es la más perfecta, lógico es un estudio
que con pequeñas cantidades de los iones cloro,
más
profundo
de la misma hasta llegar a un
bromo y ｹｯ､ｾ＠
se invertía la actividad catalítica
análisis de todos y cada uno de sus elementos.
del cobve en la reacción.
El grado de aceleración reacciona! es influen-/ Estudiando bioquímicamente la agrupación se
･ ＿ｴｲｾ＠
la ･ｸｩｳｴｾ｡＠
de dos elementos de priciado entre otros elementos por el pH, concen- ･ｮ｣ｵ
mordial Importancia, que dan vida al sistema.
tración de cobre y la tensión de oxígeno.
El cloro acelera la reacción entre el agua oxi- Me refier<;>, primero, a los enzimas; y, segundo,
genada y el W?CÓrbico, siendo el cobre el catali- a los mediadores respiratorios. Ambos conjugazador de la reacción entre el ácido ascórbico y dos son los que dan solidez bioquímica al sistema.
oxígeno atmosférico (MAPSON, 1941).
Se ve la influencia del cloro en el siguiente
CoMPONENTES BIOQUÍMICOS DEL ESQUEMA D&
esquema en la reacción (2.<>).
SzENT-GYORGYI.-1.<> Enzimas de la respiración
/ e - OH
C=O
celular: se agrupan éstos en cuatro apartados
A , 11
+ O. - - 7 A ( 1
+ H,O, que, según Ｑｾ＠ ｣ｬ｡ｳｩｦｾ￳ｮ＠
de DELOFEU y ｍａｾ＠
' e-OH
Cu
' C=O
RENZI, ｲｾｵ｣Ｑ､ｯｳ＠
estrictamente necesarios para
nuestra mterpretación, son los siguientes:
A / J ¡ - OH + H,O, - - 7 · A ( ¡ = o + 2H,O
1
1
CH20H
CH.OH
0
e-OH
Cu
)
'C=O
Se aprecia en la r·eacción (1.<>) que el ascórbico. con el oxíg,eno atmosférico da lugar a agua
OXIgenada, y esta, a su vez, reaccionando (2.<>)
con ｵｮｾ＠
Ｎｾｵ･ｶ｡＠
ｭＮｯｬ￩ｾｵ｡＠
de ascórbico, da lugar
por adicwn de hidrogeno al agua oxigenada a
dos moles de agua.
Muchos de los efectos del cloro en la catalisis
L-Dxi.D3sas.
eitocromooxidasas (ferm•ento respiratorio de
W ARBURG).
) Ascorbicooxidasas.
P olifenoloxidasa.s.
Enzimas respiratorias ...... II.- eataiasas.
lll.-Perooxidasas.
IV.- Deshidrogenasa s 1Cozimasa 1.
anoxitropas .. .... .... ¡ eozimasa 2.
0
0
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RESPIRACION CELULAR Y SUS MEDIADORES
TOMO XXV
NúMERO 1
De las oxidasas seleccionamos tres de la clasificación primitiva, de ellas una sola, la citocromooxidasa o fermento r espiratorio de W ARBURG, interviene en la respiración animal, y las
otras dos en la vegetal; el primero es un ferro
compuesto; los otros dos, cuprocombinaciones
(KuwoBITZ). Tiene como hecho curioso este fermento respiratorio el dar un espectro de absorción intermedio entre la hemoglobina y la clorofila (LoRA), aparte de que su función es muy
anáfoga a la de la hemoglobina, pues, como ella,
es el transportador de oxígeno al sistema. El
f ermento respiratorio de W ARBURG en la combinación carboxihemínica da al espectro de absorción dos bandas localizadas en 590 y 433 milimicras. Cada una tiene una especial manera de
actuar; así como la catalasa disgrega el H20 2
en agua y oxígeno inactivo, la peroxidasa realiza la desintegración, dando como productos finales agua y oxígeno atómico o activo, con facultad de actuar sobre un sustrato. Pero la
aparición de la catalasa puede tener, y de hecho
la tiene, una interpretación de tipo teleológico,
finalista, consistente en preservar al organismo
de los efectos nocivos determinados por el agua
oxigenada, incompatible con la vida. O sea, que
la catalasa aparece como una consecuencia lógica a la reacción aerobia.
Químicamente considerada, la peroxidasa está
constituída por un grupo ferroporfirínico, y su
espectro de absorción es igual al de la protohematina. La catalasa también presenta una constitución análoga, siendo un fermento cuyo grupo
prostético es una hemina.
Y con esto pasamos al grupo IV, o de las deshidrogenasas; son éstos los fermentos que definen el sistema (lo primario hemos dicho antes
es la deshidrogenación). El primer detalle que
es preciso fijar es que pueden dividirse en oxítropas y anoxítropas, que es tanto como decir
que se clasifi<;:an en aerobias y anaerobias. Su
misión es arrancar el hidrógeno del sustrilAto, y
la mejor demostración la más espectacular, es la
experiencia de TlruMBERG con el azul de metileno,
pasando su forma cromo a la leuco por obra y
gracia de las enzimas deshidrogenantes.
Las deshidrogenasas son fermentos, y, por
tanto, tienen la constitución común a todos
ellos; es decir, resultan de la unión de un a pofermento (apodeshidrogenasa) con un cofermento (codehidrasa), dando como resultado la
sumación de estos dos factores un ｨｯｬｦ･ｲｭｮｴｾ＠
(deshidrogenasa).
El soporte, el feron según.la terminología de
KRAUT, es específico, variando con cada deshidrogenasa, mientras que el grupo prostético, el
agon en la concepción de KRAUT, con sus dos variantes:
Codehidrasa I = Cozimasa de levadura de VON EULER
Codehidrasa II
Cofermento respiratorio de W ARBURG
=
es necesaria para la actuación de todas las dehidrasas. En otras palabras, el cofermento, sea el
uno o el dos, interviene en todos; el apofermento
9
no interviene más que en una, la que le es propia; por ejemplo, veamos lo que ocurre con la
málico-deshidrogenasa. Habrá aquí un grupo
que sólo sirve para deshidrogenar el málico y
nada más que a éste: el apofermento, y habrá
también otro al cual le es indiferente el sustrato, sea éste cual fuere: la codehidrasa I o II.
Después de estudiar las enzimas, hemos de
hacerlo ahora con los transportadores o mediadores respiratorios. ¿Qué es un transportador?
¿Qué es un mediador respiratorio? Químicamente se define como el grupo prostético de una
proteína específica, que constituye el fermento.
El mediador respiratorio comprende a aquellos
elementos enzimáticos o ｮｾｺｩｭ￡ｴ｣ｯｳ＠
como
la flavoproteína y no enzimáticos como el ácido ascórbico, .por ejemplo-, que se extienden
entre un enzima deshidrogenasa, por una parte, y citocromooxidasa, por otra, prefacio y epílogo del sistema oxidativo. Los transportadores
que intervienen en el esquema de GYORGYI son:
ｾ＠
I.-Codehidrasa.. .
ir.
Transportadores
respiratorios ... II.- E! fermento amarillo ,de WARBURG.
• III.- El citocromo de KEILIN ... ｾａＮ＠ B.
c.
Esta clasificación que se nos ha ocurrido hacer tiene vigencia únicamente en los animales,
mientras que en los vegetales los mediadores
están representados por dos elementos: las quinonas y el ácido ascórbico.
Las codehidrasas se definen químicamente de
, la siguiente forma:
I Codehidrasa
Codehid111.9a
rr
= difosforo-pirldin-adenina-dinucleótldo
= trifosforo-piridin-adenina-dinucleótldo
La diferencia está en que la II es más fosforada que la I; por tanto, si-endo ésta la menos
rica en fósforo, fácil nos será pasar de la I a
la II con sólo incluir una nueva molécula de
ácido fosfórico entre las dos ya existentes.
/"-. coNH.
11
.
N -
1
ｾ＠
1
/
11
CH
N
1
CH
1
CHOH
1
CHOH
,.f' N - C
CH, -
ｃｈ
1
NH,
CH
Ｍｾ＠
1
CHOH
o
1
1
O- P -
¡
"' N - C - N
CHOH
6H___J
I
C-
o
6H-----
O -
P -
O -
1
CH,
Ahora bien, lo que nos interesa es conocer su
método de actuación al objeto de precisar su
papel transportador de la molécula de hidróge-
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...
10
15 abl"il 1947
REVISTA CLINICA ESPA'NOLA
no; esta función está ligada al anillo de la ni• cotinamida, siendo fundamentalmente idéntico en
la I que en la II. Son procesos que tienen lugar
de la manera siguiente: 1.0 Según VON EULER, se
fija un átomo de hidrógeno en posición orto con
relación al N piridínico. 2.0 En consecuencia,
tiene lugar un cambio de valencia, en que el N
de pentavalente pasa a trivalente. 3. 0 A la vez
que otro átomo de H se fija sobre un O del
ácido fosfórico, dándole, por tanto, mayor carácter ácido
/ '\.coNH,
la facultad por ganancia de un 0 de pasar a trival-ente; esto es, reducirse, neutralizándose, y la
molécula en total del estado iónico pasa al inactivo o eléctricamente neutro.
El espectro de la sustancia reducida es diferente del de la oxidada. Por lo que se refiere a la
interpretación del esquema adjunto, tomado de
STEPP, se aprecia que, mientras el no reducido
no presenta ninguna banda de absorción hacia
las 340 milimicras, el hidrogenado da una relación de
+ H,
X
Milimic ras
----,)
ＢＭ
ＭｾＧ＠
ｾ
1
N C+ )
1
R -
-
Ｍ
H,
1
1
1
R-
P - 0 - R'
0 -
1
P11
0 -
R'
o
o
Como lógicamente se comprende, para que ello
tenga lugar es preciso la existencia de lo que
denominan los químicos "el ión hermafrodita",
esto es, una agrupación donde existe en una
parte de la molécula una carga ( + ), y en otra
parte de la misma otra carga (-),teniendo así
un carácter anfótero, es decir, la molécula está
ionizada. Ello se aprecia perfectamente en este
esquema en que el N, a pesar de ser pentavalente, no presenta más que cuatro valencias satu-
A
40
1\
1
JO
20
10
o
240
IV..
280
Í\
........
·--------- ｾ＠
320
14,5
55
10'
10'
O (H)
N
O(
0 -
345
260
1
"'-./ (H)
360
400
Fig. l.-Espectro de absorción de la cozimasa
hldrogenada - - - - - no hidrogenada . . . . . . . . . .
radas; la otra está representada por el signo
eléctrico ( +), mientras que compensadoramente el oxhidrilo correspondiente a la molécula de
fósforo más próxima a él está oxidada, dehidrogenada, con capacidad para captar un hidrogenión y volver a la acidez, así como el N tiene
También es de notar que así como una longitud de onda idéntica para la forma oxidada y
r educida varía la concentración molar, que es
para la reducida de (15 . 10 ) y en la no reducida de (52. 103 ). O sea, que con concentración
molar menor la forma no hidrogenada da la
misma longitud de onda.
Conocemos las íntimas relaciones existentes
entre las codehidrasas y las flavoproteínas, y
ésto se traduce por cierta similitud entre ambas. Así, de la misma manera que la vitamina B2 (lactoflavina) es la precursora del fermento amarillo, la vitamina PP (ácido nicotínico y su amida) son los precursores de las codehidrasas, pero con la diferencia que, así como
aquéllas podían ser sintetizadas por los microorganismos del intestino, éstas han de ser ingeridas. Ambas están en suma en estrecha relación por sus potenciales óxidorreductores, y todo
ello nos habla de la sinergia entre vitaminas y
enzimas.
El siguiente eslabón de la cadena transportadora está encarnado por el fermento amarillo de
W ARBURG, llamado también segundo fermento
r espiratorio. Es un derivado de la iso-aloxazina.
Se reduce y pasa a leucofermento incoloro (aquí
reside su función transportadora) y se regenera por el O.
Los estadios á recoger son los siguientes:
Iso-aloxazina
Vitamina B,
+
+
ribosa = vitamina B. (lactoflavina) .
ácido foSfórico = Citoflavina.
Citoflavina + proteina especifica
o flavoproteína.
=
fermento amarillo
Y de aquí resulta también que hay una diferente actividad para la hidrogenotransportación,
graduándose por la siguiente escala.
<
B,
eficaz que la citoflavina
proteina.
<
eficaz que la flavo-
Su fórmula constitucional es como sigue:
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TOMO XXV
NúMERO 1
11
OH
CH, -
1
0 -
P-
1
OH---------------------
11
CHOH
O
1
CHOH
1
CHOH
1
CH:
1
N N
CH
eH /"-/"-/"-co
. -,
11
1
.
CH, - , / " - . / " - / NH
CH
N CO
La flavoproteína se deriva, pues, de la citoflavina por la interpolación entre un grupo OH
del ácido fosfórico y el imino 3 del núcleo de
la iso-aloxazina, de una compleja molécula proteica todavía desconocida en su constitución.
La transportación de H tiene lugar en el sistema conjugado,
(H)
ｾ
ｈＬ＠
Ｍｾ＠
"-e /
N
"-
11
ｾ
e
Ｍﾭ
- H.
pectro de absorción muy parecido al de la vitamina B2, pero con la diferencia de verse desplazado hacia la onda larga, se .sale del rojo y
se va hacia la izquierda.
Como último elemento de esta ligazón mediatriz, nos queda el citocromo, quien toma las
riendas del sistema antes de llegar a las postrimerías del mismo. Fué descubierto en 1886 por
MAc MuNN, observándole luego en varios tejidos; al encontrado en los músculos se le bautizó
como miohematina; al hallado en el resto de
N/
(H)
"'
ocurriendo las siguientes transformaciones :
1.o El N núm. 1 del anillo A y el N núm. 10
del B cambian en la molécula de flavinenzima
dos valencias con el esqueleto carbonado de la
condensación del anillo A con el B, logrando
así una perfecta trivalencia. Al apropiarse de
dos 0 rompe esta unión N = C y lanza una valencia a modo de brazo para captar el H, y como
resultado obtenemos la unión de condensación C- C; para conseguir la tetravalencia que
le es propia, cambian entre sí un doble enlace.
Hay que resaltar que así como desde el primer peldaño, consituído por la vitamina B 2 , hasta el último escalón, la flavoproteína aumenta
su potencial de óxido reducción ; también sucede que, inversamente, hay una mayor facilidad
de oxidación. Y así 2,5 gammas de lactoflavina (B2) en sesenta minutos, apenas fija unos
pocos centímetros cúbicos de oxígeno, mientras
que una cantidad igual del ácido lactoflavinfosfórico fija en .el mismo tiempo nada menos que
la cantidad de unos 230 c. c. de oxígeno.
Modernamente se habla de "nuevos fermentos amarillos" que se di:Derencian del clásico en
el grupo proteico y prostético, ya que este último presenta ligado al ácido lactoflavinfosfórico el ácido adenílico, y se diferencia también
en la distinta rapidez de actuación. Como ejemplos de estos últimos hemos de citar el de WARBURG y CHRISTIAN, ADLER, GREEN, etc.
El fermento amarillo, según las investigaciones espectrográficas de THEORELL, tiene un es-
2-0
Ca Ba
･ ｬ ｾ＠
ｾ＠
\
\
_
10
o
4500
"'
6
'-. ../
5DOO
a
Aa
+
ｾ＠
Ｇｾ＠ \
V\ 1"'J \
\
\
'
6.000
Fig. 2.-Curva del espectro de a bs orción del citocromo B:.
los tejidos, se le dió la denominación genérica
de histohematina.
Pero al llegar a 1.925, KEILIN le dió la filiación de citocromo (de citos = célula por encontrarlo en gran extensión en las células y cromos = color).
No es un producto unitario, sino que está
constituído por la unión de tres hematinas por
medio de derivados de nitrógeno (LoRA). Son
estos tres elementos los citocromos A, B y C.
Estudiando las bandas de absorción en el citocromo reducido, se encontraron cuatro bandas en el espectro visible; son éstas la a, b. e
y d, distribuídas de tal modo, que la banda a, b
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15 abril 1947
REVISTA GLINIGA ESPAÑOLA
y e son únicas, pero la d es múltiple y formada por la fusión de varias bandas en estrecha
relación de familiaridad. A cada citocromo le
corresponde un par de bandas: una fundamental, propia, a, b ó e, y otra común y compleja,
la d. L a banda e es la más destacada.
DELOFEU y MARENZI hacen la siguiente interpretación del espectro del citocromo (fig. 3) :
La banda superior rayada es el espectro resumen de los tres. La proyección numérica de
las bandas en el citocromo reducido es la siguiente:
Banda a)
b)
6.046 milimicras .
5.665
5.502
5.210
e)
d)
El espectro del citocromo reducido se limita
a dos bandas localizadas en
Banda a) .. .. .. .. .. .. . .. .
5.665 milimicras.
5.287
b) .. .. ........ .. .. .
Siguiendo las investigaciones sobre este transportador, en 1936 THEORELL aisló el citocromo e, que es el más estable, y le asignó la siguiente forma de constitución:
Citocromo C, según THEORELL.
CH..
COOH
COOH
CH,
CH.
CH,
CH,
ｾ
ｾ
ｾ
ａ＠
ｾＭｊ｟Ｋ
z
Citocromo A
ｵ＠
L
e
e
Flg. 3.
que es un cromoproteido cuyo grupo prostético,
como se ve en la fórmula de THORELL, presenta
una gran analogía con la hemoglobina, lo que
nos lleva de la mano a pensar que las células de
todos los organismos aerobios tienen prohematina cuyo espectro no es visible por examen directo. Esta prohematina, según LoRA, se une a
una base no conocida todavía, y por procesos
de oxidación unas veces y de reducción otras,
da lugar a la diferenciación intracelular.
Meditando sobre la fórmula propuesta por
THEORELL, se encuentra que:
1. Hay una agrupación del tipo de la porfirina, una agrupación tetrapirrólica, en que los
grupos pentacíclicos están unidos por puentes
metínicos con sustitución de sus carbonos de los
grupos eH de los ángulos pirrólicos por radicales diferentes.
2. Que el hemo está en bivalencia.
3. 0 Que, por tanto, resultan cuatro valencias
residuales, de las que enlazan dos con los dos
nitrógenos pirrólicos opuestos y las otras dos
con la proteína.
4. 0 Que por estar unido el F1e
(en forma de hemo) con una proteína, resulta un hemocromógeno, o sea, un proteinhemocromógeno.
0
++
/
ｾ＠
ｾ＠
/
/
/
/
/
N
/
N
'\.
ｾＯ＠
''
/
/''=
N
ｾ＠
/
'
ｾ＠
Ｎ Ｎｾ＠
CH _ /
..
CH
N
/
/'-
/'
R
ｾ＠
'·.. Fe -:. :....
/
ｾ＠
ｾ Ｏ＠
,'
..
ｾ＠
'
=CH -
/
/
'
R/
" -
/
/
/
Ｍ
1
,-
Ｍ
ｃｈＮ＠
CH -
CH..
1
'-/
S
1
-1 - -
C,H,oO ± C ±
1
/'
_1
2H "± O
_1
1
CH
/ '
/
Fe
1
N
1
' ""-/ "
/
1
Proteina
1
Parece ser que las bandas deben su situación
al contenido de porfirina (agrupación tetrapirróIica con cadena lateral), resultando, por tanto,
R
' R
/ /
5. 0 Que la molécula presenta otros elementos que le confieren peculiar morfología, tales
son S, la cadena e 7H 1oO -+- e + 2 H -+- O, y además contactando con la proteína una agrupación
metilínica.
carboxilｾ｡ｭｩｮｯＭ
/ '
1
/
R
COOH NH,
PROTEINA
'
'-
ｾ＠ ·
CH
COOH NH,
1-
CH.. CHa
/
N N
R/
1
p
,ｾ ｎ＠
R
ｾ
'
..
R
"
NH,
COOH
""-/ /
CH
1
R
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RESPIRACION CELULAR Y SUS MEDIADORES
TOMO XXV
NúMERO 1
El método de actuación del citocromo reside
en un proceso electrónico de oxidorreducción,
que va del C ｾ＠ B ｾ＠ A, ｲ･ｬ｡｣ｾｯｮ￡､ｳ＠
ｾｯｮ＠
la
deshidrogenasa y el A con la ｣ＮＱｴｯｲｾｸ､｡ｳ＠
Muy recientemente, en estudws realizados sobre el enzima láctico-deshidrogenasa por BACH,
DrxoN y ｾｅｒｆａｓＬ＠
del Biochemical Laboratory de
Cambridge, cuyas primeras publicaciones .se hicieron en 1939 y 1942, y que fueron recoplladas
en el The Biochemical Journal de la Cambridge
University Press, en 1946 (vol. 40, núm. 2), se
ha encontrado que la sustancia coloreada que le
acompaña, y que es responsable del espectro de
absorción, es evidentemente un protein-hemocromógeno.
Ulteriores estudios han demostrado que se
trata indudablemente de un citocromo, pero no
identificable con cualquiera de los ya conocidos,
y como mantuviese este nuevo elemento una estrecha relación con el citocromo B, se le denominó citocromo B 2 , para distinguirlo del anterior, al que se filió por citocromo B1.
EI nuevo citocromo difiere de los previamente descritos, a excepción del C, en ser extraordinariamente soluble en el agua; en que la
banda alfa del espectro está casi en el medio de
las bandas alfa de los citocromos B y C. Mediante el espectroscopio de HARDTRIDGE da una
posición de 5.563 amg.strons; el espectro no es
visible si está en una solución demasiado débil.
En 1938 KEILLIN y HARTREE publicaron sus
investigaciones acerca de la reducción sufrida
por el citocromo C, férrico por el agua oxigenada. El hecho se basa en las propiedades reductoras del agua oxigenada sobre el ión Fe -r
trivalente, lo que explica también entre otras
cosas la actuación de la catalasa. Por lo que se
refiere a la reducción citocrómica, los autores
antes mencionados proponen el siguiente modelo de actuación:
= 4Fe ++ + 4H
= 4 F e+++ +
(1. 0 )
4Fe 1--1-+
(2. 0 )
4 Fe ++ + 20, + 4 H +
+ 2H,O,
2 H ,O,
= 2 H,O +
+ 20,
2 H,O,
O,
Claramente se aprecia que el agua oxigenada se desdobla. en agua y oxígeno, como reacción final suma de todo el proceso; pero para
llegar a este I'€sultado observamos cómo el
Fe + + + cede sus cargas al H del H 20 2, que
se desintegra en todos sus elementos y pasa
a Fe + +, y únicamente cuando hay una reintegración del H2 y el 02 el hierro recobra su perdida trivalencia. En ésto estriba su papel en la
biología.
Atando cabos, se llega al convencimiento que
los procesos bioquímicamente considerados y
reducidos a su más simple expresión s-e eslabonan según el siguiente esquema, tomando como
base la genial concepción de SZEN'f-GYORGYI.
Bioquímicamente considerado, es éste un proceso bio-electro-químico.
.
Intervienen dos fermentos, primero al prin-
•
13
cipio la deshidrogenasa que labiliza la unión H 2
del sustrato, y otro al final, el fermento respiratorio de W ARBURG,
---
H,
Sustrato
t
Deshidrogenasa
.J,
Cozimasa
.J,
Acidos tetracarbodióicos. 1.• fase
.J,
Fermento amarillo
.J,
Acidos dicarboxílicos tetracarbona.J,
dos. 2.• fase
Citocromos
.J..
Agua
t_citocromooxidasa ｾ＠
O,
cuya misión es regenerar el sistema por desbloqueo del citocromo reducido al oxidarlo de
nuevo.
Entre estos dos fermentos, inicial y terminal,
que catalizan la respiración celular, se extiende una cadena de transportadores, que son de
dos clases: unos del hidrógeno elemental y otros
(los citocromos únicamente) del electrón correspondiente. Para llegar a través de los mismos a contactar por último el hidrógeno con el
oxígeno para dar lugar a la puesta en libertad
de 68.000 calorías.
CoNCEPTO ACTUAL DE LA RESPIRACIÓN CELULAR.-Fácilmente se comprende que la doctrina de S. GYORGYI era demasiado exclusivista;
pr·etendía explicar por un solo mecanismo un
solo sistema, los proces·os respiratorios que tenían lugar en los diferentes sustratos del organismo, y esto, como se comprende, no puede
ser cierto, porque siempre hay una individualidad, una peculiar característica de cada tejido y de cada sustrato, y es de suponer que por
lo mismo se resuelvan a la acción por caminos
apropiados a cada caso y peculiarísimos del
mismo. Estudiando así el problema, el esquema
gyorgyiano queda mermado en su importancia,
y se identifica con el grupo quinto de la clasificación general.
Se descubrieron en total varios sistemas respiratorios constituídos por la agrupación de
fermentos específicos y transportadores adecuados.
A partir de los fundamentales trabajos de
GREEN, 0PHENHEThiER y WILSON, se han ido
desglosando hasta reducirlos a seis, y cuya constitución parece ser la siguiente:
I sistema.-Deshidrogenasa
02 = H202.
ｾ＠
ｾ＠
ｾ＠
ｾ＠
ｾ＠
II sistema.-Deshidrogenasa ｾ＠
colorante ｾ＠ 02 = H202.
III sistema.-Deshidrogenasa ｾ＠
cozimasa I ó II ｾ＠ 0 2 = H 202.
IV sistema.-Deshidrogenasa -4
cozimasa I ó II ｾ＠ flavoproteína ｾ＠
Sustrato
ｾ＠
sustrato
-4
sustrato
ｾ＠
sustrato ｾ＠
Oz = H20z.
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15 abril 194.7
REVISTA CLINICA ESPA'iYOLA
V sistema.-Deshidrogenasa ｾ＠ sustrato ｾ＠
cozimasa I ó II ｾ＠ flavoproteína ｾ＠ citocromos +-- citocromooxidasa +-- 0 2 = H 2 0 2 •
VI sistema.-0 el propio de los sistemas acoplados, de los cuales los más importantes son
el A), el sistema de los ácidos tetracarbodioicos
de GYORGYI, y B), el del ácido cítrico o de
KREBS. Ambos de gran importancia en el metabolismo de los hidratos de carbono. El primero
está constituido por la interrelación ácido oxálico ｾ＠ málico ｾ＠ fumárico ｾ＠ succínico. Es un
sistema constituido por cuatro ácidos de cadena t etracarbonada, con funciones bipolares
carboxílicas, que tienen la facultad mediante
hidrogenación o deshidrogenación en los carbonos alfa y beta de pasar de unos a otros. Y así
el H 2 expoliado del sustrato JX>r la deshidrogenasa es transferido al primero del ciclo, es decir, al oxalacético
ｾ＠
Deshidrogenasa
COOH
J
1
ｾｈ
...¡._
Ｌ＠
1
CHOH
co
1
ｾ＠
CH,
Sustrato
Ｍ
COOH
1
COOH
el cual pasa a málico, que se diferencia del precedente en estar deshidrogenado.
Pero este proceso es reversible, y la reacción
opuesta está catalizada por la málico-deshidrogeLa.tulJl(;u
el Htá.lh..v •_puc llc _pvJ. ll'G.':>1tl-
dratación pasar a fumárico
COOH
1
CH
COOH
1
•
CH - . OH ·
1
:
:
CH -- ;H ｾ＠
1
.
COOH
- H ,O
Ｍｾ＠
11
el cual ya puede en sus car)Jonos centrales fijar H2, hidrógeno que es suministrado por la
flavoproteína cuando el potencial redox del sistema es grande y pasa al último elemento de la
serie: el succínico, de donde resulta que la flavoproteína está intercalada en el sistema (oxalacético-málico), flavoproteína (fumárico-succínico). El succínico puede volver de nuevo a fumárico por la intervención de la succínico-deshidrogenasa. Pero en este sistema acontece que
de la misma manera que entre la primera parte
Flavoproteina
1
ｾ
COOH
1
COOH
6H,
ｈＮ
CH
Ｋ＠
11
CH
1
COOH
ｾ＠
1
CH,
1
COOH
(oxalacético-málico) se pasa a la segunda (fumárico-succínico) mediante los buenos oficios
del enzima amarillo, también se da el caso con-
1
CHOH
ｾ＠
11
CH
-
1
CH,
H .o
f-
1
COOH
1
COOH
El B) es el ciclo de KREBS. Parte ｾｳｴ･＠
sistema de un elemento que es el ácido pirúvico, procedente de la degradación de la molécula del
ácido fosfoglicérico, resultante a su vez de una
reacción de CANNIZARO, entre el pirúvico anteformado y el fosfoglicerol, que aguarda en la
sala de espera de la bioquímica muscular para
ejecutar su papel. Pues bien, este fosfoglicérico pasa a fosfopirúvico, y por último a pirúvico
CH, -
CO
COOH + COO
COO
ｾ＠
ｾ＠
H -
CH, -- CO
COOH
Ya t enemos, pues, el oxalacético como resultante de la captación del anhídrico carbónico
por un hidrógeno del grupo metílico del pirúvico. Una vez lograda la formación de oxalacético, éste fija una nueva molécula de pirúvico, y
desde un punto de vista meramente especula-t.;..,a.
ｾￓＧｔｩＮ｣ｯ＠
.....,
pod.c:.TJn..<>D
meno:
COOH
COOH
1
1
CH,
Ｍ
co
f--
cdoH
1
C-OH
1
ｾ＠
ｾｲｊＮ
C..\
ｾ＠
H
1
CH
11
COOH
oupo-n.c;..1C'
COOH
CH
ｾ＠
1
CH
1
COOH
COOH
+ H ,O
¿H
CH,
1
ｲ｣ｾｶ＠
COOH
1
COOH
ua.oa..
trario, es decir, que de la segunda fase se pasa
a la primera mediante la fumarasa, que pasa el
fumárico a málico, fermento que es una hidratasa.
C-
1
OH
+ CH, - CO -
COOH
1
COOH
COOH
1
CH2
1 /CH, -CO-COOH
COOH
eJ.
1
e
e/
/
OH
Ｍ
-
CO,
ｾ＠
1 "' COOH
1 "' OH
COOH
CH.
lo
:- 1 ....
;coo . H
COOH
1
COOH
1
CH,
6/0H
CH,
6 / 0H
1 "'COOH
CH,
CH,
6oH
1 "'COOH
1
COOH
Lo que primero ocurre es una tautomería entm la forma lactámica y la lactímica; esta úl-
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RESPIRACION CELULAR Y SUS MEDIADORES
TOMO XXV
NúMERO 1
De aquí, uniéndose de nuevo el oxalacético
con el pirúvico, se inicia otra vez el ciclo.
Esquemáticamente, h e aquí el proceso:
tima presenta entre los dos carbonos ｣･ｮｴｲ｡ｬｾｳ＠
un doble enlace· éste se rompe, Y a la valencia
el hidrógen_o
del carbono superior s e ｾｮ［ｯｲ｡＠
del grupo metílico del pirUVICO, con lo cual dicho carbono queda saturado; pero el grupo metilo ha pasado al - CH2 - R, en el que queda
una valencia insaturada, que, al encontrarse con
otra homóloga del carbono beta del oxalacético,
le da la mano, y el resultado final es el ácido
3 pirúvico-3 hidroxi-butanodioico, el cual, por
descarboxilación, pasa a citraldehido, y éste,
por oxidación del grupo carbonílico, pasa a ácido cítrico. Tal es el proceso desde un punto de
vista pura y simplemente hipotético. El ácido
cítrico sufre las siguientes transformaciones:
1
=
=
=
=
1
CH
H - CH
:
1 0• Pirúvico + CO, (difosfato de aneurina, cooxidasa)
oxalacéticoo
20• Oxalacético + Pirúvico + O = citricoo
3o• Citrico - H ,O ｾａ｣ｯｮｩｴ｡ｳＮＩ＠
Cis-ac6nitoo
40• Cis-ac6nito + H ,O (hidratasa) = isocítricoo
5o• Isocitrico - H , (deshidrogenasa)
oxal-succinicoo
60" Oxal-roccínico - CO, (descarboxilasa) = alfacetoglutárico.
70• Alfacetoglutárico - CO, (descarbozilasa)
aldebido succínicoo
So• Aldehido succínico + O (oxidasa)
ácido succínicoo
90 • Succínico - H, (deshi:Srogenasa)
fumárico.
100 Fumárico
H ,O (hidratasa)
málico.
11. Málico - H , (deshidrogenasa) = o:s:alacético.
COOH
COOH
-
1
OH - C
COOH
1
CH,
H ,O
1
C
ｾ＠
+
+ H ,O
COOH
15
---4
=
=
=
1
CH,
GARCÍA BLA..,co hace la siguiente clasificación de los sistemas oxidati vos:
1
1
COOH
COOH
Cis-ac6nito
Citrico
:Mt.diadores respirutorios
COOH
1
CO-H,
1
CH
S.s:ema
COOH
- H,
-4
-
COOH
1
co
1
CH -
1
CH,
-CO,
Ｍ
COO H
ｾ＠
CH,
1
COOH
Isocitrico
Oxalsuccinico
o•
00
00 0000 . . . 00 000 • • •
o.
..
000
o • o••• o... ..
citccrómico o " "
Codeshidrogenas3s I ó II-Fla\-ina
Codeshidrogenasas I 6 II-Flanna-Sistema
citocrómico ..
oooo o.. o.. ooooo...... .. oo o .. o
Codeshidrogenasas I ó U-Sistema oxalacético-succinico-Flavina-Sistema citocr6micoo
Co::.'lehidrasas I 6 II-S1stema oxalacéticosuccínico - Flavina - Sistema citocrómicoSistema citrico o"" .. o.. .. ..................
ｆｾ｡ＬＭｩｮｓｳＺ･ｭ＠
00
00 00
1
COOH
F"la\oina
00
..
00 . .
coo
....
H
1
co
1
CH,
- CO,
Ｍ
ｾ＠
1
COH
CH,
1
1
COOH
COOH
a-cetoglutárico
Succinaldehido
COOH
COOH
1
CH
1
- H,
CH,
Ｍｾ＠
11
1
CH
CR:
1
1
COOH
COOH
Succinico
Fumárico
COOH
COOH
1
CO - H ,
1
1
Ｍｾ＠
1
CH,
1
CH,
CH,
+O,
Ｍｾ＠
-
H,
1
co
1
CH,
1
COOH
COOH
Má!ico
Oxalacético
+ H,O
Ｍ
ｾ＠
1 .0
2 0•
30•
4.•
5o•
60•
Claro está que todos exigen la previa activación del sustrato mediante la proteína activadora (deshidrogenasa). Parece ser que para
lograr la oxidación de ciertos sustratos se precisa la actividad del grupo SH, que será el encargado de conectar el sustrato con el enzima.
Como fácilmente se comprende, también aquí el
quinto grupo se identifica con el de S. GYORGYI.
Esta nueva concepción de la deshidrogenación
ha tenido una fecunda aplicación a la práctica.
Hagamos, con GARcíA BLANco, su aplicación a
la determinación de los cocienfes respiratorios;
según la antigua concepción, era la relación entre el oxígeno necesario para la combustión y
el anhídrido carbónico resultante de la misma;
hoy sabemos que el carbono no se une al oxígeno, sino al H2 del agua intermedia. Es decir,
que se ha hecho intervenir un nuevo factor para
que el catabolismo de los principios inmediatos
tenga lugar: el agua, en su papel de donadora
de hidrógeno. Sinteticemos: 1.0 El oxígeno del
propio sustrato y del agua se une al carbono
del principio inmediato a oxidar y forma el anhídrido carbónico. 2. 0 El oxígeno atmosférico se
combina con el hidrógeno del agua y del principio inmediato y forma agua. La consecuencia
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de todo ello es saber qué cantidad de agua se
requiere para la combustión de una molécula de
principio y, por tanto, de 100 gramos del mismo.
Gram os
Agua necesaria
Principio
100 ... ... ... .. . ... 1 Hidratos de e
100 ......... .... .. Lipido.s .... . .. ... .. . . .
100
Proteína .... ... . ......... .
. ............·¡
54,5 g ram os.
217,1 gra mos.
130 gra mos .
RESPIRACIÓN Y FERMENTACIÓN. - Quedarían
incompletas las lineas que anteceden si no se
hiciera mención a la relación que eKiste entre
respiración y fermentación; tanto una como
otra son reacciones desmolíticas, es decir, consisten en desunir la estructura inter carbonada,
oponiéndose a la hidrolisis, que desliga la unión
oxicarbonada y nitrocarbonada. De ahí la agrupación de las enzimas en dos grandes grupos,
según intervengan en una u otra de estas r eacciones : hidr:olasas y desmolasas.
La fermentación puede decirse que es la respiración sin aire. Recordemos con RONDO!'n que
los organismos tienen tres maneras de procurarse energías: 1.0 Por respiración, tomando el oxígeno del aire o bien de la unión lábil que contrae con la hemoglobina, esto es, lo que se llama
la oxidación. P ero r estan aún otros dos mecanismos energéticos. 2. Por hidrolisis proteica
o autolisis; y 3. 0 E xcis ión anaerobia de la glucosa o glucolisis, que es la fermentación mejor
conocida, siendo r egulada por el índice d e PASTEUR-MEYERHOF, 6/ 1.
Respiración y fermentación parece ser que
están en sentido opuesto; la respiración máxima
corresponde a mínima fermentación, y a la inversa, a una f ermentación exuberante se opone
una respir ación inoperante. O sea, que la r espiración tiene la virtud de moder ar la f ermentación. Y teniendo en cuenta esto, podemos hacer
con las células una clasificación tridimensional
en células embrionarias, adultas y tumorales,
[;
r espiración
que se definen por la r elación - - - - - - --
m . de desintegración
Células
Respir ación
Desintegración
Embrionaria$ ... Máxima ... . . Máxima .... .... .
Adultas .. . . . . . . . . Minima
Mínima ... . . . . . . .
Cancerosas . . . . . . Minima ... . . . Máxima . . . . . . . . .
lt
,_
15 a bril 1947
R EV ISTA OLINIOA ESPAÑOLA
I ndice
6/ 1
13/ 1
Viendo este cuadro, ya se deducen hechos de
gran interés: 1.0 Que en las células embrionarias los dos procesos marchan acordes. 2.o Que
en las células adultas también son directamente
proporcionales, aquí ambas tienden a moderarse; y 3. 0 Que en las células cancerosas hay un
divorcio manifiesto entre ambos f enómenos,
hasta el punto que cuanto mayor es esa divergencia que viene dada por una intensa desintegración y menor respiración concomitante, tanto mayor es la malignidad del proceso neoplásioo. Ya WARBURG había visto que en el metabolismo de las células tumorales había una gran
producción de ácido láctico (fase anoxibiótica ) .
Y se observa que en la célula normal la glucolisis es anaerobia) en la enferma es aerobia y
que más adelante la respiración se deprime
mientras la glucolisis sigue siendo igual, hasta
que, por último, cesa ésta y la célula muer e.
Los trabajos de HARDEN-YOUNG y BATELLISTERN, entre otros, confirman que r espiración
y fermentación son muy análogas, dado el h echo de que, según MEYERHOF, la s ustancia r espiratoria del músculo puede hacer r eaparecer la
f ermentación en la levadura.
Fermentación y respiración mar chan a veces
independientes , como lo demuestra el hecho de
que pueden interrumpirse autonómicamente una
de otra por medio de sustancias que inutilizan
sus fermentos específicos. He aquí r esumidas
las más importantes :
Sust ancio.
F luoruros ..... ......
Monoyodoacético ..
Clanhidn co .. .. ... . .
Oxido de car bono
ｉｮｨｬ｢ｾ＾＠
Fermentación ,
Re:;piración.
Desde el punto de vista de lo t eleológico,
puede decir se que las células adultas respiran,
pero no tienen f ermentación en aerobiosis; s in
embargo, el cristalino de la r ata tiene una respiración nula y presenta, en cambio, un milímetro de anhídrido carbónico en fermentación aerobia y anaer obia; las células de la médula ósea
y, en general, aquéllas dot adas de una gran capacidad funcional , fermentan en pres encia de
oxígeno, h abiendo, como ya vemos, un parecido
con las embrionarias y tumorales.
Volviendo al cuadro expuesto más arriba, se
sabe que al cianhídrico inhibe la respiración y
no los procesos que se desarrollan en anaer obiosis, porque es un veneno de la catalasa, la
cual ejer ce el papel filáctico de proteger al organismo de un exceso de agua oxigenada.
•
La acción del óxido de carbono se interpret a
por la inhibición que produce en la hemoglobina y su acción sobre el f ermento respiratorio de
WARBURG, pudiendo ser sustituido por el azul
de metileno, como de h echo se hace en la intoxicación por este gas.
La inactivación que r ealiza el ácido monoyodoacético y, en general, todos los ácidos monohalogenados, parece ser debido a partir de los
sugestivos trabajos de VERZAR por inhibición
de las fosfatasas.
GRANF-DAVIES y LONGMUIK estudiaron, no
hace mucho tiempo, las r elaciones existentes en-
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RESPIRACION CELULAR Y SUS MEDIADORES
'rOMO XXV
NúMERO 1
tre la secreción del ácido clorhídrico y los fenómenos eléctricos en la mucosa gástrica de la
rana (•).
Ya antes de ellos ENGELMA1'l', en 1872; KELLDR, en 1929, y REHM, en 1943, han observado
el papel que desempeña la diferencia de potencial en la producción de las secreciones por clectroendosmosis. En el caso concreto de la mucosa gástrica, ellos han encontrado que la energía
eléctrica produce ácido por una reacción semejante a la siguiente:
Na
+
Cl
+
H ,O -
･ｲＮ
ｾ ｲｧＡ｡＠
ｾ＠
eJéctrica ｾ＠
Ｏ
ｾ＠
H
+
Na
+ C!
+ OH
En ciertas épocas del año tiene un potencial
diferencial de 30 a 40 milivoltios, la magnitud
de éste decrece con el aumento de la secreción
ácida. Anaeróbicamente, t anto el potencial diferencial como la secreción ácida quedan abolidos. El cianhídrico en atmósfera de 0,004, las
soluciones saturadas de cloroformo y el yodo
acético en 0,003 atmósferas inhiben la secreción
e igualmente el potencial. Los fluoruros en atmósfera de 0,003 tienen algún efecto pequeño
en el potencial diferencial y en la secreción. El
tiocianato en una atmósfera de 0,01 eleva el
potencial diferencial primeramente con r especto a la secreción, y ésta es luego suprimida.
Todo esto sugiere que la energía eléctrica de la
mucosa deriva aparentemente de la respiración,
jugando un importante papel en el mecanismo
de la r espiración celular.
LA RESPIRACIÓN CELULAR Y LA PATOLOGÍA.Cuando el organismo s.e encuentra en un estado de normalidad, estos procesos tienen lugar
de manera reglada y eficaz, pero cuando en la
intimidad de los tejidos se instaura el drama
de lo patológico, entonces ya no ocurre así, sino
que el mecanismo se desvía, se queda a mitad
de camino, realizándose interferencias entre el
metabolismo tisular humano y el de los microorganismos agresores, ambos metabolismos se
enlazan, se conjugan, se simultanean, y el resultado es una penuria vital. Así, por ejemplo,
el bacilo de Koch h a de vivir patogénicamente
unas veces y simbióticamente otras con el organismo humano. Antes se decía que la consecuencia d.e esto era un aumento del metabolismo basal, pero MONGEAUX, en un estudio clásico, refuta esta hipótesis y afirma que el enflaquecimiento del fímico proviene no de una exageración de los cambios basales, sino que por lo
que r especta a las albúminas y grasas, encuentra una incapacidad de continuar el proceso degradativo más allá de la fase de ácidos aminados y de ácidos grasos, pero llegado este estadio, es incapaz de síntesis en sus propios tejidos.
Precisamente esto nos fundamenta una t era(•)
"The Biochemical Journal", 1946.
17
péutica, la de la vitamina C, que, como sabemos, es lipasa formadora, interviene en ｰｲ･ｳｮｾ＠
cia del cobre en la oxidación de los ácidos grasos, en la formación del glucógeno, en la uropoyesis, contribuyendo, por tanto, a la desintegración grasa y síntesis de la misma. No se limita a ésto la vitamina C en su relación con
esta enfermedad, sino que, teniendo en cuenta
su elevado potencial óxidorreductor, ORTEGA,
basándose en los trabajos de WEND, apunta la
idea de que su influencia es directa sobre el
granuloma tuberculoso de reacción fuertemente positiva, al que deja reducido, produciendo
su curación. Otros autores han estudiado el
efecto de la tuberculina en el organismo por lo
que se r efiere a la respiración celular mediante
ciertos colorantes.
Pero no necesitamos para esto acudir a una
enfermedad como la infección kochiana, que
trastrueca y desvertebra a todos los mecanismos vitales, para apreciar cómo una enfermedad que aparentemente no tiene la menor influencia sobre la respiración interna, sin embargo la influye, y mucho, hasta el punto de
que gran parte de las alteraciones que encontramos se producen por ese mecanismo. Me refiero a las cardiopatías. En ellas, como sabemos, desciende el volumen minuto a veces relativamente, otras totalitariamente; en el primer caso se indica que aunque esté aumentado
con relación a la normalidad, no basta a cubrir
las necesidades sobreaumentadas por la enfermedad, y como consecuencia se producen una
serie de fenómenos, que se imbrican de la siguiente forma:
1.0 T aquicardia compensadora para aumentar el volumen minuto.
2.° Cianosis, ya que el requerimiento en oxígeno es muy grande y el volume!l minuto no
basta a cubrirlo.
3.o También porque el organismo aprovecha
mejor la oxigenación sanguínea, trayendo como
consecuencia un aumento de la diferencia arteriovenosa, que del 30 por 100, que es lo normal,
pasa al 60 por 100.
4.0 Al estar disminuido el oxígeno hay, consecuentemente, una escasa combustión del ácido láctico.
5. 0 Se produce acidosis con descenso de la
reserva alcalina, con casi desaparición de urea
en orina, ya que el nitrógeno se aprovecha en
la formación de amoníaco, lo que aumenta el residuo urinario en sales amoniacales.
En los hipertónicos con esclerosis vascular,
como hay una dificultad de relación entre los
tejidos y la sangre, hace que haya una reacción
normal en la sangre, mientras que en los t ejidos
se desvía a la acidosis (STRAUB y BEKCMANN).
Ya. sabemos las consecuencias que esto acarrea
en la respiración biológica. Lo mismo podemos
razonar sobre la genial concepción de EPPINGER
sobre la inflamación serosa, aplicable entre
otras afecciones a las hepatitis, las glomerulonefritis, la neumonía en su primera fase de re-
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15 abril 1947
REVISTA OLINIOA ESPAÑOLA
manso seroso, la intoxicación intestinal infantil,
con el cataclismo metabólico concomitante, con
las alteraciones de la relación tricameral e incumplimiento de la ley de SARRES, que regula
el aporte de oxígeno a los tejidos, con el colapso que producen sobre todo el organismo. Lo
nusmo puede razonarse en los estados carenciales y dishormónicos.
De la importancia de los mediadores en relación con la patología y precisamente en su función respiratoria, y por ende jugando un papel
insustituíble en el metabolismo celular, nos habla modernamente una comunicación suscrita
por MADINAVEITIA y publicada en el "The Biochemical Journal", en 1946, donde se estudia el
papel antagonista entre la riboflavina (vitamina B2)-precursora del fermento amarillo-y
las drogas antimjláricas del grupo de la acridina, tomando como test biológico el lactobacillus casei E. En resumen, la mayoría de las
afecciones graves alteran el mecanismo respiratorio tisular, y la resultante de ello, cuando
no se tiene en cuenta, puede hacer irreversibles
las lesiones patológicas.
RESUMEN.
Consiste la respiración celular en un proceso tripartito : deshidrogenación del sustrato,
transporte del hidrógeso vehiculado por los
mediadores respiratorios hasta su connubio con
el oxígeno y resultado de este enlace, la formación de agua, equivalente a la puesta en libertad de 68.000 calorías.
La eliminación del anhídrido carbónico es meramente accidental, y está catalizada por unos
fermentos específicos llamados descarboxilasas,
carboligasas de NEUBERG.
En esta labor de respiración interna intervienen: a) Sustrato. b) Fermentos respiratorios
y deshidrogenantes. e) Mediador.es o transportadores. La agrupación del fermento específico,
con su correspondiente transportadpr, se integra en un sistema oxidativo. Teniendo en cuenta las ideas actuales, se tiende a la admisión de
una multiexistencia de sistemas; no es un solo
sistema, como quería S. GYORGYI, el que haya
de monopolizar el proceso; antes al contrario,
GREEN, ÜPPENHEIMER y otros, arguyen que así
como no hay un solo sustrato, resulta lógico
supone!l que tampoco sea único el sistema de
respiración del mismo; se admiten 6 sistemas
en orden al grado de complicación.
Respiración y fermentación guardan íntimas
relaciones, y así como en el enzima, que cataliza la fermentación alcohólica, se puede demostrar la respiración mientras que el proceso en
que interviene es anaerobio por completo, de la
misma manera ocurre que, según MEYERHOF,
con la sustancia respiratoria del músculo se
puede hacer reaparecer la fermentación en la
levadura. Como ejemplos de una relación inversa, puede aducirse el que en las células adultas
la respiración deprime la f ermentación. Por último, estos procesos se alteran paralelamente a
los progresos de la. causa morbi hasta el punto de que la definición de la malignidad de un
complejo célulotumoral se hace en función de
su intensidad respiratoria y con relación a su
metabolismo de desintegración, y un hecho tan
simple como el prurito determinado por las varices halla su explicación en un deficiente proceso de respiración interna.
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