LA OXIDACIN EN LOS SISTEMAS BIOLGICOS

CADENA RESPIRATORIA OTRANSPORTE ELECTRONICOyFOSFORILACION OXIDATIVA

Desde el punto de vista qumico OXIDACIN

Ganancia de oxgeno

Prdida de electrones

Prdida de hidrgenoREDUCCIN

Prdida de oxgeno

Ganancia de electrones

Ganancia de hidrgeno (en compuestos orgnicos)El uso principal del OXGENO es en la RESPIRACIN

Y ESTE ES EL PROCESO POR EL CUAL LAS CLULAS OBTIENEN ENERGA EN FORMA DE ATPEste principio de OXIDO- REDUCCIN se aplica a los sistemas bioqumicos y es un concepto importante para la comprensin de la naturaleza de las oxidaciones biolgicas.

EN LOS SISTEMAS REDOXLOS CAMBIOS DE ENERGA LIBRE PUEDEN EXPRESARSE EN TRMINOS DEL POTENCIAL DE OXIDACIN REDUCCIN

LAS ENZIMAS QUE INTERVIENEN EN LOS PROCESOS REDOXSE DENOMINAN

OXIDORREDUCTASAS

Oxidorreductasas

Catalizan reacciones de oxido- reduccin

Ared + Box Aox + Bred

A : es el reductor o dador electrnico; en el cursode la reaccin se oxida (pierde electrones)

B : es el oxidante o aceptor electrnico; en el cursode la reaccin se reduce (gana electrones)

En las reacciones redox, siempre tienen que estarpresentes a la vez el aceptor y el dador electrnico

Estas reacciones son fuertemente exergnicas, en las cuales para evitar una liberacin brusca de energa, no aprovechable por la clula, se libera en forma fraccionada.

DISTINTAS FORMAS EN QUE LA CELULA PUEDE TRANSFERIR ELECTRONES 2.- Transferencia de un tomo de hidrgeno: (H+ + e-): AH2 + B A + BH23.- Transferencia de un ion Hidruro (:H-) AH2 + NAD+ A + NADH + H+ 4.- Transferencia de e- desde un reductor orgnico al oxgeno: R-CH3 + O2 RCH2-OH

Gran parte de los sustratos oxidados en el organismo sufren deshidrogenacin.

Las reacciones de deshidrogenacin son catalizadas por las ENZIMAS DESHIDROGENASAS.

En estas reacciones el hidrgeno es captado por una coenzima.

Las coenzimas pueden ser:

- Nicotinamida (NAD o NADP) - Flavina (FAD).

Flujo de electrones en la oxido-reducciones biolgicas

Respiracin CelularEs el conjunto de reacciones en las cuales el c. pirvico producido por la gluclisis se desdobla a CO2 y H2O y se producen 30 ATP.

En las clulas eucariontes la respiracin se realiza en la mitocondria.

LA MITOCONDRIA FBRICA DE ENERGA CELULAR ES EL SITIO DONDE TIENEN LUGAR EL TRANSPORTE ELECTRNICO Y LA FOSFORILACIN OXIDATIVA

Localizacin

La cadena transportadora de electronesEl NADH+H y el FADH2, obtenidos en el ciclo de Krebs, van a entrar en una cadena transportadora de electrones o cadena respiratoria, donde pasan los electrones, de una molcula reducida a otra oxidada, hasta el aceptor final que ser el oxgeno molecular, que al reducirse formar agua.

CADENA DE TRANSPORTE ELECTRONICO

Los componentes de la cadena se encuentran en la membrana mitocondrial interna.

Reciben equivalentes de reduccin de NADH Y FADH2 producidos en la matriz.

Los componentes actan secuencialmente en orden creciente segn sus potenciales de reduccin.

La energa que se libera durante la transferencia electrnica est acoplada a varios procesos endergnicos entre los que se destaca la sntesis de ATP.

Reacciones de la cadena de transporte de electrones Con excepcin de la coenzima Q, todos los miembros de esta cadena son protenas. Pueden funcionar como enzimas como en el caso de varias deshidrogenasas. Pueden contener hierro como parte de su centro hierro-azufre . Los citocromos a y a3 contienen cobre.

Componentes de la cadena respiratoria

Transportadores de electrones-Coenzimas hidrosolubles:

NAD+coenzimas de las deshidrogenasasNADP+

FMN se unen covalentemente a flavoprotenas FAD(grupo prosttico), transportan 2 e- y 2 H+

Quinonas: Coenzima Q Ubiquinona, transportadores en medio no acuoso (membrana), transporta 1 e- y libera 2 H+ a la matriz

Citocromos b, c, c1, a y a3 : protenas con grupo prosttico hemo, transportan 1 e-

Protenas ferro-sulfuradas: protenas con Fe asociado a tomos de S, transfieren 1 e- por oxidacin o reduccin del Fe

Reacciones que proveen de NADH a la cadena respiratoriaPiruvato deshidrogenasa

Isocitrato deshidrogenasa

Malato deshidrogenasa

a-cetoglutarato deshidrogenasaSustrato + NAD+ Producto + NADH + HCR

Componentes de la Cadena de transporte electrnico Complejo enzimtico Grupos prostticos

Complejo I (NADH deshidrogenasa) FMN, FeS

Complejo II ( succinato deshidrogenasa) FAD, FeS

Complejo III (citocromo bc1) Hemo, FeS

Citocromo c Hemo

Complejo IV (citocromo oxidasa) Hemo, Cu

Complejo V (ATP sintasa)

La Cadena de Transporte de Electrones comprende dos procesos:

1.- Los electrones son transportados a lo largo de la membrana, de un complejo de protenas transportadoras a otro.

2. Los protones son translocados a travs de la membrana, desde el interior o matriz hacia el espacio intermembrana de la mitocondria.

Esto constituye un gradiente de protones

El oxgeno es el aceptor terminal del electrn, combinndose con electrones e iones H+ para producir agua.

La transferencia de electrones desde el NADH a travs de la cadena respiratoria hasta el O2 es un proceso altamente exergnico.

La mayor parte de esa energa se emplea para bombear protones fuera de la matriz.

Por cada par de electrones transferidos al O2 los complejos I y III bombean 4 H+ y 2 el complejo IV.

El complejo II no transfiere H+ ya que no atraviesa la membrana interna como los dems.

As esta energa electroqumica generada por el gradiente protnico impulsa la sntesis de ATP.

Flujo de electrones y protones a travs de los cuatro complejos que forman la cadena respiratoriaEl oxgeno es el aceptor terminal del electrn, combinndose con electrones e iones H+ para producir agua.

INHIBICION DEL TRANSPORTE ELECTRNICOInhibidores del transporte electrnico Inhiben solamente el transporte de e-

Inhibidores de la fosforilacin Inhiben la sntesis de ATP, indirectamente el transporte de e-

Desacoplantes Impiden la sntesis de ATP pero no inhiben el transporte de electrones. Actan como ionforos eliminando el gradiente de protones.

Inhibidores de la translocasa Inhiben la entrada de ADP y la salida de ATP desde la mitocondria

ACCIN DE INHIBIDORES

La cadena de transporte de electrones y la fosforilacin oxidativa estuvieron separadas conceptualmente por mucho tiempo.

Las observaciones sobre la formacin del ATP hacan pensar a los investigadores en un intermediario fosforilado de la reaccin.

En 1961 Peter Mitchell propuso la Hiptesis Quimiosmtica:

EL INTERMEDIARIO ENERGTICO NECESARIO PARA LA FORMACIN DEL ATP (O FOSFORILACIN DEL ADP), ES LA DIFERENCIA EN LA CONCENTRACIN DE PROTONES A TRAVS DE LA MEMBRANA

PETER DENNIS MITCHELL (1920 - 1992)

-Interesado inicialmente en lapenicilina, a partir de1961trabaj en el estudio sobre el almacenamiento de laenergaen losseres vivospara ser posteriormente transportada a los puntos de utilizacin por medio de las molculas de ATP.

-As la energa liberada por el traslado de electrones en la cadena respiratoria se conserva mediante la fosforilacin del ADP, que se convierte nuevamente en ATP, proceso denominadoFOSFORILACIN OXIDATIVA.

-En1978fue galardonado con elPremio Nobel de Qumicapor sus trabajos sobre el INTERCAMBIO DE ENERGA BIOLGICA MEDIANTE LA TEORA DE LA QUMICA OSMTICA.

POSTULADOS DE LA TEORIA QUIMIOSMOTICAPasaje de H+ durante la transferencia de electrones desde la matriz al espacio intermembrana.

Generacin de un gradiente electroqumico : flujo electrnico acompaado de la transferencia de protones.

Los protones acumulados en el espacio intermembrana crean una fuerza: protn-motriz, por la tendencia de volver a pasar al interior para igualar el pH a ambos lados de la membrana.

Esa fuerza es utilizada para el pasaje de los H+ a travs de Fo y as activan la ATP sintasa

Lugar de translocacin de protones

COMPLEJO ATP sintasaF1 : 9 subunidades: a3 b3 g d e y 3 sitios catalticosFo: Protena integral , canal transmembrana para protones con 3 subunidades: a, b2 y c12Esta enzima es la que transforma la energa cintica del ATP en energa qumica.El Dr. Boyer (1964) recibi el Premio Nobel al describir la ATP sintasa.

La energa del gradiente de protones se utiliza tambin para el transporte

El control de la fosforilacin oxidativa permite a la clula producir solo la cantidad de ATP que se requiere para el mantenimiento de sus actividades.

El valor del cociente P/O, representa el nmero de moles de Pi que se consumen para que se reduzca cada tomo de O2 a H2O.

El cociente mximo medido para la oxidacin de NADH es 2,5 y para FADH2 es 1,5, para mayor practicidad se consideran 3 ATP y 2 ATP, respectivamente.

Control respiratorio por el aceptor:

Las mitocondrias solo pueden oxidar al NADH y al FADH cuando hay una concentracin suficiente de ADP y Pi.

Cuando todo el ADP se transform en ATP, disminuye el consumo de oxgeno y aumenta cuando se suministra ADP.

Inhibidores de la fosforilacinOligomicina: Bloquea el flujo de protones a travs de F0, impidiendo la fosforilacin.Se inhibe la sntesis de ATPSe acumulan protones y se produce una fuerza inversa detenindose el transporte de electrones.

Desacoplantes: Compuestos que impiden la sntesis de ATP, pero no bloquean el flujo de electrones, de esa manera desacoplan la cadena respiratoria de la fosforilacin oxidativa.El 2,3-dinitrofenol (DNF) transfiere iones hidrgeno desde el lado externo hacia la matriz y anula el gradiente de protones creado por la cadena respiratoria.

Sistemas de lanzaderasSurgen de la necesidad de recuperar el NAD+ citoslico, dado que la membrana mitocondrial es impermeable a este compuesto

Mas activa en hgado y corazn

Qumicamente la oxidacin se define como la prdida de electrones y la reduccin como la ganancia de ellos.

En consecuencia la oxidacin est siempre acompaada por la reduccin de un aceptor de electrones.

Este principio de OXIDO- REDUCCIN se aplica a los sistemas bioqumicos y es un concepto importante para la comprensin de la naturaleza de las oxidaciones biolgicas.

La vida de los animales superiores depende en forma absoluta del suministro de oxgeno.

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