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TEMA III
OXIDACIONES BIOLOGICAS
(BIOENERGETICA)
OXIDACIONES BIOLOGICAS (BIOENERGETICA)
Las actividades que realizan las células requieren
energía. Ej: Síntesis, transporte de sustancias, etc.
La energía proviene del sol, (Fotosíntesis), (Autótrofos).
Los seres vivos incorporan moléculas complejas,
(Heterótrofos), para producir Energía (ATP) para realizar trabajo (Químico, Osmótica, Mecánico).
OXIDACIONES BIOLOGICAS (BIOENERGETICA)
Los organismos aerobios, que requieren oxigeno del medio
para vivir y aprovechar la energía de los alimentos.
Las oxidaciones a las que son sometidas las moléculas es el
principal mecanismo de liberar energía. La oxidación de la glucosa es igual en el organismo que en laboratorio los productos finales. (Exergonica) C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O
OXIDACIONES BIOLOGICAS (BIOENERGETICA)
La oxidación de la glucosa en la célula no puede realizarse por elevación térmica.
La oxidación de la glucosa y de otras sustancias se realiza de manera ordenada.
La oxidación de sustancias proveedoras de energía liberan gradualmente que permiten su utilización con gran eficiencia.
En los seres aerobios la oxidación es la fuente de energía.
OXIDACION - REDUCCION
Oxidación.- Es la captación de oxigeno Ej: 4 Fe + 3 O2 2 Fe2O3 C + O2 CO2 (Combustión)
Reducción.- Es la perdida o disminución del contenido
oxigeno de un compuesto. Fe2O3 + 3 H2 2 Fe + 3 H2O
OXIDACION - REDUCCION
Todos los elementos que se oxidan pierden o ceden electrones.
Los que reducen ganan electrones. Ej: 2 Fe + 3 Cl2 2 Fe Cl3
La Oxidación y Reducción siempre van acopladas, una oxida y otra reduce.
OXIDACION - REDUCCION
Los electrones cedidos por un elemento no puede quedar libre debe ser captado por otro.
Redox. Elemento que se oxida es agente reductor. El que reduce es el agente oxidante.
OXIDACIONES BIOLOGICAS
Gran parte de sustrato que se oxidan en el organismo sufren deshidrogenación.
El hidrogeno sustraído se une al oxigeno molecular y forma agua.
Ej: ½ O2 + 2 H + 2 e H2O
OXIDACIONES BIOLOGICAS
La reacción de deshidrogenación son catalizadas por deshidrogenasa, el H es captado por la coenzima que puede ser (NAD, NADP o FAD)
Cuando la reacción es fuerte o brusca hay liberación de energía la célula no puede aprovecharla y se pierde por medio de calor.
En los procesos biológicos, los H que se quitan al sustrato no son directamente oxidados por el O. si no es transferida a distintas sustancias de potencial de reducción creciente.
OXIDACIONES BIOLOGICAS
Existe un proceso gradual en la que los H son utilizados en etapas donde la energía es liberada en forma fraccionada y la célula puede captarla.
En este proceso también hay liberación de H2O, pero la energía ha sido fraccionada para poder ser utilizada para la producción de trabajo.
CADENA RESPIRATORIA
Cadena respiratoria también llamada cadena de transporte electrónico.
Los sustratos que son degradados proporcionan H que son captados por coenzimas y cedidos a aceptores dispuestos ordenadamente según el potencial de reducción asociadas a enzimas que catalizan la transferencia de H, al conjunto se llama cadena respiratoria.
(H) y (e) frecuentemente son denominados (equivalente de reducción)
CADENA RESPIRATORIALa cadena tiene una serie de etapas. - Se transfiere 2 (H) y 2(e) cedidos por el sustrato. - Los protones quedan en el medio y los (e) pasan de un
aceptor a otro. - El O capta (e) y forma O2 altamente reactivo y se une al Protón (H) del medio y forma H2O como producto final.
Los (H) no pasan directamente de un sustrato dado al (O) o a cualquier otro aceptor si no existen enzimas que catalizan esas transferencias.
MITOCONDRIASSon organelas en las cuales tiene lugar la
transferencia ordenada de electrones y la captación de la energía que el flujo de electrones produce.
Tamaño, forma y número varia de un tejido a otro.
La estructura básica es la misma para todos.
Posee una membrana externa que tiene contacto con el citoplasma.
MITOCONDRIAS
Posee una membrana interna que delimita la matriz mitocondrial, es permeable muy selectiva, solo es atravesada libremente por el H2O, O2, CO2, NH3.
Presenta invaginaciones llamadas crestas, mas son en células de alta actividad respiratoria.
En la cara interna existe partículas submitocondriales.
MITOCONDRIASExiste varias enzimas en el espacio ínter
membranas.
En la membrana interna existen doble capa lipidica, proteínas.
En ella se encuentran los componentes de la cadena respiratoria.
Las estructuras y enzimas responsables de la captación de energía y síntesis de ATP y distintos sistemas de transporte de sustancias a través de la membrana.
COMPONENTES DE LA CADENA RESPIRATORIA
Todos los integrantes de la cadena de transporte de electrones se encuentran en la membrana interna de la mitocondria, es un sistema multienzimatico ordenado.
A la matriz mitocondrial llegan sustratos oxidables (Piruvato, cetoglutarato, etc.), son deshidrogenados cuya coenzima es un nucleótido de nicotinamida.
En las células existen el NAD, NADP ambos actúan como aceptores de (H) y electrones.
AH2 + NAD A + NADH + H
COMPONENTES DE LA CADENA RESPIRATORIA
El (NADH) que se forma en el citoplasma no puede ceder (H) a la cadena para eso necesita aceptores intermediarios que puedan atravesar la membrana interna.
El (NAD) reducido en la matriz mitocondrial cede (H) a la cadena respiratoria para producir energía.
El (NADP) reducido transfiere (H) a ser utilizados en la síntesis de Ac. Grasos y Esteroides.
También puede transferir (H) al (NAD) reacción catalizada por una transhidrogenasa.
FLAVOPROTEINAS
Son grupos prostéticos firmemente unidos a otros elementos.
(FMN) Flavina Mononucleotido – derivado de un
penta alcohol (ribitol) y resto de ortofosfato. (FAD) Flavina Adenina Dinucleotido
El (FMN)(FAD) son componentes de la riboflavina Vit.B
CITOCROMOS
Son hemoproteínas con capacidad de aceptar electrones.
El átomo de (Fe) del hemo capta reversiblemente un electrón, pasando del estado oxidado (Fe3) al reducido (Fe2).
Hay varios tipos de citocromos (A,B,C).
EL más conocido es el C esta compuesto por 104 aminoácidos y un grupo prostético hemo.
Citocromo oxidasa atraviesa el espesor de la membrana, es el único que transporta electrones directamente para reaccionar con el oxigeno.
CITOCROMOS
Existen inhibidores que inhiben el transporte de electrones en los citocromos B y C.
Ej: Los cianuros , monóxido de carbono, inhiben
específicamente a la citocromo-oxidasa y bloquean la etapa final de activación del oxigeno.
Estos inhibidores no solo han ayudado a establecer la secuencia de la cadena respiratoria.
También han permitido conocer mejor el mecanismo de acción de algunos fármacos y de ciertos venenos.
FORMACION DE PRODUCTOS DE REDUCCION PARCIAL DEL OXIGENOLa etapa final de la cadena respiratoria es la
reducción de una molécula de oxigeno por la cesión de cuatro electrones (O2)2.
Si la reacción no es completa se forman productos tóxicos que afectan a las moléculas constituyente de la célula.
Esos productos son: Peróxidos (H2O2), Súper óxidos (O2), Hidroxilo (HO ), Radicales libres
H2O2 + O2 O2 + HO + HO
FORMACION DE PRODUCTOS DE REDUCCION PARCIAL DEL OXIGENOLos radicales (HO) son mas reactivos y tóxicos y los
efectos nocivos sobre diferentes componentes de la célula, como ADN, Proteínas, Enzimas, Lípidos son:
a) Producen ruptura de ADN y modifica químicamente
las bases nitrogenadas. b) Oxidan grupos sulfhídrilo –s-s- de proteínas alterando sus moléculas. c) Atacan Ac. Grasos insaturados de lípidos
componentes de membranas (formando peróxidos)
FOSFORILACION OXIDATIVA
FOSFORILACION OXIDATIVA
Es la producción de ATP utilizando la energía liberada durante el transporte de electrones a lo largo de la cadena respiratoria.
Es una reacción endergonica que puede ocurrir si es acoplada a procesos que suministren la energía necesaria.
ADP + P¡ ATP + H2O
FOSFORILACION OXIDATIVA
En las oxidaciones de sustrato catalizadas por enzimas que utilizan el (NAD), este transfiere los equivalentes a reducción al primer componente de la cadena (NADH – Dehidrogenasa).
Desde allí recorren todos los aceptores
intermediarios hasta producir finalmente agua.
MECANISMO DE LA FOSFORILACION OXIDATIVA
La energía producida por la transferencia de electrones es aplicada a la síntesis de ATP.
El complejo se realiza a nivel de membrana interna y citoplasma de la mitocondria y membrana externa.
La síntesis de ATP en la mitocondria se realiza en las partículas submitocondrial.
En el proceso de transporte de electrones, protones (H) por los citocromos que son los que atraviesan las membranas y conducen a la superficie interna y allí donarlos al oxigeno.
INHIBIDORES DE LA FOSFORILACION OXIDATIVA
Existen agentes que no bloquean si no que disocian el proceso de fosforilación, se llaman desacoplantes.
A los compuestos que transportan iones a través de la membrana se les llama Ionoforo como el (DNP)(2,3 dinitrofenol).
Ej: Antibiótico la valinomicina actúa como ionoforo de (K) suprime el potencial eléctrico a ambos lado de la membrana y entorpece la fosforilación acoplada al ingreso de protones.
CONTROL RESPIRATORIO
El mas importante factor regulador de la fosforilación oxidativa es el nivel de ADP en la matriz mitocondrial.
Cuando no hay ADP la respiración se detiene.
En presencia de (O) y con provisión adecuada de sustrato, la actividad respiratoria de las mitocondrias depende de la cantidad de (ADP) disponible.
CONTROL RESPIRATORIO
Este efecto regulador exige un estrecho acoplamiento entre el transporte de electrones y la fosforilación y ha sido denominado Control Respiratorio.
Cuando se desacopla la fosforilación por acción del (DNP) el control respiratorio desaparece.
En estos caso, como el transporte de electrones continua, toda la energía liberada se disipa en forma de calor.
CONTROL RESPIRATORIO
La provisión de ADP en la mitocondrias esta dado por un traslocador especifico, existente en la membrana interna, el cual introduce ADP de exterior y lo intercambia por ATP.
Este es enviado a otros sectores de la célula en los que son utilizados.
Al no ingresar ADP principal estimulo de la respiración, el transporte de electrones se detiene.
FOSFORILACION A NIVEL DE SUSTRATO
La degradación de sustancias en las células se produce a través de una serie de transformaciones químicas sucesivas,(vías metabólicas).
Los productos o compuestos formados en las vías metabólicas pueden reaccionar directa o indirectamente con ADP para formar ATP a este tipo de transferencia de energía se llama fosforilación a nivel de sustrato.
La fosforilación a nivel de sustrato a diferencia de la oxidativa no requiere la presencia de oxigeno para formar ATP. Ejemplo:
