Semana 6Las clulas tienen cuatro necesidades esenciales:Piezas de construccin molecularCatalizadores qumicos denominados enzimasInformacin que gue todas sus actividades y Energa para impulsar las diferentes reacciones y procesos esenciales para la funcin biolgica y para la vida

Molculas que necesitan las clulas: aminocidos, nucletidos, azucares y lpidos. A estos aadiremos agua, sales inorgnicas, iones metlicos, oxgeno y dixido de carbono

Enzimas: aceleran la velocidad de las reacciones

La informacin esta codificada en los nucletidos de las secuencias de ADN y ARN y se expresa en la sntesis de protenas especficas. La informacin gentica que se almacena, trasmite y expresa como ADN, ARN y protenas determina qu clase de reacciones qumicas puede llevar a cabo una clula, que clase de estructuras es capaz de formar y que clase de funciones puede realizar

La energa es necesaria para impulsar las reacciones qumicas implicadas en la informacin de componentes moleculares y para propulsar las numerosas actividades que realizan estos componentes. La capacidad para obtener, almacenar y usar la energa es una de las caractersticas ms evidentes de los seres vivos

La importancia de la energa

La energa se define como la capacidad de realizar un trabajo, la energa es la capacidad de causar cambios especficos

Las clulas necesitan energa para impulsar seis tipos de cambios diferentes: Seis categoras de cambios que definen seis clases de trabajo:1. Trabajo de sntesis2. Trabajo mecnico3. Trabajo para concentrar molculas4. Trabajo elctrico5. Trabajo necesario para generar luz6. Trabajo para generar calor

Trabajo de sntesis: cambios en los enlaces qumicos. La biosntesis es una actividad que realizan todas las clulas durante todo el tiempo, que tiene como resultado la formacin de nuevos enlaces y la generacin de nuevas molculas

El trabajo de sntesis es necesario para mantener las estructuras

La mayora de los componentes estructurales existen en la clula se encuentran en un estado de renovacin constante. Las molculas que determinan la estructura son degradadas y sustituidas de forma continua

Casi toda la energa que la clula requiere para el trabajo de biosntesis se destina a conseguir molculas orgnicas ricas en energa a partir de materiales iniciales ms simples

Los niveles de complejidad estructural ms elevada se producen por autoensamblaje espontaneo, sin mayor aporte energtico

Trabajo mecnico: cambios en la localizacin y orientacin de una clula o de su estructura subcelular. El trabajo mecnico implica un cambio fsico en la posicin u orientacin de la clula o de parte de ella

Este movimiento requiere la presencia en la clula de algn tipo de apndice mvil como un cilio o un flagelo

Trabajo de concentracin: movimiento de molculas a travs de una membrana en contra de un gradiente de concentracin. El trabajo de concentracin es acumular sustancias dentro de la clula o de algn compartimiento subcelular o bien retirar subproductos de la actividad celular que no pueden seguir siendo utilizados por la clula y que podran ser incluso txicos si se les permitiera acularse en el interior celular

Trabajo elctrico: movimiento de iones a travs de la membrana en contra de un gradiente electroqumico. El trabajo elctrico se considera un caso especial de trabajo de concentracin debido a que tambin implica movimientos a travs de membranas. En este caso los iones se transportan y el resultado no es solo un cambio en la concentracin de iones sino tambin el establecimiento de un potencial elctrico a travs de la membrana

El trabajo electico es tambin importante en el mecanismo por el cual los impulsos se conducen en las clulas nerviosas y musculares

Electroplacas: cada una de las cuales pueden generar un potencial de membrana de alrededor de 150 milivoltios (mV)

Calor: un aumento de temperatura que puede ser til para los animales de sangre caliente. El calor es una fuente de energa principal en los homeotermos (animales que regulan sus temperatura corporal independientemente del entorno)

A 37 Code temperatura el cuerpo funciona de manera eficaz

Bioluminiscencia: la produccin de luz. Bioluminiscencia como otra forma en la que las clulas utilizan la energa. La luz se genera por la reaccin del ATP con compuestos luminiscentes especficos y usualmente es de color azul plido

La mayora de los organismos obtienen la energa de la luz del sol o de las molculas orgnicas de los alimentos

La energa solar llega a la parte superior de la atmosfera de la Tierra a una tasa de 1.94 cal/min por centmetro cuadrado de superficie trasversal, un valor que se conoce como constante solar

Los organismos pueden ser clasificados en dos grupos basndose en sus fuentes de energa. El primer grupo organismos capaces de captar la energa luminosa por medio de sistemas de pigmentos fotosintticos, que almacenan la energa en forma de molculas orgnicas como la glucosa. Tales organismos se denominan fottrofos (literalmente comedores de luz) en incluyen plantas, algas, cianobacterias y ciertos grupos de bacterias capaces de realizar la fotosntesis

Segundo tipo de organismos denominados quimitrofos (literalmente comedores de qumica), debido a que requieren la ingesta de compuestos qumicas tales como carbohidratos, grasas y protenas. Todos los animales, protistas, hongos y la mayora de las bacterias son quimitrofos

Los fottrofos aunque pueden utilizar la energa solar cuando est disponible son tambin capaces de funcionar como quimitrofos y de hecho lo hacen cuando no estn iluminados

La energa fluye continuamente a travs de la biosfera

Quimitrofos y fottrofos difieren en la forma de energa que pueden utilizar. Los quimitrofos requieren molculas orgnicas, mientras que los fottrofos captan las radiaciones solares y las convierten en la energa de los enlaces qumicos

La energa solar es captada por los fottrofos y utilizada para convertir dixido de carbono y agua durante el proceso de la fotosntesis

Los productos inmediatos de la fijacin de carbono en la fotosntesis son azucares

Los quimitrofos son incapaces de utilizar la energa solar directamente y dependen de la energa qumica de las molculas oxidables. Las necesidades de energa de los quimitrofos se pueden satisfaces anaerbicamente (en ausencia de oxigeno) por fermentacin o aerbicamente (en presencia de oxigeno) por la oxidacin completa de compuestos qumicos en el proceso de la respiracin aerobiaLos quimitrofos dependen completamente de la energa que los fottrofos empaquetan en las molculas fermentables u oxidables de los alimentos

Tanto los fottrofos como los quimitrofos utilizan energa para realizar trabajo

La energa se pierde en forma de calor, el calor se disipa en el entorno y se pierde

Los animales de sangre caliente usan el calor para mantener la temperatura corporal a un nivel constante, normalmente por encima de la temperatura ambiente

El flujo de energa a travs de la biosfera va acompaado de un flujo de materia

La energa entra en la biosfera desprovista de materia (como fotones de luz) y abandona la biosfera de manera similar (como perdida de calor y aumento de entropa)

BIONERGETICA

Los principios que gobiernan el flujo de energa e incluyen en una rea de la ciencia que el qumico fsico denomino termodinmica. La termodinmica se ocupa de las leyes que gobiernan las transacciones de energa que inevitablemente acompaan a la mayora de los procesos fsicos y a todas las reacciones qumicas

La bioenergtica se puede considerar como una termodinmica aplicada, se ocupa de la aplicacin de los principios de la termodinmica a las reacciones y procesos del mundo biolgico

Para entender el flujo de energa necesitamos comprender los sistemas, el calor y el trabajo

La energa no simplemente es la capacidad de hacer un trabajo sino especficamente como la capacidad de causar cambios

La porcin limitada de universos que uno desea considerar en el momento se denomina sistema y al resto del universo le denominamos entorno

Los sistemas pueden ser abiertos o cerrados, dependiendo de si pueden o no intercambiar energa con su entorno. Un sistema cerrado est aislado de su entorno y no puede recibir ni liberar energa en ninguna forma. Un sistema abierto puede recibir o perder energa

Se dice que un sistema est en un estado especfico si cada una de sus propiedades variables (tales como temperatura, presin y volumen) se mantienen constantes con un valor especfico

Esta es una propiedad muy til debido a que permite calcular las variaciones de energa partiendo solamente del conocimiento de los estados inicial y final

Esto quiere decir que tres de las variables ms importantes del sistema de las que se ocupan los fisicoqumicos temperatura, presin y volumen-

El intercambio de energa entre un sistema y su entorno se produce de dos formas: como calor y como trabajo.El calor es la transferencia de energa de un lugar a otro como resultado de una diferencia de temperatura entre los dos sitios. La transferencia es siempre espontanea desde el lugar ms caliente al ms frio

Sistemas isotrmicos carecen de los gradientes de temperatura necesarios para convertir el calor en otras fuentes de energa. Como resultado el calor no es una fuente de energa til

En los sistemas biolgicos, el trabajo es el uso de la energa para realizar cualquier proceso distinto del flujo de calor

En qumica bilgica las variaciones de energa se expresan usualmente en trminos de calora (cal) que se define como la cantidad de energa necesaria para calentar un gramo de agua un gramo centgrado (concretamente desde 14.5 Co hasta 15.5 Co) a 1 atmosfera de presinUna unidad alternativa de energa, el julio (J). La conversin es sencilla 1 cal = 4.184 J o 1 J = 0.239 cal

Calor nutricional se usa frecuentemente para expresar el contenido energtico de los alimentos. La calora nutricional se representa con una C

La primera ley de la termodinmica nos dice que la energa se conserva

La primera ley de la termodinmica es llamada ley de conservacin de la energa. Establece que en todo cambio qumico o fsico la cantidad total de energa en el universo permanece constante, aunque la forma de la energa puede cambiar. O en otras palabras, la energa puede convertirse de una forma en otra pero nunca puede crearse o destruirse

Aplicada a un sistema cerrado, la primera ley significa que la cantidad total de energa presente en todas sus formas debe ser la misma antes y despus de que ocurra cualquier proceso o reaccin. Aplicada a un sistema abierto, la primera ley dice que durante el curso de cualquier reaccin o proceso, la cantidad total de energa que sale del sistema debe ser exactamente igual a la energa que entra

La energa total almacenada dentro de un sistema se denomina energa interna del sistema representada por el smbolo E

Incremento de la energa interna E que ocurre durante un proceso dado. Ees la diferencia entre la energa interna del sistema antes del proceso y despus del proceso

Entalpia o cantidad de calor. La entalpia se representa por el smbolo H y se relaciona con la energa interna E por un trmino que combina tanto la presin (P) como el volumen (V): H=E+PV

Si la cantidad de calor de los productos es menor que la de los reactivos, H ser negativo y se dice que la reaccin es exotrmica. Si la cantidad de calor de los productos es mayor que la de los reactivos H serpositiva y la reaccin es endotrmica

La segunda ley de la termodinmica nos dice que las reacciones tienen direccionalidad

Espontaneidad termodinmica es una medida de si la reaccin o el proceso puede producirse pero no dice nada de si se producir

La segunda ley de la termodinmica o la ley de la espontaneidad termodinmica. La segunda ley se puede expresar de diferentes maneras. La ms sencilla es la que nos dice que en cada cambio fsico o qumico, el universo siempre tiende hacia el mayor desorden o aleatoriedadNingn proceso ni reaccin desobedece la segunda ley de la termodinmica

La entropa y la energa libre son dos medios alternativos para evaluar la espontaneidad termodinmica

Entropa o energa libre

Entropa: medida de aleatoriedad o desorden. La entropa se representa por el smbolo S. Para cualquier sistema, el incremento de entropa S, representa un cambio en el grado de aleatoriedad o desorden de los componentes del sistema

La variacin de la entropa como medida de la espontaneidad termodinmica

Todos los procesos o reacciones que ocurren espontneamente producen un aumento en la entropa total del universo

Energa libre: representada con el smbolo G por Willard Gibbs

La variacin de la energa libre, DG, se relaciona con las variaciones de la entalpia y la entropa

La segunda ley: todos los procesos o reacciones que suceden de manera espontnea obtiene como resultado una disminucin de la energa libre del sistema. En el valor para el Gsistemaes negativo para cada reaccin o proceso real

Tales procesos o reacciones se denominan exergnicos que quiere decir liberadores de energa. Se refiere especficamente a la variacin en la energa libre. Estos valores pueden ser negativos, positivos o cero para una reaccin dada

Cualquier proceso o reaccin que tuviese como resultado un aumento de la energa libre del sistema se denomina endergnico (que requiere energa)

Por cada mol de glucosa oxidada se liberan 673 kcal de calor

Cuando se define una reaccin como espontanea termodinmicamente, simplemente se quiere decir que es un acontecimiento energticamente factible que liberara energa libre si se produce

ENTENDER EL G

La constante de equilibrio es una mediad de la direccionalidad

Constante de equilibrio Keq, es la relacin entre las concentraciones de los productos y de los reactivos en equilibrio

G es una medida de la espontaneidad termodinmica para una reaccin en la direccin en la que est escrita (de izquierda a derecha) a las concentraciones de reactivos y productos especificadas

Variacin estndar de la energa libre y se designa como G0, en donde el superndice (0) hace alusin a condiciones estndar de temperatura, presin y concentracin y el apostrofe () enfatiza que para los bioqumicos, la concentracin de iones hidrogeno estndar es 10-7M no 1.0 M

Semana 7.El signo de G nos dice si una reaccin es posible en la direccin indicada, y la magnitud de G indica la cantidad de energa que puede ser liberada mientas que la reaccin tiene lugar en esa direccin

Catlisis enzimtica prcticamente todas las reacciones o procesos celulares son mediados por protenas (o en ciertos casos ARN) catalizadores llamados enzimas

ENERGIA DE ACTIVACION Y EL ESTADO METAESTABLE

La barrera de activacin energtica debe ser superada antes de que se pueda verificar una reaccin qumica

Energa de activacin especfica (EA), definida como la cantidad mnima de energa que los reactivos deben tener antes de que la colisin entre ellos tenga xitos, dando origen a los productos

Los reactivos necesitan alcanzar un estado qumico intermedio llamado estado de transicin, cuya energa libre es mayor que la de los reactivos inicialesGo mide la diferencia en la energa libre entre los reactivos y los productos, mientras EAindica el mnimo de energa requerida para que los reactivos alcancen el estado de transicin y por tanto sean capaces de dar lugar a los productos

Si no fuera por el estado metaestable, todas las reacciones tenderan rpidamente al equilibrio y la vida sera imposible tal como la conocemos

Sistemas isotrmicos: Temperatura constante

Catalizador: Agente que aumenta la velocidad de una reaccin, disminuyendo la energa de activacin

Enzima catalasa: Una protena que contiene hierro. La catalasa contiene tomos de hierro retenidos en estructuras qumicas llamadas porfirinas

ENZIMAS COMO CATALIZADORES BIOLOGICOS

Independientemente de su naturaleza qumica, todos los catalizadores comparten tres propiedades bsicas:

1.Un catalizador incremente la velocidad de una reaccin permitiendo que una reaccin termodinmicamente factible, tenga lugar a una velocidad razonable, sin necesidad de activacin trmica

2. Un catalizador funcin con molculas de sustrato

3. Un catalizador cambia solo la velocidad a la que se consigue el equilibrio, no tiene efecto sobre la posicin del equilibrio

Todas las catlisis en las clulas se llevan a cabo por molculas orgnicas (protenas en la mayora de los casos) llamadas enzimas

La mayora de las enzimas son protenas

Uno de los primeros nombres aplicados a lo que ahora llamamos enzimas fue el de fermentos. Hubo que esperara hasta 1926 para obtener la primer enzima cristalizada la ureasa (a partir de las alubias, por james B. Summer)

Ciertas molculas de ARN llamadas ribosomas tienen tambin actividad cataltica

El sitio activo: Donde ocurre el evento cataltico del cual esa enzima es responsable. Normalmente, el sitio activo es un surco o bolsillo

La lisozima es una enzima que rompe las uniones glicosdicas en los peptidoglicanos de las paredes bacteriana, conduciendo a las lisis (ruptura) y muerte de las bacterias. Las carboxipeptidasa A es una enzima que modifica los polipptidos eliminando un aminocido cada vez desde el extremo C-terminal del polipptido

Los aminocidos cistena, histidina, serina, aspartato, glutamato y lisina. Pueden participar en la unin del sustrato al sitio activo durante el proceso cataltico y la histidina, el aspartato y el glutamato, sirven tambin como donantes o aceptadores de protones

Algunas enzimas pueden portar tambin componentes no proteicos. Estos componente llamados grupos prostticos, normalmente son molculas orgnicas pequeas o iones metlicos, tales como el hierro de la enzima catalasa. Funcionan como aceptadores de electrones

Diversidad enzimtica y nomenclatura: Algunas se denominaron segn el sustrato o segn sus funciones.

Comisin enzimtica (EC)

Las seis clases principales de enzimas son:1. Oxidorreductasas2. Transferasas3. Hidrolasas4. Liasas5. Isomerasas6. Ligasas

Sensibilidad a la temperatura: Mamferos o aves son homeotermos capaces de regular la temperatura corporal independientemente del medio ambiente. Sin embargo, los animales inferiores, las plantas, los protistas y las bacterias, funcionan a la temperatura de su medio ambiente

Las principales categoras de enzimas

ClasesTipo de reaccinOxidorreductasasReacciones de xido-reduccinTransferasasTrasfiere grupos funcionales desde una molcula a otra

HidrolasasRuptura hidroltica de una molcula en dos

LiasasEliminacin de un grupo desde, o adicin de un grupo a, una molcula con redistribucin de electronesIsomerasasDesplazamiento de un grupo funcional dentro de una molcula.LigasasUnin de dos molculas para formar una nica molcula

La unin del sustrato, la activacin y la reaccin se producen en el sitio activo

Las enzimas son catalizadores muy eficaces, gracias a que los sustratos encajan de forma precisa con el sitio activo de las enzimas

En el sitio activo ocurren la unin, activacin y trasformacin qumica del sustrato

La unin del sustrato: La unin del sustrato suele realizarse a travs de aminocidos cargados, por medio de puentes de hidrogeno o enlaces inicos (o ambos)

La fuerza de unin entre una enzima y una molcula de sustrato, suele encontrarse en el rango de 3-12 Kcal/mol

Durante muchos aos, los enzimlogos consideraron el sitio activo como una estructura rgida. Comparaban el ajuste de un sustrato dentro del sitio activo a una llave dentro de una cerradura, analoga sugerida por el bioqumico alemn Emil Fischer

Modelo de ajuste inducido propuesto en 1985 por Daniel Koshland. Este modelo supone que la unin inicial de la(s) molcula (s) de sustrato al sitio activo deforma la enzima y el sustrato, estabilizando a las molculas de sustrato en su estado de transicin y permitiendo que los enlaces crticos sean ms susceptibles a ataques catalticos

Activacin del sustrato: El papel del sitio activo no es solo reconocer y unir el sustrato apropiado sino tambin activarlo

Los tres mecanismos ms comunes son los siguientes:

1.El cambio en la conformacin enzimtica inducida por la unin del inicial sustrato al sitio activo, no solo causa una mejor complementariedad y un ajuste ms estrecho enzima-sustrato, sino que tambin deforma uno o ms de sus enlaces, debilitando as dichos enlaces, hacindolos ms susceptibles al ataque cataltico

2. La enzima tambin puede aceptar o donar protones incrementando la reactividad qumica del sustrato

3. Las enzimas tambin pueden aceptar o donar electrones, formando de ese modo enlaces covalentes temporales entre la enzima y su sustrato

CINETCA ENZIMATICALas nicas reacciones que probablemente ocurren en las clulas a velocidades razonables, son aquellas para las cuales las enzimas especficas estn al alcance de la mano

La simple presencia de la enzima apropiada en la clula no asegura que una determinada reaccin pueda ocurrir a una velocidad adecuada, hay factores que pueden influir en la actividad enzimtica, tales como la temperatura o el pH

Cintica enzimtica la cintica concierne a las velocidades de reaccin y la manera en que esas velocidades estn influidas por varios factores, pero especialmente por la concentracin del sustrato, de los productos y de los inhibidores

Los inhibidores enzimticos actan irreversible o reversiblemente

Las nicas sustancias en las clulas que afectan a las actividades de las enzimas son sus sustratos. Sin embargo, las enzimas tambin estn influidas por productos, sustratos alternativos, sustratos anlogos, drogas, toxinas y una clase importante de reguladores llamados efectores alostricos. Muchas de estas sustancias tienen un efecto inhibidor en la actividad enzimtica, reduciendo (o incluso anulando) la velocidad de reaccin con el sustrato deseado

Esta inhibicin de la actividad de la enzima es importante por varias razones. La primera y principal es que la inhibicin enzimtica desempea un papel vital como mecanismo de control en las clulasAnlogos de sustratos, compuestos que se asemejan al sustrato pero que son qumicamente incapaces de llevar a cabo la reaccin

Inhibidor irreversible se une a la enzima covalentemente, causando una perdida irrevocable de la actividad cataltica. Normalmente txicos para las clulas

La inhibicin de la actividad acetilcolinesterasa lleva a una parlisis rpida de las funciones vitales y por tanto a la muerte

El antibitico penicilina es un inhibidor irreversible de las sern-enzimas implicadas en la sntesis de la pared celular bacteriana. La penicilina, por tanto es eficaz en el tratamiento de infecciones bacterianas

Un inhibidor reversible se une a una enzima de forma disociable, no covalente, de manera que las formas libres y unidas del inhibidor existen en equilibrio las unas con las otras

Las dos formas ms comunes de inhibidores reversibles se clasifican como:Inhibidores competitivos e inhibidores no competitivos. Un inhibidor no competitivo se une a la superficie de la enzima en una posicin diferente del sitio activo. Por tanto, no bloquea la unin del sustrato pero sin embargo inhibe la actividad de la enzima

REGULACION ENZIMATICA

La regulacin que depende directamente de las interacciones entre los sustratos y los productos con la enzima se llama regulacin por el sustrato. Los incrementos en la concentracin de sustrato tienen como resultado un aumento en la velocidad de reacciones. Po el contrario, los incrementos en la concentracin de producto reducen la velocidad a la cual el sustrato se convierte en producto

En la mayora de las rutas, las enzimas se regulan tambin mediante otros mecanismos. Dos de los ms importantes son la regulacin alostricay la modificacin covalente. Estos mecanismos permiten a las clulas conectar o desconectar a las enzimas o ajustar sus velocidades de reaccin

Las enzimas alostricas se regulan por molculas diferentes de los reactivos y los productos

La regulacin alostrica es el nico mecanismo importante de control

Retroinhibicin: Una retroinhibicin sucede cada vez que un producto metablico inhibe (Prohibir, estorbar o impedir) a una de las enzimas implicada en la va por la cual ese producto se sintetiza

Regulacin alostrica: El termino alostricoderiva del griego otra forma (o estado)-, indicando que todas las enzimas con capacidad de regulacin alostrica, pueden existir en dos estados diferentes. En una de las dos formas, la enzima tiene una afinidad alta por su(s) sustrato(s), mientras que en la otra, tiene poca o ninguna afinidad. Las enzimas con esta propiedad se llaman enzimas alostricas

El que se favorezca la forma activa o inactiva de una enzima alostrica depende de la concentracin celular de la sustancia reguladora apropiada llamada efector alostrico. Un efector alostrico es una pequea molcula orgnica que regula la actividad de una enzima, para la cual no es ni el sustrato, ni el producto inmediato

Sitio activo que se une el sustrato y un sitio alostrico que se une el efector. La unin de un inhibidor alostrico cambia el equilibrio entre las dos formas de la enzima para favorecer el estado de baja afinidad. La unin de un activador alostrico por otra parte cambia el equilibrio a favor del estado de alta afinidad

Las enzimas tambin se pueden regular por la adicin o eliminacin de grupos qumicos

Fosforilacin/Desfosforilacin: La adicin de grupos fosfato, es decir, la fosforilacin suele producirse por transferencia de un grupo fosfato desde el ATP al grupo hidroxilo de un residuo de serina, treonina, tirosina de la protena enzimtica. Las enzimas que catalizan la fosforilacin de otras enzimas se llaman proten-quinasa

La desfosforilacin est catalizada por enzimas llamadas proten-fosfatasas e implican la eliminacin de un grupo fosfato desde la protena fosforilada

Ruptura proteoltica: Un tipo diferente de activacin covalente de enzimas consiste en la eliminacin irreversible de un fragmento de la cadena polipeptdica, mediante una enzima proteoltica (que degrada protenas). Este tipo de modificacin llamada ruptura proteoltica, es el que tiene lugar en las enzimas proteolticas del pncreas, tripsina, quimiotripsina y carboxipeptidasa

RIBOZIMAS: MOLECULAS DE ARN CON ACTIVIDAD ENZIMATICA

Catalizadores constituidos por ARN denominados ribozimas

Ribonucleasa una enzima que degrada ARN, pero no se afectaba por proteinasa K, una enzima que degrada protenas

Semana 8

Los organismos quimitrofos tanto los animales como la mayora de los microorganismos, obtienen energa de la comida que ingieren

Las reacciones en las clulas estn catalizadas por enzimas y que la velocidad de una reaccin catalizada enzimticamente depende de varios factores, como la temperatura, el pH y las concentraciones de sustratos y productos

RUTAS METABOLICAS

Cuando consideramos todas las reacciones qumicas que ocurren dentro de la clula, hablamos de metabolismo (de la palabra griega metaballein, que significa -cambiar-)

Rutas metablicas: cada una de ellas para una operacin concreta

Desde la perspectiva de los bioqumicos, la vida a nivel celular se puede definir como una red integrada de reacciones metablicas cuidadosamente acopladas en la que cada una de ellas contribuye a la suma de las actividades que la clula debe llevar a caboLas rutas metablicas son de dos tipos generales:las rutas en las que se sintetizan componentes celulares se denominan rutas anablicas (utilizando el prefijo griego ana que significa -hacia arriba-), mientas que aquellas implicadas en la degradacin de constituyentes celulares se denominan rutas catablicas (usando el profijo griego kata que significa hacia abajo-). Las rutas anablicas normalmente implican un incremento sustancial del orden molcula (y por lo tanto una disminucin local de la entropa) y son endergnicas (requieren energa). Las rutas catablicas, por otro lado son exergnicas (liberan energa), debido a que implican una disminucin en el orden molecular (incremento de entropa). Las rutas catablicas tienen dos papeles en la clula: Liberar la energa libre necesaria para las funciones celulares y generar las pequeas molculas orgnicas o metabolitos, que son los ladrillos de construccin para la biosntesis

Las reacciones catablicas pueden tener lugar tanto en presencia como en ausencia de oxgeno. La produccin energtica es mucho mayor en presencia de oxigenoATP: EL ACOPLADOR UNIVERSAL DE ENERGIA

Las reacciones anablicas son las responsables de los procesos de crecimiento y reparacin en las clulas, mientras que las reacciones catablicas liberan la energa necesaria para llevar a cabo las reacciones anablicas y otras reacciones celulares

La molcula ms comnmente utilizada como intermediario energtico es el compuesto fosforilado adenosina trifosfato (ATP). El ATP es en otras palabras la -divisa- (seal) energtica del mundo biolgico

El ATP tiene dos enlaces fosfoanhdridos ricos en energa

El ATP es una molcula compleja que contiene la base aromtica adenina, el azcar de 5 carbonos ribosa y una cadena de 3 grupos fosfato. Los grupos fosfato estn conectados entre s por puentes fosfoanhdrido y la ribosa por medio de un enlace fosfoster

El compuesto formado por la unin de adenina y ribosa se denomina adenina. La adenina puede encontrarse en la clula de forma no fosforilada o con uno, dos o tres fosfatos unidos al carbono 5 de la ribosa, formando adenosina monofosfato (AMP), difosfato (ADP) y trifosfato (ATP)

Hidrolisis es el trmino general para las reacciones en las que un enlace molcula se rompe por reacciones con el agua

En este tipo de reacciones se generan dos productos: uno recibe un H de una molcula de agua y el otro gana un grupo OH

Se requiere energa para la sntesis de ATP a partir de ADP y esta energa es liberada de nuevo en la hidrolisis del ATP

La hidrolisis del ATP e altamente exergnica debido a la repulsin electroesttica y a la estabilizacin por resonancia

La hidrolisis del ATP en ADP y Pi(fosfato inorgnico) es exergnica debido a la repulsin electrosttica entre los grupos fosfato adyacentes cargados negativamente y a la estabilizacin de los dos productos (ADP y fosfato orgnico) por resonancia

Repulsin electrosttica cargas negativas se repelen entre s, distendiendo el enlace covalente que mantienen los grupos fosfato

Estabilizacin por resonancia: Electrones presentan la mxima deslocalizacin, una molcula se encuentra en su configuracin ms estable (de mnima energa) y se dice que est estabilizada por resonancia

Ruta glucoltica punto de partida del metabolismo energtico quimitrofo en prcticamente todas las formas de vida

El movimiento de un grupo qumico de una molcula a otra se denominan reacciones de trasferencia de grupoEl ATP puede funcionar como donador de fosfato en algunas reacciones biolgicas y su forma desfosforilada, el ADP, puede ser aceptor de fosfato en otras reacciones

METABOLISMO ENERGETICO QUIMITROFO

Son las rutas y reacciones mediante las cuales las clulas catabolizan nutrientes y conservan, en forma de ATP, parte de la energa libre que se libera en ellas

Oxidacin la mayora de las reacciones del metabolismo energtico quimitrofo implican reacciones oxidativas que producen energa. Es la perdida de electrones

Las oxidaciones biolgicas normalmente implican la eliminacin de electrones y protones y son altamente exergnicas

Los carbohidratos, grasas o protenas son fuentes de energa para la clula, significa que son compuestos orgnicos oxidables

La nica diferencia en la qumica biolgica es que la oxidacin de molculas orgnicas normalmente implica la eliminacin, no solo de electrones, sino tambin de iones hidrogeno (protones), de manera que el proceso es tambin una deshidrogenacin

Un electo ms un protn es equivalente a un tomo de hidrogeno

La mayora de las enzimas que catalizan reacciones oxidativas en las clulas son deshidrogenasas

La reduccin es lo opuesto a la oxidacin y se define como la ganancia de electrones. En las oxidaciones los electrones suelen ir acompaados de protones y la reaccin global es por tanto una hidrogenacin

Los tomos de hidrogeno nunca se liberan realmente en la solucin sino que se trasfieren de una molcula a otra

Las coenzimas como el NAD+ funcionan como aceptores de electrones en las oxidaciones biolgicas

Las coenzimas son molculas pequeas que funcionan junto con las enzimas, como trasportadores de electrones o de pequeos grupos funcionales. Las coenzimas funcionan realmente como sustratos en las reacciones en las que participan. Sin embargo, no son consumidas, sino recicladas dentro de la clula

La coenzima ms comn implicada en el metabolismo energtico es la nicotinamida adenina dinucletido (NAD+)

La nicotinamida del NAD+ es un derivado de la niacina conocida como vitamina B

La glucosa es uno de los sustratos oxidables ms importantes del metabolismo energtico

Glucosa, azcar de seis carbonos (C6H12O6). La glucosa es el azcar mayoritario en la sangre, y por lo tanto la principal fuente de energa para las clulas del cuerpo. La glucosa de la sangre procede de carbohidratos ingeridos, como la sacarosa o el almidn o de la degradacin del glucgeno, un polmero de la glucosa

Qumicamente, la glucosa es una aldohexosa, un azcar de seis carbonos que tiene un grupo carbonilo terminal

La oxidacin de la glucosa es altamente exergnica

La glucosa es una buena fuente potencial de energa porque su oxidacin es un proceso altamente exergnico, con un valor de G0 de -686 kcal/mol, en la combustin completa de la glucosa a dixido de carbono y agua

El catabolismo de la glucosa produce mucha ms energa en presencia que en ausencia de oxigeno

La oxidacin completa de la glucosa en dixido de carbono y agua, en presencia de oxigeno se denomina respiracin aerobia o respiracinGlicolisis: Ruta que no requiere oxgeno. Uno de los intermediarios de la ruta pierde electrones pero ms tarde otro intermediario de la misma ruta los recupera, este proceso anaerbico se denomina fermentacin. En algunas clulas animales y en muchas bacterias, el producto final es el lactato de manera que el proceso del catabolismo anaerobio de la glucosa se denomina fermentacin lctica. En la mayora de las clulas vegetales y en microorganismos como las levaduras, el proceso se denomina fermentacin alcohlica porque el producto final es el etanol, un alcohol

Basndose en sus requerimientos de oxgeno, los organismos son aerobios, anaerobios o facultativos

Los organismos se pueden clasificar en funcin a sus requerimientos de oxgeno y a su utilizacin como aceptor de electrones en el metabolismo energtico.

La mayora de los organismos tiene una necesidad absoluta de oxgeno y se denominan aerobios estrictos. No pueden usar oxigeno como aceptor final de electrones bajo ninguna condijo. De hecho, el oxgeno es toxico para estos organismos. Los anaerobios ms estrictos son las bacterias, incluyendo a los agentes causales de la gangrena de las intoxicaciones alimentarias y de la produccin de metano

Los organismos facultativos pueden desarrollarse tanto en condiciones aerobias como anaerobias. En condiciones de disponibilidad de oxigeno la mayor parte de los facultativos llevan a cabo la respiracin aerobia. Sin embargo, pueden cambiar al modo fermentativo en cantidades limitantes o nulas de oxgeno. Muchas bacterias y hongos, asico como moluscos y anlidos (gusanos) son organismos facultativos. Algunos organismos aerobios tambin pueden, en ausencia o con escasez temporal de oxgeno, funcionar como facultativos si es necesaritoGLICOLISIS Y FERMENTACION: PRODUCCION DE ATP EN AUSENCIA DE OXIGENO

La molcula de glucosa se degrada dando lugar a 2 molculas de tres tomos de carbono, que es suficientemente exergnica para generar 2 molculas de ATP por cada molcula de glucosa fermentada

Anoxia: Falta de oxigeno

La glicolisis genera ATP por catlisis de la glucosa a piruvato

Gluclisis tambin llamado ruta glucoltica, es una secuencia de reacciones de diez pasos que convierte una molcula de glucosa en dos molculas de piruvato, un compuesto tricarbonado. La ruta glucoltica ha sido considerada la principal ruta metablica

Visin general de la glucolisis: La separacin se da en la reaccin Gly-4, cuando el azcar de seis carbonos se escinde en dos molcula de tres tomos de carbono. Una de estas molculas, el gliceraldehido-3-fosfato, es la nica molcula que se oxida en esta ruta

Ruta general en tres fases:1.Los pasos de preparacin y ruptura (Gly-1 a Gly-5)2.La secuencia oxidativa, que tambin genera ATP (Gly-6 a Gly-7)3.y la segunda reaccin de sntesis de ATP (Gly-8 a Gly-10)

Fase 1: Preparacin y ruptura: El resultado neto de las tres primeras reacciones es la conversin de una molcula no fosforilada (glucosa) en una molcula doblemente fosforilada (fructosa-1, 6-bifosfato)

El enlace formado por la fosforilacin de la glucosa es una enlace fosfoster, mientas el enlace por el que el fosfato terminal se une al ATP e un enlace fosfoanhdrido

La enzima que cataliza esta primera reaccin se denomina hexoquinasa, cataliza la fosforilacin de otras hexosas (azucares de seis carbonos)

Fosfofructoquinasa-1 (PFK-1), una enzima de especial importancia en la regulacin de las glucolisis

La enzima aldolasa rompe la fructosa-1, 6-difosfato dando lugar a dos triosas (azucares de tres tomos de carbono), llamadas dihidroxiacetona fosfato y gliceraldehido-3-fosfato (reaccin Gly-4)

Fase 2: Oxidacin y sntesis de ATP: En la fase 1 se han consumido dos molcula se ATP por cada molcula de glucosaEn la fase 2 (reacciones Gly-6 y Gly-7), la produccin de ATP esta acoplada directamente a una oxidacin y en la fase 3 (Gly-8 a Gly-10), una forma fosforilada del piruvato, de alta energa, sirve para la produccin de ATP

La produccin de ATP, por la trasferencia directa al ADP, de un grupo fosfato de alta energa procedente de un sustrato fosforilado se denomina fosforilacin a nivel de sustrato, forma de sntesis de ATP

Fosforilacin oxidativa la fosforilacin del ADP se debe a la trasferencia exergnica de electrones desde coenzimas reducidas al oxigeno

Por cada molcula de glucosa, deben ser reoxidadas dos molculas de NADH, para generar el NAD+ necesario en la oxidacin del gliceraldehido-3-fosfato. Esto significa tambin que la inversin inicial de dos molculas de ATP en la fase 1 se recupera aqu en la fase 2, de manera que el rendimiento neto de ATP en este punto es cero

Fase 3: Formacin de piruvato y generacin de ATP: En este estado, el grupo fosfato est unido al tomo de carbono por un enlace fosfoster de baja energa libre de hidrolisis

Formas enol y ceto. Estas dos formas se diferencian solo en la localizacin del doble enlace

El destino del piruvato depende de si el oxgeno se encuentra o no disponible

En presencia de oxgeno, el piruvato se oxida a otra molcula denominada acetil coenzima A (acetil CoA) que sucesivamente se puede oxidar completamente a Co2. As la ruta glucoltica se convierte en la primera de las componentes principales de la respiracin aerobia

En condiciones anaerobias, no es posible la oxidacin del piruvato, no se forma acetil coenzima A y no se genera ATP adicional. En lugar de oxidarse, el piruvato se reduce aceptando los electrones (y protones) que se eliminan del NADH. Los productos ms comunes de la reduccin del piruvato son el lactato (parte b) o el etanol y el dixido de carbono (parte c)

En ausencia de oxgeno, el piruvato entra en la ruta fermentativa y regenera NAD+

La ruta glucoltica acaba en la formacin del piruvato

La conversin de glucosa en piruvato requiere que una molcula de NAD+ se reduzca en NADH por cada molcula de piruvato generada

La conversin de NAD+ en NADH durante la glucolisis podra causar una perdida muy rpida de NAD+ si no existiera un mecanismo de regeneracin de NAD+

Fermentacin del lactato: El proceso anaerobio que termina con la formacin de lactato se denomina fermentacin lctica. El lactato se genera por la trasferencia directa de electrones del NADH al grupo carbonilo del piruvato

La fermentacin del lactato es la principal fuente energtica para la mayora de las bacterias anaerobias, as como para las clulas animales que se encuentran en condiciones anaerobias o de hipoxia (carencia de oxigeno). La fermentacin del lactato es tambin muy importante para nosotros a nivel comercial, ya que la produccin del queso, yogurt y otros productos comunes dependen de la fermentacin microbiana de la lactosa, el principal componente de la leche

La acumulacin de lactato resultante es lo que causa el dolor muscular que aparece tras el ejercicio intenso

El lactato producido de esta forma se trasporta por el sistema circulatorio desde el musculo al hgado. All se convierte de nuevo en glucosa por el proceso denominado gluconeognesis. La gluconeognesis es esencialmente la reaccin opuesta a la fermentacin lctica

Fermentacin alcohlica: En condiciones anaerobias las clulas vegetales, as como las levaduras y otros microorganismos pueden llevar a cabo la fermentacin alcohlica. En este proceso el piruvato pierde un tomo de carbono (como CO2) para dar lugar al compuesto de dos carbonos acetaldehdo. La reduccin del acetaldehdo por NADH da lugar al etanol, el alcohol que da nombre al proceso. Esta secuencia de reacciones reduccin esta catalizada por do enzimas, la piruvato descarboxilasa y el alcohol deshidrogenasa

La fermentacin libera solo una pequea fraccin de la energa libre del sustrato pero conserva esa energa eficientemente como ATP

Una caracterstica fundamental de todos los procesos fermentativos es que no hay un aceptor de electrones externo y no se da una oxidacin total. Tanto en la fermentacin alcohlica como en la lctica

SUSTATOS ALTERNATIVOS PARA LA GLUCOLISIS

La glucosa es el punto inicial de la gluclisis. La glucosa es un sustrato fundamental tanto para la fermentacin como para la respiracin en muchos organismos y tejidosEl glicerol y otros azucares se catabolizan tambin por la ruta glucoltica

Un disacrido consta de dos hexosas, glucosa y fructosa y el azcar de la leche (lactosa) contiene glucosa y galactosa

Los polisacridos se degradan para dar lugar a azucares fosfato que entran en la ruta glucoltica

La glucosa suele encontrase en forma de polisacridos de reserva, en forma de almidn en la plantas y glucgeno en los animales

GLUCONEOGENESIS

Las clulas catabolizan glucosa, carbohidratos, azucares y polisacridos.

El proceso de sntesis de glucosa se denomina gluconeognesis que literalmente significa genes o formacin de glucosa o proceso por el que las clulas animales sintetizan glucosa

El material inicial ms comn es el piruvato o el lactato en el que se convierte el piruvato en condiciones anaerbicas

La reaccin es exergnica en la direccin glucoltica gracias a la entrada de una molcula de ATP. En la direccin gluconeognica, se asegura que la reaccin es exergnica por la hidrlisis del enlace fosfoster

La gliclisis requiere dos molculas de ATP pero genera 4 ATPs, con un rendimiento neto de dos molculas de ATP por molcula de glucosa catabolizada

La gluconeognesis requiere cuatro ATPs y dos GTPs por glucosa o lo que es lo mismo se consumen el equivalente a seis molcula de ATP por cada molcula de glucosa sintetizada

Semana 9.Respiracin celular o Respiracin: Cuando se dispone de un aceptor de electrones externo, se puede dar la oxidacin completa del sustrato, obtenindose ms ATPRespiracin celular: el flujo de electrones en o a travs de una membrana, desde coenzimas reducidas hasta un aceptor de electrones, normalmente acompaado de la produccin de ATP

La coenzima reducida que se genera por el catabolismo glucoltico de los azcares o compuestos relacionados es el NADH

FAD (Dinucletido de adenina y flavina) y coenzima Q (o ubiquinona), tambin recogen los electrones, que se liberan desde compuestos orgnicos oxidables y los transfieren al aceptor final de electrones

El aceptor final de electrones es el oxgeno, la forma reducida de este aceptor es el agua y se conoce al proceso en su conjunto como respiracin aerobia. La respiracin aerobia representa la fuente principal del metabolismo energtico en el mundo aerobio

Los procesos respiratorios que incluyen aceptores de electrones, no necesitan el oxgeno molecular y son por tanto ejemplos de respiracin anaerobia

Pondremos especial atencin en la mitocondria porque la mayor parte de la produccin aerobia de ATP tiene lugar dentro de este orgnulo

La respiracin aerobia produce mucha ms energa que la fermentacin

Los productos terminales de la respiracin aerobia son el dixido de carbono y el agua. Estas son las mismas molculas con las que comienza la fotosntesis

El rendimiento energtico de la respiracin aerobia es considerablemente mayor que el de la fermentacin. En vez de dos molculas de ATP por cada molcula de glucosa, la respiracin aerobia puede producir potencialmente hasta 38 molculas de ATP por molcula de glucosa en procariotas y entre 36 y 38 molculas de ATP por cada molcula de glucosa en eucariotas

La respiracin aerobia incluye, tanto rutas de oxidacin en las que se liberan los electrones de sustratos orgnicos y transferidos a coenzimas trasportadores como procesos concomitantes (Que acta, acompaa o colabora en el mismo sentido que otra cosa) en los que las coenzimas reducidas (portadoras de electrones) son reoxidadas por el trasporte de electrones al oxgeno, con la produccin indirecta de ATP

La respiracin incluye la gluclisis, el ciclo del TCA, el transporte de electrones y la sntesis de ATP

Consideraremos la respiracin aerobia en cuatro etapas, dos que se refieren a los procesos oxidativos mediados por coenzimas y otros dos que incluyen la reoxidacin de las coenzimas y la reproduccin de ATP

La etapa 1 es la ruta glucoltica. La gluclisis tiene el mismo resultado en condiciones aerobias y anaerobias: la oxidacin de la glucosa a piruvato. Pero el destino del piruvato es diferente en presencia de oxgeno. En lugar de servir de aceptor de electrones como en la fermentacin, el piruvato es oxidado posteriormente a un compuesto denominando acetil coenzima A (acetil CoA), que entra en la etapa 2, el ciclo del cido tricarboxlico (TCA). Esta ruta cclica oxida completamente los carbonos entrantes a CO2 y conserva la energa en forma de coenzimas reducidas que son en s mismos compuestos ricos en energa

La etapa 3 consiste en el trasporte de electrones es decir, la transferencia de electrones desde coenzimas reducidas hasta el oxgeno, acoplado a un transporte activo o bombeo, de protones a travs de una membrana. La transferencia de electrones desde las coenzimas hasta el oxgeno es un proceso exergnico y aporta la energa que dirige el bombeo de electrones a travs de la membrana en la que estn embebidos (Absorber un cuerpo slido algn lquido) los transportadores, generando un gradiente electroqumico de protones a ambos lados de la membranaEn la etapa 4 la energa de este gradiente de protones se usa para impulsar la sntesis de ATP. Este modelo de sntesis de ATP dependiente de oxigeno se denomina fosforilacin oxidativa

LA MITOCONDRIA DONDE TIENE LUGAR TODO EL PROCESO

La mitocondria la mayor parte del metabolismo energtico aerobio ocurre dentro de este orgnulo.Debido a esto, la mitocondria es frecuentemente llamada la central energtica- de la clula eucariota. Rudolph Kolliker describi la presencia de lo que l llam una serie ordenada de partculas- en las clulas musculares. Estas partculas se hinchan en el agua, lo que llev a la conclusin de que estas partculas estaban rodeadas de una membrana semipermeable.

Mitocondrias se cree que provienen de bacterias que fueron englobadas por clulas ms grandes, tambin tiene la participacin en procesos oxidativos

Otto Warburg mostr que estos orgnulos podan consumir oxgeno

Sin embargo, la mayor parte de nuestro conocimiento acerca de la funcin de la mitocondria en el metabolismo energtico proviene del desarrollo de la centrifugacin diferencial desarrollado por Albert Claude

Las mitocondrias se encuentran con frecuencia en los lugares en los que la necesidad de ATP es mayor

Las mitocondrias estn presentes en todas las clulas aerobias de los organismos eucariotas. Las mitocondrias se encuentran, tanto en las clulas quimitrofas como en las fottrofas y por lo tanto son elementos comunes no slo en los animales, nio tambin en las plantas. Su presencia en clulas fottrofas nos recuerda que tambin los organismos fotosintticos pueden llevar a cabo la respiracin

Muchas veces las mitocondrias se encuentran agrupadas en las regiones celulares con mayor actividad metablica, donde los requerimientos de ATP son mayores. Las clulas musculares son un buen ejemplo de esto. En estas clulas, las mitocondrias se encuentran organizadas en columnas a lo largo de las fibrillas responsables de la contraccin tambin se observan en los cilios y flagelos o en la cola de los espermatozoides

Son las mitocondrias redes interconectadas en vez de orgnulos independientes?

Cuando se observan mitocondrias en micrografa electrnicas, suelen aparecer como estructuras ovaladas, con forma de salchicha, con una longitud de varios micrmetros y con un dimetro de 0.5-1.0 kg. Las mitocondrias son entidades separadas y que son orgnulos grandes y muy numerosos. Representa el orgnulo ms grande despus del ncleo en la mayora de las clulas animales

En las clulas vegetales, los cloroplastos y algunas vacuolas son normalmente ms grandes incluso que las mitocondrias

Se estima que cada hepatocito de mamfero contiene alrededor de 500-1000 mitocondrias

Las clulas vivas contienen mitocondrias grandes y ramificadas en un estado de flujo dinmico, con segmentos separndose por gemacin y fusionndose con otra mitocondria

Las membranas externa e interna definen dos compartimientos separados

La presencia de dos membranas llamadas membranas externa e interna es una caracterstica distinta. La membrana externa no representa una barrera de permeabilidad significativa para el paso de iones y molculas pequeas, ya que dispone de unos canales proteicos transmembranosos denominados porinas, que permiten el paso de solutos de un peso molecular de hasta 5,ooo kg

Espacio intermembrana entre la membrana externa y la interna de la mitocondria o del cloroplasto, es esencialmente continuo con el citosol, las enzimas localizadas en el espacio intermembranas se encuentran all porque las enzimas son demasiado grandes para pasar a travs de las porinasLa membrana interna de la mitocondria s representa una barrera para la permeabilidad separando por tanto los espacios intermembrana y del interior del orgnulo en dos compartimientos separados

La membrana interna de la mayora de las mitocondrias presenta unas invaginaciones caractersticas llamadas crestas que aumentan enormemente su superficie

Las protenas representan hasta el 75% del peso de la membrana interna

Las partes trasmembranosas de las protenas implicadas en el trasporte de solutos, en el trasporte de electrones y en la sntesis de ATP

Las clulas del corazn, el rin o los msculos presentan actividades respiratorias elevadas y en correspondencia un elevado nmero de crestas

El interior de la mitocondria est relleno de una matriz semifluida. En la matriz se encuentran muchas de las enzimas involucradas en la funcin mitocondrial al igual que molculas de ADN y ribosomas

En la mayor parte de los mamferos, el genoma mitocondrial consiste en una molcula circular de ADN de entre 15,000 y 20,000 pares de bases que codifican ARNs ribosomales, ARNs de trasferencia y alrededor de una docena de subunidades polipeptdicas de protenas de la membrana interna

Las funciones mitocondriales tienen lugar en membranas especificas o dentro de los compartimientos

Localizacin de las funciones metablicas dentro de la mitocondria

Membrana o Funcionescompartimiento metablicas

Membrana externaSntesis de fosfolpidosInsaturacin de cidos grasosElongacin de cidos grasos

Membrana internaTransporte de electronesFosforilacin oxidativaTrasporte metablico

MatrizOxidacin del piruvatoCiclo del TCA-Oxidacin de lpidosReplicacin del ADNSntesis de ARN (transcripcin)Sntesis de protenas (traduccin)

Sobresaliendo desde la membrana interna hacia la matriz se encuentran unas esferas con forma de puno que se llaman complejos F1. Cada complejo consiste en seis polipptidos ensamblados. Los complejos F1 tienen un dimetro aproximado de 9nm y son especialmente abundantes en las crestas.Cada complejo F1 est unido mediante un pequeo tallo proteico a un complejo Fo(Se demostr que el complejo Fo confera resistencia al antibitico oligomicina). La asociacin de un complejo F1y otro Fo se conoce como complejo FoF1y se considera como una ATP sintetasa, porqu sa es su funcin habitual en el metabolismo energtico. El complejo Fo F1 es de hecho el responsable de la mayor parte de la produccin de ATP que tiene lugar en la mitocondria

Tincin negativa: Tiene como resultado una imagen clara sobre un fondo oscuro

El los procariotas, las funciones respiratorias se localizan en la membrana plasmtica y en el citoplasmaLos procariotas no tiene mitocondrias y sin embargo la mayora de las clulas procariotas son capaces de realizar la respiracin aerobia

Bsicamente, el citoplasma y la membrana plasmtica de una clula procariota realizan las mismas funciones que la matriz mitocondrial y la membrana interna. En las clulas procariotas, por tanto, la mayora de las enzimas de la gluclisis, del ciclo del TCA y del catabolismo de cidos grasos y aminocidos, se encuentran en el citoplasma, mientras que las protenas del transporte de electrones, se localizan en la membrana plasmtica. El complejo FoF1 est tambin en la membrana plasmtica de los procariotas con el componente Fo incrustado en la membrana y el componente F1 sobresaliendo desde la membrana hacia el citoplasma

EL CICLO DEL ACIDO TRACARBOXILICO: A VUELTAS CON LA OXIDACION

En presencia de oxgeno, el piruvato se oxida completamente a dixido de carbono y la energa liberada en el proceso se usa para promover la sntesis de ATP

Un intermediario importante en estas series de reacciones cclicas es el citrato que tiene tres grupos carboxlico y por lo tanto es un cido tricarboxlico. Por esta razn esta ruta se denomina ciclo del cido tricarboxlico (TCA). Este ciclo tambin se conoce habitualmente como ciclo de Krebs en honor a Hans Krebs

El ciclo del TCA metaboliza acetil coenzima A, que consiste en un acetato unido a transportador llamado coenzima A. (La coenzima A fue descubierta por Fritz Lipmann)

El acetil CoA proviene de la descarboxilacin oxidativa del piruvato o de la ruptura oxidativa de los cidos grasos

El acetil CoA trasfiere su grupo acetato a un aceptor de cuatro carbonos llamado oxalacetato formndose de esta manera citrato

Cada vuelta del ciclo de Krebs implica la entrada de dos carbonos (el acetato del acetil CoA), la liberacin de dos carbonos en forma de dixido de carbono y la regeneracin de oxalacetato. La oxidacin tiene lugar en cinco etapas:Cuatro dentro del mismo ciclo y una en la reaccin que convierte el piruvato en acetil CoA. En todos los casos los electrones son captados por coenzimas. Los sustratos del ciclo de Krebs son por tanto el acetil CoA, las coenzimas oxidadas del ADP y el Pi, y los productos son dixido de carbono, coenzimas reducidas y una molcula de ATP

El piruvato se convierte en acetil coenzima A mediante la descarboxilacin oxidativa

El paso de piruvato a acetil CoA requiere la actividad de la piruvato deshidrogenasa (PDH), un complejo multiproteico enorme, con peso molecular de 4.6x106, que consta de tres enzimas, cinco coenzimas y dos protenas reguladoras

La oxidacin del piruvato tiene lugar en el tomo de carbono 2

Vitamina B cido pantotnico. El cido pantotnico se clasifica como una vitamina porque los hombrees y otros vertebrados la necesitan como parte de una coenzima esencial que no pueden sintetizar por s mismos

La coenzima A esta diseada para el trasporte del acetato o de otros grupos acilo. (De hecho el -A- de su nombre viene de su funcin trasportadora de grupos acilos)

El ciclo del TCA comienza con la entrada de acetato en forma de acetil CoA

El ciclo del TCA comienza con la entrada de acetato en forma de acetil CoA. En cada vuelta del ciclo del TCA, entran dos tomos de carbono en la forma orgnica (como acetato) y salen dos tomos de carbono en forma inorgnica (como dixido de carbono)

En dos reacciones de oxidacin del ciclo del TCA se forma NADH y se libera CO2

Cuatro de las ocho etapas de TCA son oxidaciones. En cuatro de las reacciones intervienen coenzimas que entran en forma oxidada y salen en forma reducida

La reaccin TCA-2 convierte al citrato en un compuesto relacionado, el isocitrato, mediante la aconitasa. A diferencia del citrato, el isocitrato tiene un grupo hidroxilo que puede ser fcilmente oxidable

El isocitrato es oxidado por la enzima isocitrato deshidrogenasa a un compuesto de seis carbonos llamado oxalosuccinato

La produccin directa de GTP (o ATP) tiene lugar en una etapa del ciclo del TCA

El succinil CoA tiene un enlace tioster, cuya hidrlisis es altamente exergnica

La energa de este enlace tioster se usa para generar una molcula de ATP (en las mitocondrias de bacterias y de clulas vegetales) o GTP (en las mitocondrias en las clulas animales)

La oxidacin del -cetoglutarato en forma de un enlace tioster, una vez hidrolizado, es capaz de generar ATP o GTP.De esta manera, el resultado neto de la hidrlisis del succinil CoA es la produccin de una molcula de ATPLas reacciones oxidativas finales del ciclo del TCA generan FADH2 y NADH

La oxidacin de un enlace carbono-carbono libera menos energa que la oxidacin de un enlace carbono-oxgeno

El dinucletido de flavina y adenina (FAD) posee una vitamina del complejo B como parte de su estructura, riboflavina, en este caso. El FAD acepta dos protones y dos electrones, por lo que la forma reducida se indica como FADH2

El doble enlace del fumarato es hidratado, formndose malato catalizada por la enzima fumarato hidratasa

En resumen: Los productos del ciclo del TCA son co2, ATP, NADH y FADH2

1.El acetato entra en el ciclo como acetil CoA y se une a una molcula aceptora de cuatro tomos de carbono para formar citrato, un compuesto de seis carbonos

2. La descarboxilacin ocurre en dos etapas del ciclo por lo que la entrada de dos carbonos en forma de acetato se compensa por la prdida de dos carbonos en forma de dixido de carbono

3. La oxidacin tiene lugar en cuatro etapas, con el NAD+ como aceptor de electrones en tres casos y el FAD en uno de ellos

4. El ATP se genera en un solo momento con el GTP como intermediario en las clulas animales

5. Se completa una vuelta del ciclo con la regeneracin del oxoalacetato, el aceptor original de cuatro carbonos

Dos molculas de acetilo CoA derivan de una nica molcula de glucosa

Varias enzimas del ciclo del TCA estn sujetas a una regulacin alostrica

La mayor parte del control consiste en la regulacin alostrica de cuatro enzimas clave, por medio de molculas efectoras, las molculas efectoras pueden ser tanto inhibidoras como activadoras

Piruvato deshidrogenasa (PDH)

Para apreciar el significado de la regulacin del ciclo del TCA, recuerde que usa acetil CoA. NAD+, FAD y ADP como sustratos y genera como productos NADH, FADH2, CO2 y ATP. Tres de estos productos ADH, ATP y acetil CoA- son importante efectores de una o ms enzimas. Adems NAD+, ADP y AMP activan cada uno al menos a una de las enzimas reguladoras

La disponibilidad general de acetil CoA est determinado principalmente por la actividad del complejo PDH que es inhibido por NADH, ATP y acetilo CoA y es activado por NAD+, AMP y CoA libre

El ciclo del TCA desempea un papel central en el catabolismo de grasas y protenas

La glucosa como el sustrato principal de la respiracin celular

La grasa como una fuente de energa: Las grasas son compuestos altamente reducidos que liberan ms energa por gramo tras su oxidacin que los carbohidratos

Triacilgliceroles (tambin llamados triacilglicridos) que son tristeres neutros de glicerol y cidos grasos de cadena larga. El catabolismo de los Triacilgliceroles comienza con su hidrlisis en glicerol y cidos grasos libres

El catabolismo de cidos grasos a acetil CoA se denomina oxidacin porque el acontecimiento oxidativo inicial en el tomo de carbono que se encuentra en la posicin del cido grasoLos cidos grasos derivados de las grasas, al igual que el piruvato derivado de los carbohidratos, se convierten por oxidacin en acetil CoA, que ser posteriormente catabolizado por el ciclo del TCA

Las enzimas de la oxidacin de los cidos grasos estn localizadas en la mitocondria en las clulas eucariotas

Las protenas como una fuente de energa y de aminocidos: Las protenas, tambin pueden ser catabolizadas para generar ATP si es necesario, especialmente cuando los depsitos de grasas y de azcares estn vacos o no estn disponibles

Los aminocidos en los que una protena se degrada pueden ser reciclados en protenas o ser degradados oxidativamente para obtener energa

El catabolismo de las protenas comienza con la hidrlisis del enlace peptdico que mantienen a los aminocidos unidos en una cadena polipeptdica. El proceso se denomina protelisis y las enzimas que lo llevan a cabo proteasas

De los 20 aminocidos que se pueden encontrar en las protenas, tres dan lugar a intermediarios del ciclo del TCA de una maneara directa. Estos aminocidos son la alanina, el aspartato y el glutamato, que pueden ser convertidos en piruvato, oxoalacetato y -cetoglutarato

El ciclo del TCA constituye una fuente de precursores para rutas anablicas

La funcin principal del ciclo del TCA es el catabolismo

Debido a que el ciclo del TCA representa un nexo entre rutas catablicas y anablicas, a menudo se le denomina como la ruta anfiblica

El succinil CoA el punto de partida para la sntesis del grupo hemo

TRASPORTE DE ELECTRONES: FLUJO DE ELECTRONES DESDE LAS CONZIMAS AL OXGENO

Las dos primeras etapas de la respiracin aerobia la gluclisis y el ciclo del TCA

La oxidacin completa de la glucosa a CO2 puede producir 686 kcal/mol

Cerca del 90% de la energa potencial libre que est presente en una molcula de glucosa se conserva en las 10 molculas de NADH y en las 2 molculas de FADH2, que se forman cuando se oxida una molcula de glucosa a CO2

El proceso de reoxidacin de las coenzimas mediante la trasferencia de electrones al oxgeno se conoce como trasporte de electrones. El trasporte de electrones es la tercera parte del metabolismo respiratorio

El sistema de trasporte de electrones consiste en cinco tipos diferente de trasportadores

Los trasportadores que constituyen el sistema son flavoprotenas, ferrosulfoprotenas, citocromos, citocromos que contiene cobre y una quinona denominada coenzima Q

Casi todas las trasferencias de electrones ocurren en las membranas, por lo que no es sorprendente que la mayor parte de estos transportadores sean molculas hidrfobas. La mayora de estos intermediarios aparecen en la membrana como parte de grandes complejos de protenas llamados complejos respiratorios

Flavoprotenas: Usan como grupo prosttico al dinucletido de flavina adenina (FAD), al mononucletido de flavina (FMN). El FMN en esencia es la media molcula de FAD

Una caracterstica importante de las flavoprotenas (y de la coenzima NADH tambin) es que trasfieren, tanto protones, como electores a medida que son oxidados y reducidos reversiblemente

Ferrosulfoprotenas: Tambin llamadas ferredoxinas (protenas frricas sin grupo hemo), forman parte de una familia de protenas que consiste en tomos de hierro y azufre asociados con las protenas ferrosulfurosas no toman o ceden protones mientras cambian entre los estados oxidados y los reducidos

Citocromos: Los citocromos tambin contienen hierro, pero formando parte del grupo prosttico de una porfirina llamado hemo componente del hemoglobina

Existen al menos cinco tipos diferentes de citocromos en el sistema de trasporte de electrones, designados como citocromos b, c, c1, a y a3. El tomo de hierro del grupo prottico hemo sirve como trasportador de electrones en los citocromos. Los citocromos son tambin transportadores de un nico electrn, sin trasferir protones. Mientras que los citocromos b, c1, a y a3son protenas integrales de membrana, el citocromo c es una protena perifrica de membrana

Citocromos que contiene cobre: Los citocromos a y a3 tambin contienen un tomo de cobre unido al grupo hemo del citocromo

Coenzima Q: El nico componente no proteico de la ETS, es una quinona. Debido a su carcter ubicuo (Que est presente a un mismo tiempo en todas partes, omnipresente, que vive en continuo movimiento para no perderse nada) en la naturaleza, se conoce a la coenzima Q como ubiquinona

Forma quinona (CoQ)

La coenzima Q no forma parte de un complejo respiratorio

Los transportadores de electrones funcionan en una secuencia que bien determinada por sus potenciales de reduccin

El potencial de reduccin estndar E0, es una medida, en voltios (V) de la afinidad que tiene un compuesto por los electrones. Describe la facilidad de un compuesto para ganar electrones y reducirse

Tener un valor positivo de E0 significa que la forma oxidada tiene una gran afinidad por los electrones y un valor de E0 negativo quiere decir que es un aceptor de electrones malo es decir un buen donador de electrones

Constante de Faraday 23,062 cal/mol

La mayora de los trasportadores estn organizados en cuatro grandes complejos respiratorios

El complejo I transfiere los electrones desde el NADH a la coenzima Q y se denomina complejo NADH-coenzima Q oxidorreductasa (o complejo NADH deshidrogenasa). El complejo II trasfiere a la CoQ los electrones derivados del succinato de la reaccin TCA-6. Este complejo se conoce como complejo succinato-coenzima Q oxidorreductasa. El complejo III se denomina complejo coenzima Q-citocromo oxidorreductasa porque acepta los electrones de la coenzima Q y los pasa al citocromo c. El complejo IV trasfiere los electrones desde el citocromo c al oxgeno y se llama citocromo c oxidasa

Los tres complejos necesarios para la oxidacin del NADH complejos I. III y IV

La funcin de la citocromo c oxidasa: Slo la citocromo c oxidasa al final del sistema de trasporte de electrones es una oxidasa terminal capaz de trasferir directamente los electrones al oxgenoLos complejos respiratorios se mueven libremente dentro de la membrana interna

Los complejos proteicos de la membrana mitocondrial interna son mviles y pueden difundir libremente a lo largo del plano de la membrana

El NADH, la coenzima Q y el citocromo c son intermediarios clave en el proceso de trasferencia de electrones. El NADH une la ETS con las reacciones de deshidrogenacin (oxidacin) del ciclo del TCA y con casi cualquier otra reaccin de oxidacin que tenga lugar en la matriz mitocondrial

La coenzima Q acepta los electrones tanto del complejo I como del II. Se ha estimado que existen alrededor de 10 molculas de citocromo c y 50 molculas de ubiquinona por cada complejo I

SINTESIS DE ATP: JUNTANDO LAS PIEZAS

Cuarta y ltima fase de la respiracin aerobia: la sntesis de ATP

La energa de un sustrato oxidable como la glucosa, se trasfiere a coenzimas reducidas durante las reacciones de oxidacin de la gluclisis y el ciclo del cido tricarboxlico (fase1 y 2) y cmo se utiliza despus para generar un gradiente electroqumico de protones a travs de la membrana mitocondrial interna (fase 3)

Los complejos F1 que pueden verse a lo largo de la superficie interna de las crestas

Las partculas F1 tienen actividad ATP sintasa

Partculas submitocondriales estas partculas fueron capaces de llevar a cabo el transporte de electrones y la sntesis de ATP

Factores de acoplamiento son conocidas por ser las estructuras responsables de la actividad de sntesis de ATP en la membrana mitocondrial interna y en la membrana plasmtica bacteriana

El complejo FoF1: el transporte de protones a travs de Fo permiten que F1 sintetice ATP

El complejo Fo funciona como trasportador de protones

El complejo FoF1 es la ATP sintasa funcional Pmf fuerza motriz del gradiente electroqumico de protones

El componente F1 lleva a cabo la sntesis de ATP gracias a la energa generada por este gradiente de protones

El sitio cataltico de sntesis e hidrlisis del ATP se localiza en la subunidad ; la subunidad sirve como sitio de unin ATP/ADP

El modelo quimiosmtico implica un trfico de protones dinmico a travs de la membrana

Se requieren 3 protones para la sntesis de 1 molcula de ATP, entonces tiene sentido que la produccin sea de 3 ATP por NADH y 2 ATP por FADH2

LA RESPIRACION AEROBI: RESUMEN GLOBAL

El mximo rendimiento de ATP en la respiracin aerobia es de 36-38 ATPs por molcula de glucosa

La oxidacin completa de la glucosa a dixido de carbono por la gluclisis y el ciclo del TCA tiene como resultado la produccin de 4 molculas de ATP por fosforilacin desde sustratos. La mayor parte de la energa libre restante de la oxidacin de la glucosa se almacena en las 12 molculas de coenzima -10 de NADH y 2 de FADH-

Por qu el rendimiento mximo de ATP en las clulas eucariotas vara entre 36 y 38 ATPs por cada glucosa?

La glucosa se cataboliza aerbicamente en una clula eucariota, la gluclisis genera, en el citosol, 2 molculas de NADH por cada glucosa, mientras que el catabolismo del piruvato genera otras ocho molculas de NADH en la matriz mitocondrial

Un sistema de trasporte de electrones consta de uno o ms transportadores de electrones que pueden ser reducidos reversiblemente

Semana 10.Gregor Mendel concluyo que la informacin hereditaria se trasmita en forma de unidades diferenciadas que en la actualidad llamamos genes. Actualmente, sabemos tambin que los genes consisten en secuencias de ADN que codifican productos funcionales que normalmente son cadenas proteicas, pero que en algunos casos pueden ser molculas de ARN que no codifican protenas

Se destaca el hecho de que la informacin que lleva el ADN fluye entre generaciones de clulas y dentro de cada clula individual

Durante el primero de estos dos procesos la informacin almacenada en las molculas de ADN de una clula se somete al proceso de la replicacin, generando dos copias de ADN que se distribuyen a las clulas hijas cuando la clula se divide

El ncleo es el orgnulo que aloja a los cromosomas de las clulas eucariotas

Las instrucciones almacenadas en el ADN se utilizan en un proceso de dos etapas denominadas transcripcin y traduccin. Durante la transcripcin el ARN se sintetiza en una reaccin enzimtica que copia informacin a partir del ADN. Durante la traduccin, la secuencia de bases de las molculas de ARN mensajero resultante se utiliza para determinar la secuencia de aminocidos de las protenas

Son las protenas particulares sintetizadas por una clula que finalmente determinan la mayora de las caractersticas estructurales de sta, as como las funciones que realiza

NATURALEZA QUIMICA DEL MATERIAL GENETICO

Friedrich Miescher en 1869 inform sobre el descubrimiento de una sustancia que ahora conocemos como ADN, justo unos aos antes de que el bilogo celular Walter Flemming observase por primera vez los cromosomas al microscopio

El descubrimiento del AN por Miescher condujo a propuestas contradictorias sobre la naturaleza qumica de los genes

Una vez extrados los ncleos con lcali, descubri una sustancia inusual, a la que denomin nuclena que es en gran medida ADN

El ncleo supone ms del 90% de la masa de una clula espermtica tpica y de que adems el ADN supone la mayora de la masa de las clulas espermticas

Avery demostr que el ADN es el material gentico de las bacterias

Neumococo: Causa una neumona fatal en animales. Existe en dos formas denominadas cepa S y Cepa R. Cuando crece en un medio de agar slido la cepa S produce colonias lisas y brillantes debido al moco. La presencia del polisacrido en la cubierta de la cepa S protege a la bacteria del ataque del sistema inmune. La cepa R carece de la capacidad para fabricar la cubierta mucosa y por tanto produce colonias que muestran un lmite rugoso

Desoxirribonucleasa: Enzima que degrada el ADN

ADN es tambin el material gentico de un virus, el bacterifago T2

Hershey y Chase demostraron que el ADN es el material gentico de los virus

Los bacterifagos o fagos son virus que infectan a bacterias

El virus T2 est formado solamente por dos clases de molculas: ADN y protenas

El Virus T2 como la mayora de las protenas contiene azufre pero no fsforo, mientras que el ADN viral contiene fsforo pero no azufre

Las reglas de Chargaff revelan que A=T y que C=G

Cuatro bases en el ADN Adenina (A), Guanina (G), Citosina (C) y Timina (T)-

Chargaff descubri que para tosas las muestras de ADN el nmero de adeninas era igual al nmero de timinas (A=T) y el nmero de guaninas igual al nmero de citosinas (C=G), esto significaba que el nmero de purinas era igual al nmero de pirimidinas (A+T = C+T)

LA ESTRUCTURA DEL ADN

La estructura tridimensional del ADN fue proporcionada en 1953 por Watson y Crick

Watson y Crick descubrieron que el ADN es una doble hlice

En la doble hlice de Watson y Crick los esqueletos de azcar fosfato de las dos hebras estn en el exterior de la hlice y las bases miran hacia el interior, hacia el centro de la hlice formando los escalones de un escalera circular a la que se parece la estructura. La hlice es dextrgira (la hlice se curva hacia arriba- y hacia la derecha). Contiene diez pares de nucletidos por vuelta y avanza0.34 nm por cada par de nucletidos. Consecuentemente cada vuelta completa de la hlice aade 3.4 nm a la longitud de la molcula. El dimetro de la hlice es de 2 nm

Las dos hebras se sostienen por puentes de hidrgeno entre las bases de hebras opuestas. Los puentes de hidrgeno se ajustan entre la base de adenina (A) en una de las cadenas y timina (T) en la otra, o entre la base guanina (G) en una cadena y citosina (C) en la otra. Las dos cadenas de la doble hlice de ADN son complementarias

La base A en la hebra molde definira la insercin de la base T en la hebra de nueva formacin, la base G especifica la insercin de la base C, la base T concreta la insercin de la base A y la base C implicara la insercin de la base G

La forma en la que giran las dos hebras crea un surco mayor y un surco menor. Estos surcos desempean un papel importante en las interacciones del ADN con varias de molculasSi se unen el carbono 5 de un nucletido al carbono 3del siguiente nucletido se dice que tiene una orientacin 5--3

La hlice dextrgira de Watson y Crick es una versin idealizada de lo que denomina B-ADN. El B-ADN es indudablemente la forma principal del ADN en las clulas

La roma A-ADN tiene una configuracin en hlice dextrgira que es ms corta y ms gruesa que la forma B-ADN. La forma A-ADN se puede crear de manera artificial deshidratando el B-ADN

La forma Z del ADN es una doble hlice levgira. Su nombre deriva del patrn en zigzag que sigue su esqueleto de azcar fosfato y es ms larga y delgada que la forma B del ADN. La forma Z del ADN surge con mayor facilidad en aquellas regiones del ADN que contienen o bien purinas alternando con pirimidinas o bien citosinas metiladas

El ADN puede transformarse en formas relajadas y superenrolladas

En muchas situaciones del AN de doble hlice puede girar sobre s mismo para formar ADN superenrollado

Molculas de ADN circular se han encontrado en bacterias, mitocondrias y cloroplastos

Una molcula de ADN puede ir hacia atrs o hacia delante entre el estado de superenrollamiento y el estado de no superenrollamiento o estado relajado

Un trozo de cuerda que consista en dos hebras giran juntas formando una hlice dextrgira, ste es el equivalente a una molcula de ADN lineal relajada. La cuerda ahora es circular pero todava est en el estado relajado. Pero si ante de sellar los extremos, se le da a la cuerda una vuelta extra en la direccin en la cual las hebras estn entrelazadas, la cuerda entra en un superenrollamiento positivo. En cambio, si antes de sellar los extremos, a la cuerda se le da una vuelta extra en la direccin opuesta, la cuerda entra en una superenrollamiento negativo

La interconversin entre la forma relajada y la forma superenrollada del ADN est catalizada por enzimas denominadas topoisomerasas, que se clasifican en tipo I o en tipo II. Ambos tipos catalizan la relajacin del ADN superenrollado, pero las enzimas del tipo I lo hacen introduciendo corte transitorios en una sola hebra del ADN, mientras que las enzimas tipo II introducen rupturas transitorias en la doble hebra de ADN. Las topoisomerasas de tipo I y tipo II se utilizan para eliminar superenrollamiento del ADN

Los procariotas tienen una topoisomerasa de tipo II denominada ADN girasa que puede inducir tanto la relajacin como el superenrollamiento del ADN. La ADN girasa es una de las enzimas implicadas en la replicacin del ADN. La ADN girasa requiere ATP para generar el superenrollamiento

Las dos hebras de una doble hlice de ADN se pueden separar por desnaturalizacin y volver a unirse por renaturalizacin

La doble hlice de ADN se mantienen unidas por enlaces no covalentes relativamente dbiles

La separacin de las hebras se puede inducir de manera experimental teniendo como resultado la desnaturalizacin del ADN, el proceso inverso, que restablece una doble hlice a partir de hebras separadas de ADN, se denomina renaturalizacin del ADN

Una forma de desnaturalizar ADN en el laboratorio es aumentando la temperatura

Temperatura de fusin del ADN (Tm): La temperatura a la cual se alcanza la mitad del cambio de absorbancia. El valor de la temperatura de fusin refleja la fuerza con la que se mantiene unida la doble hlice de ADN

El ADN desnaturalizado se puede renaturalizar disminuyendo la temperatura para permitir el restablecimiento de los puentes de hidrgeno entre las dos hebras

LA ORGANIZACIN DEL ADN EN GENOMAEl genoma de un organismo o de un virus comprende el ADN (o para algunos virus ARN) que contiene una copia completa de toda la informacin gentica de ese organismo o virus. Para muchos virus y procariotas, el genoma reside en una nica molcula o en nmero pequeo de molculas de ADN lineal o circular. Las clulas eucariotas tienen un genoma nuclear, un genoma mitocondrial y en el caso de plantas y algas, tambin un genoma cloroplstico. Los genomas de mitocondrias y cloroplastos son molculas sencillas de ADN, normalmente circular, que se parecen a los de las bacterias. El genoma nuclear generalmente consiste en mltiples molculas de ADN dispersas en un juego haploide de cromosomas. Un juego haploide de cromosomas consiste en un representante de cada tipo de cromosomas, mientras que un juego diploide consiste en dos copias de cada tipo de cromosoma, una copia de la madre y otra del padre

El tamao del genoma normalmente aumenta con la complejidad del organismo

El tamao del genoma normalmente se expresa como el nmero total de bases nucleotdicas emparejadas o pares de bases (pb). Kb (Kilobases), Mb (Megabases) y Gb (Gigabases) se utilizan para referirse a miles, millones o billones de pares de bases

Las enzimas de restriccin cortan las molculas de ADN por sitios especficos

Enzimas de restriccin: Enzimas, aisladas a partir de bacterias, que cortan las molculas de ADN extrao en sitios especficos. La accin de corte de una enzima de restriccin genera un grupo especfico de fragmentos de ADN denominados fragmentos de restriccin

Cada enzima de restriccin rompe ADN de doble cadena slo en aquellos lugares donde encuentra una secuencia especfica a la que reconoce, denominada sitio de restriccin

Separacin de los fragmentos de restriccin mediante electroforesis en gel

Electroforesis en gel: El mismo mtodo utilizado para separar protenas y polipptidos.

Los pequeos fragmentos de ADN, normalmente se separan en geles de poliacrilamida

Cada enzima de restriccin de forma individual corta el ADN en dos fragmentos indicando que el ADN slo contiene un sitio de restriccin para cada enzima

Mapa de restriccin: Representa la localizacin de todos los sitios de restriccin en el ADN original

Existen procedimientos rpidos para secuenciar ADN

Dos mtodos para secuenciar ADN es decir para determinar el orden lineal de las bases en el ADN

El mtodo de Maxam-Gilbert denominado el mtodo qumico, estaba basado en el uso de compuestos qumicos (no proteicos) que cortan el ADN de manera proferente en bases especficas, mientas que el procedimiento de Sanger denominado el mtodo de terminacin de cadena utiliza dideoxinucletidos (nucletidos a los que les faltan un grupo hidroxilo en 3) que interfieren con la sntesis enzimtica normal del ADN

Cuando una dideoxinucletido se incorpora en una cadena de ADN en crecimiento, en lugar de deoxinucletido normal, la sntesis de ADN se detiene antes de tiempo debido a la ausencia del grupo hidroxilo en 3

Cada vez que se incorpora un dideoxinucletido se detiene la sntesis de ADN para esa hebra en particular

Para nosotros, como seres humanos, el logro ms importante de la secuenciacin del ADN es por supuesto el genoma humano. El genoma nuclear humano contiene alrededor de 3.2 billones de bases

El 1 el 2% del genoma humano codifica protenas normalmente

La funcin de la mayora de los genes es producir protenas y estas protenas son las responsables de la mayora de las funciones celulares

Proteoma la estructura y propiedades de cada protena producida por el genoma

Identificar el enorme nmero de protenas producidas por el genoma ha sido ms fcil por la espectrometra de masas de alta velocidad, una tcnica extremadamente sensible que utiliza capos magnticos y elctricos para separar protenas o fragmentos de protenas, basndose en diferencias de masa y carga

Las bases pueden variar de una persona a otra, creando caractersticas que nos hacen individuos nicos. Estas variaciones en la secuencia de bases entre individuos se denominan polimorfismos de un nico nucletido o SNPs

Roy Britten y David Kohne condujeron al descubrimiento de las secuencias repetidas del ADN

ADN repetidas estn presentes en mltiples copias

ADN no repetido est presente en una sola copia por genoma. En las clulas bacterianas prcticamente todo el ADN es no repetido

ADN repetido en tndem: Una de las categoras ms importantes de ADN repetido se denomina ADN repetido en tndem, las mltiples copas se colocan una al lado de la otra en una fila

Cul es la funcin del ADN repetido de secuencia simple (ADN satlite)?: Podran ser responsables de proporcionar propiedades fsicas especficas a ciertas regiones del cromosoma

Centrmeros: desempean un papel importante en la distribucin de los cromosomas durante la divisin celular

Los telmeros son secuencias de ADN localizadas en los extremos de los cromosomas. Los telmeros protegen a los cromosomas de la degradacin de sus extremos vulnerables durante cada ciclo de replicacin. Los telmeros humanos contienen entre 250-1,500 copias de la secuencia TTAGGG

Huellas genticas de ADN (ADN fingerprint): El ADN para comparar sitios distintos del genoma de dos o ms individuos. Es una manera de identificar individuos tan precisa como el estudio de la huella gentica convencional

La enfermedad de Huntington una enfermedad neurolgica devastadora que aparece a mediana edad y que invariablemente es fatal. El gen de la enfermedad de Huntington contiene el trinucletido CAG repetido en tndem entre 11 y 34 veces. Son embargo los genes de los individuos afectados poseen ms de 100 copias de esa unidad repetidas

El sndrome del X frgil causa retraso mental y la distrofia miotnica, que afecta a los msculos, se encuentran entre las enfermedades neurolgicas que se originan como consecuencia de la amplificacin de otro triplete de secuencias repetidas

ADN repetido disperso: La segunda categora principal de secuencias de ADN repetido, es el ADN repetido disperso. Las unidades repetidas de este tipo de ADN estn esparcidas por todo el genoma

Trasposones: Crean alteraciones genticas de las que se cree que contribuyen a la adaptabilidad evolutiva del genoma

EMPAQUETAMIENTO DEL ADN

Una clula tpica de E. coli mide alrededor de 1mm de dimetro y 2 mm de longitud

Los procariotas empaquetan el ADN en cromosomas bacterianos en plsmidos

Lo fundamental del genoma bacteriano el cromosoma bacterianoCromosomas bacterianos: Generalmente, el cromosoma bacteriano es una molcula de ADN circularNucleoide: No est rodeado por membranaSe piensa que los bucles se mantienen en su sitio por el ARN y las molculas proteicas

El cromosoma bacteriano consiste en ADN superenrollado unido a pequeas protenas bsicas y plegado en dominios con bucles

Plsmidos bacterianos: Plsmidos son pequeas molculas de ADN circular que porta genes tanto para su propia replicacin, como para una o ms funciones celulares (normalmente funciones no esenciales). La mayora de los plsmidos estn superenrollados. Los plsmidos se replican de forma autnoma

Los eucariotas empaquetan el ADN en cromatina y cromosomas

Cada cromosoma eucariota contiene una nica molcula de ADN lineal de tamao enorme. En las clulas humanas slo una de estas molculas de ADN puede tener 10 cm o ms de largo

Cuando se une a protenas, el ADN se convierte en fibras de cromatina que miden de 10 a 30 nm de dimetro que normalmente estn dispersas en el ncleo. Estas fibras se condensan y se pliegan en estructuras compactas

La protena que tiene el papel ms comportante en la estructura de la cromatina son las histonas, un grupo de protenas relativamente pequeas cuyo contenido elevado en aminocidos lisina y arginina les aporta una fuerte carga positiva

Las histonas se dividen en cinco grupos principales, designados como H1, H2A, H2B, H3 y H4. La cromatina contiene aproximadamente igual nmero de molculas de histonas H2A, H2B, H3 y H4 y cerca de la mitad de esa cantidad de molculas del tipo H1

Los nucleosomas son la unidad bsica de la estructura de la cromatina

Los nucleosomas se empaquetan para formar fibras de cromatina y cromosomas

La formacin de nucleosomas es slo el primer paso en el empaquetamiento del ADN nuclearLa histona H1 facilita el empaquetamiento de los nucleosomas en fibras de 30 nmEL NUCLEO

ADN material gentico de la clula

Genoma un juego completo de instrucciones de ADN para las clulas de una especie en particular

Cromosoma manera fsica de empaquetar el ADN dentro de las clulas

Ncleo lugar dentro de la clula eucariota donde se localizan y se replican los cromosomas y donde se trascribe el ADN que contienen. Adems es el almacn de la mayora de la informacin gentica de la clula. El ncleo es uno de los rasgos ms prominentes y caractersticos de las clulas eucariotas

La verdadera esencia de una clula eucariota es su ncleo rodeado de membranaLa envuelta membranosa forma los lmites del ncleoPoros perforan la envuelta

El ncleo est rodeado por una envuelta nuclear de doble membrana

La microscopa electrnica de transmisin revel que el ncleo estaba rodeado por una envuelta nuclear compuesta por dos membranas la membrana nuclear interna y externa- separadas por el espacio perinuclear que mide alrededor de 20-40 nm de un extremo a otro. Cada membrana tiene entre 7 y 8 nm de espesor

La membrana nuclear interna se apoya sobre una red de fibras de soporte denominadas lmina nuclearLa membrana nuclear externa contina con el retculo endoplsmatico proporcionando continuidad entre el espacio perinuclear y el lumen del RE. Al igual que las membranas del RE rugoso, la membrana externa est con frecuencia cubierta de ribosomas

Una de las caractersticas ms distintivas de la envuelta nuclear es la presencia de aperturas especializadas denominadas los poros nucleares. Cada poro es un canal cilndrico pequeo que se extiende a travs de ambas membranas de la envuelta nuclear proporcionando as continuidad entre el citosol y el nucleoplasma el espacio interior del ncleo (aparte de la regin del nuclolo)

En cada poro, las membranas interna y externa de la envuelta nuclear se fusionan, formando un canal que est alineado con una estructura proteica intrincada denominada el complejo del poro nuclear (CP