LANZADERAS - OXIDACIONES BIOLGICAS

LAS LANZADERAS BIOLÓGICAS:

En la vía glicolítica, cualquier proceso de óxido – reducción a nivel del citosol

genera NADH + H+, como en el caso de la vía glicolítica aeróbica. Entonces, este

par de electrones deben ser introducidos en las mitocondrias para que generen

energía…

Esto se da mediante las 2 principales lanzaderas: el glicerol – 3 – fosfato y el

malato – aspartato…

LANZADERA DEL GLICEROL – 3 – FOSFATO:

Tenemos un compuesto inicial: la di – OH – acetona – 3 – fosfato, que mediante

la acción de los 2 electrones libres que se incorporan, forman el glicerol – 3 –

fosfato. La enzima que cataliza esta reacción se llama glicerol – 3 – fosfato –

deshidrogenasa y el cofactor de óxido – reducción empleado es el NADH + H+

que se oxida a NAD+…

Este compuesto entra en la mitocondria (con el par de electrones con él…) y allí

se da el proceso inverso: el glicerol – 3 – fosfato se transforma en di – OH –

acetona – 3 – fosfato, la cual sale de la mitocondria y se repite el proceso otra

vez…

El cofactor empleado esta vez es el FAD, que se reduce a FADH2 y genera una

cadena respiratoria que da como resultado 2 ATPs… Pero hay otra lanzadera

más eficiente…

LANZADERA DEL MALATO – ASPARTATO:

Tenemos fuera de la mitocondria a una molécula de L – malato, la cual se va a

oxidar a oxalacetato (intermediario del ciclo de Krebs…), mediante la acción del

NAD+. Este proceso genera 3 ATPs…

Pero resulta que el oxalacetato no puede atravesar la membrana mitocondrial;

por lo que por transaminación, el GLU se convierte en α-cetoglutarato (otro

intermediario del ciclo de Krebs…). Y el oxalacetato se transforma en ASP, el cual

sale de la mitocondria…

Ya fuera, se da el mismo proceso pero en sentido contrario… generándose otra

vez GLU y oxalacetato… Y esta última molécula se reduce a L – malato otra vez

por la acción de la L – malato deshidrogenasa y el cofactor NADH + H+… El L –

malato ingresa a la mitocondria y el proceso se da una vez más…

IMPORTANCIA:

En la vía glicolítica aeróbica se produce un par de NADH + H+, que si la vía

glicolítica fuera anaeróbica se usarían en la última reacción (piruvato

lactato…), y si este par de electrones estuvieran dentro de la mitocondria,

generarían una cadena respiratoria al instante, pero como no lo están, se

requiere de estos 2 compuestos (lanzaderas)…

La lanzadera del glicerol – 3 – fosfato tiene una restricción que le da un menor

aprovechamiento de energía: el cofactor FAD, que sólo genera 2 ATPs… En

cambio el cofactor de la otra lanzadera es el NAD+, que genera 3 ATPs…

El oxalacetato no puede atravesar la membrana mitocondrial, por lo que el GLU le

de su grupo α- amino y se transforma en ASP, que puede salir… Y recordar que en

el balance del ciclo de Krebs anotamos que la producción de energía era de 38

ATPs, pero depende de la lanzadera…

Usando la lanzadera del glicerol – 3 – fosfato obtenemos sólo 36 ATPs; pero

usando la del malato – aspartato obtenemos los 38 ATPs…

En conclusión: lo más importante es que la célula tiene mecanismos para

introducir e- generados fuera de la mitocondria (sin valor energético…) en ella

para que generen energía…

OXIDACIONES BIOLÓGICAS:

Son una serie de reacciones donde ocurre un intercambio de electrones entre

las moléculas, para generar energía, caso del ciclo de Krebs, la β-oxidación de

AG y la oxidación de AAs… Se dan a nivel generalmente a nivel mitocondrial, y

si no, introduce los electrones a ella mediante las lanzaderas ya estudiadas…

Es importante repasar bien los conceptos básicos: OXIDACIÓN reacción que

implica pérdida de electrones o lo mismo que pérdida de H+ y/o ganancia de

O2… REDUCCIÓN todo lo contrario…

Las reacciones de reducción – oxidación (REDOX) se caracterizan por:

Siempre tienen 2 compuestos reaccionantes… AH2 + B A + BH2

Siempre involucran la pérdida o ganancia de electrones (H+) entre los

reaccionantes…

Tiene 2 estados REDOX: estado oxidado (AH2) y otro reducido (BH2)…

Siempre hay un agente reductor (el que se oxida AH2) y uno oxidante (el

que se reduce BH2)…

Por convención, los pares REDOX son: A/AH2 y B/BH2…

Siempre hay 2 semi (ó hemi) reacciones de óxido – reducción: la de

oxidación (AH2 A + 2e- + 2H+) y la de reducción (B + 2e- + 2H+ BH2)…

Presentan un potencial REDOX, que es la capacidad o afinidad de un

reaccionante por los electrones…

Todas son reversibles…

DETERMINACIÓN DEL POTENCIAL REDOX DE UN REACCIONANTE (E):

Método experimental:

Se usa un elemento de referencia (en este caso, es el H)… que lo vamos a

colocar en una cubeta de vidrio en solución. Como sabemos, el H tiene 2 estados: el

reducido (H2) y el oxidado (H+), y los colocamos en condiciones estándar prima

(Eº’): pH = 7, Tº = 25ºC, P = 1 atm, [ ] = 1 M… Así los tenemos en equilibrio a los

2…

Y en otra cubeta, colocamos la sustancia

problema, también en sus estados

reducido (X-) y oxidado (X+) en las

mismas condiciones anteriores…

Luego, los conecto a través de un

sistema de electrodos con un

amperímetro en el medio para medir

el voltaje…

El valor establecido por los científicos son de EHº’ = 0,00 V… Si la sustancia

problema tiene más afinidad por los electrones que el H, entonces la agujita se va

a mover, ya que va a haber un flujo de electrones de A hasta B (lectura positiva,

ejemplo: +0,02 V)…

Pero si se ve que el flujo va desde B hasta A, entonces esta sustancia tiene

menor afinidad por los electrones que el H (lectura negativa, ejemplo: - 0,03 V)…

Un ejemplo práctico:

CH3-CHOH-COOH + NAD+ CH3-CO-COOH + NADH + H+

(-0,19 V) (-0,32 V)

Agente reductor: lactato

Forma reducida: piruvato

Agente oxidante: NAD+

Forma oxidada: NADH + H+

Mediante este principio es que funcionan las pilas, sólo que con circuitos

integrados…

Método matemático:

Se usa la fórmula: Donde…

Eh = energía real observada

n = nº de electrones transferidos

(sólo puede ser 1 ó 2)

f = constante de Faraday (23 062

cal/mol.e-.V)

Aceptor de e- = forma oxidada

Donante de e- = forma reducida…

Pero para las condiciones estándar prima ya expuestas,

la fórmula se reduciría a

Nota: se usa la constante 0,06 V si sólo hay 1 electrón en juego; y 0,03 V

cuando son 2… Si analizamos la fórmula, veremos que los valores de Eº’, 0,06 ó

0,03 V son constantes; por lo que la Eh depende exclusivamente de las [ ] de las

formas oxidada y reducida…

PROBLEMA 01: Hallar el Eh del NAD si el 70% de sus moléculas están

oxidadas en la reacción: CH3-CHOH-COOH + NAD+ CH3-CO-COOH + NADH

+ H+

Tomamos los datos necesarios: Eº’ = -0,32 V (dato proporcionado…) y como el

proceso involucra 2 e-, tomamos la constante de 0,03 V… el resto es sólo

reemplazar…

PROBLEMA 02: Hallar la ΔGº’ de la reacción enzimática de la lactato –

deshidrogenasa (LDH).

Hallamos primero la ΔEº’ = - 0,32 V – (- 0,19 V) = - 0,13 V

Además, recordar: CÁLCULO DE LA ΔGº’ DE UN PROCESO REDOX:

ΔGº’ = - n.f. ΔEº’ Considerando que… ΔEº’ = ΔEº’(OX) - ΔEº’(RED)

Reemplazando… ΔGº’ = - 2(23 062)(-0,13 V) = +5 996,12 cal/mol = +6 Kcal/mol

PROBLEMA 03: Calcular la ΔGº’ de la siguiente reacción: NADH + H+ + ½ O2

NAD+ + H2O. (ΔEº’ ½ O2 = +0,82 V)

Hallamos primero la ΔEº’ = 0,82 V – (- 0,32 V) = 1,14 V

Reemplazando… ΔGº’ = - 2(23 062)(1,14 V) = - 52 581,36 cal/mol = -53 Kcal/mol

Recuerden siempre que esta gran cantidad de energía es liberada por partes, sino

la pobre célula se quema… Para ello la naturaleza ha diseñado una cadena

respiratoria, que a través de 7 intermediarios logra este objetivo…