Oxidaciones Medicina 2014

UNIVERSIDAD DE CARABOBOFACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD

ESCUELA DE MEDICINADEPARTAMENTO DE BIOQUIMICA

Expositores:

PROF BIOQUIMICA

BIOENERGETICA Y OXIDACIONES BIOENERGETICA Y OXIDACIONES BIOENERGETICA Y OXIDACIONES BIOENERGETICA Y OXIDACIONES

BIOLOGICASBIOLOGICASBIOLOGICASBIOLOGICAS

� La energía del universo es

constante: No se crea ni se destruye

solo se transforma.

1ra Ley de la Termodinámica1ra Ley de la Termodinámica1ra Ley de la Termodinámica1ra Ley de la Termodinámica

SISTEMA

ENTORNO

(gana)

(pierde)LA ENTALPÍA: Es la cantidad de energía

en forma de calor de un sistema

termodinámico que éste puede intercambiar

con su entorno a presión constante.

∆∆∆∆H = ∆∆∆∆E + PV

Si ∆H < 0: Libera calor y se denomina EXOTÉRMICA.

Si ∆H > 0: Absorbe calor y se denomina ENDOTÉRMICA.

Establece: “ El universo tiende

hacia un aumento del desorden:

en todos los procesos naturales

aumenta la entropía del universo”

2da Ley de la Termodinámica2da Ley de la Termodinámica2da Ley de la Termodinámica2da Ley de la Termodinámica

ENERGÍA LIBRE DE GIBBS: Expresa la

cantidad de energía capaz de realizar un

trabajo durante una reacción a

temperatura y presión constante.

∆∆∆∆G= ∆∆∆∆H - T ∆∆∆∆S

ΔG<0 Proceso EXERGÓNICO. Rx Favorable

ΔG>0 Proceso ENDERGÓNICO. Rx No Favorable.

ΔG=0 En el EQUILIBRIO

ΔG Sirven para predecir la dirección de una reacción.

ΔH ΔS T BAJA T ALTA

+ + ΔG Positivo ΔG Negativo.

+ - ΔG Positivo ΔG Positivo

- + ΔG Negativo ΔG Negativo

- - ΔG Negativo ΔG Positivo

∆∆∆∆G = ∆∆∆∆H – T ∆∆∆∆S

TODA RECCION SERA EXPONTANEA INDEPENDIENTEMENTE DE LA

TEMPERATURA, SIEMPRE Y CUANDO EXOTERMICA, Y TIENDA

HACIA UN AUMENTO DE LA ENTROPIA.

Acoplamiento De reacciones con Acoplamiento De reacciones con Acoplamiento De reacciones con Acoplamiento De reacciones con

formación del ATPformación del ATPformación del ATPformación del ATP

� Se sintetiza un compuesto de ALTA

ENERGIA en la reacción Exergónica.

� La energía se transfiere a la reacción

Endergónica.

� Ventaja: No requiere estar relacionado

estructuralmente.

� El Principal compuesto intermediario de

alta energía o transportador es el ATP.

ATP

Rea

cció

n

Ex

erg

ón

ica

Reacció

n

En

derg

ón

ica

ATP: Trifosfato de Adenosina.ATP: Trifosfato de Adenosina.ATP: Trifosfato de Adenosina.ATP: Trifosfato de Adenosina.

� Participación crucial en la transferencia

de energía : “Moneda Energética”

� Composición: 1 Adenina, 1

ribosa, 3 grupos fosfato. Los

grupos fosfatos están unidos a la

ribosa.

� El ATP contiene 2 enlaces de

alta energía.

∆∆∆∆G´º de hidrólisis de algunos compuestos fosforilados y del Acetil CoA

ATP: Trifosfato de Adenosina.ATP: Trifosfato de Adenosina.ATP: Trifosfato de Adenosina.ATP: Trifosfato de Adenosina.

COMPUESTOS DE ALTA ENERGIA

COMPUESTOS DE BAJA ENERGIA

CATABOLISMO

ANABOLISMO

Ciclo ATP/ ADP

� Importancia: A

través de él se

consume y se

regenera el ATP

continuamente.

ATP: Trifosfato ATP: Trifosfato ATP: Trifosfato ATP: Trifosfato

de Adenosina.de Adenosina.de Adenosina.de Adenosina.

ATP: ATP: ATP: ATP: TrifosfatoTrifosfatoTrifosfatoTrifosfato de de de de AdenosinaAdenosinaAdenosinaAdenosina....

Oxido- Reducción.

Reducción: Ganancia de

electrones o hidrogeno por

una especie química.

Oxidación: Perdida de

electrones o hidrogeno por

una especie química.

Agente reductor:

Tiende a ceder

electrones

Agente Oxidante: tiende a

captar los electrones

OXIDO-REDUCCION.

DINUCLEOTIDO DE NICOTINAMIDA Y ADENINA (NAD) O

DINUCLEOTIDO DE NICOTINAMIDA Y ADENINA FOSFATO

(NADP)

� Bioquímicamente es un coenzima que interviene como dador o aceptor de

electrones y protones.

� Pueden aceptar y donar dos electrones y un protón.

� Estado oxidado: NAD O NADP

� Estado reducido: NADH O NADPH

A-H2 + NAD+ A + NADH+H+

NICOTINAMIDA

D-RIBOSA

FOSFATOS

ADENINA

D-RIBOSA

OXIDO-REDUCCION.

DINUCLEOTIDO DE ADENINA- FLAVINA (FAD) O EL

MONONUCLEOTIDO DE FLAVINA (FMN)

� Bioquímicamente es un coenzima que interviene como dador o aceptor

de electrones y protones.

� Pueden aceptar y donar uno o dos electrones.

� Estado oxidado: FAD y FMN

� Estado reducido: FADH2 y FMNH2

A-H2 + FAD+ A + FADH2

FAD:

� riboflavina

(vitamina

B2),

� Grupos

fosfatos,

� Ribosa

� Adenina.

Rivoflavina

FMN

FAD

ADENINA

RIBOSA

FMN:

� Riboflavina

(vitamina B2)

�1 grupo

fosfato

OXIDO- REDUCCIÓN.

� Potencial de reducción: Es la tendencia q posee un oxidante para

ganar electrones. Designado con la letra E.

� El potencial de reducción estándar (Eº): Potenciales de reducción en

condiciones estándar ( 1M, 25 ºC, PH 7)

LOS ELECTRONES FLUYEN DEL PAR REDOX

MÁS ELECTRONEGATIVOMÁS ELECTRONEGATIVOMÁS ELECTRONEGATIVOMÁS ELECTRONEGATIVO

MÁS ELECTROPOSITIVOMÁS ELECTROPOSITIVOMÁS ELECTROPOSITIVOMÁS ELECTROPOSITIVO

OXIDO- REDUCCIÓN.

OXIDO-REDUCTASAS

Enzimas q participan en las reacciones de oxido- reducción. Se

clasifican en 4 grupos

Oxidasas

Oxigenasas Deshidrogenasas

Hidroperoxidasas

OXIDO- REDUCCIÓN.

OXIDASAS.

� Eliminan el hidrogeno de un sustrato usando el oxigeno como aceptor de

hidrogeno.

� Forman agua o peróxido.

� Algunas utilizan cobre como cofactor: Citrocomo oxidasa.

AH2

A(ox)

1/2 O2

H2O

OXIDASA

AH2 O2

H2O2

OXIDASA

A(ox)

Monooxigenasas (hidroxilasas)

� Incorporan solo un átomos del oxigeno molecular al sustrato, el

otro lo reducen a agua.

� Necesitan un donador adicional de electrones para este proposito.

Oxido-Reduccion.

OXIGENASA

A-H + O2 + ZH2 A-OH + H2O + Z

� Hidroxilasa aromática de los microsomas hepáticos

� Fenilalanina hidroxilasa.

� Mono-oxigenasa del citocromo P450 microsomal..

OXIDO-REDUCCION.

DESHIDROGENASAS

� Catalizan la eliminación de hidrógenos de sus sustratos.

� No utilizan oxigeno como aceptor de electrones

� Utilizan FAD, FMN, NAD O NADP

AH2 Transportador BH2

A Transportador - H2 B

Oxido-Reduccion.

HIDROPEROXIDASAS.

� Utilizan peróxido de hidrogeno como sustrato.

� Existen 2 tipos: peroxidasa y catalasas.

� Protegen al cuerpo contra peróxidos dañinos

� Lactoperoxidasa.

� Glutatión peroxidasa.H2O2 + AH2 2H2O + A

PEROXIDASAS

Reducen el peróxido de hidrogeno a agua con la oxidación de un

sustrato orgánico

Oxido-Reduccion.

CATALASAS

Elimina el peróxido de hidrogeno que se forma por las oxidasas

H2O2 + H2O2 2H2O + O2

O2

AH2 A

OXIDASA

2H2O

CATALASA

H2O2O2

H2O2

Ciclo del acido cítrico,

ciclo de krebs,

o ciclo de los ácidos

tricarboxílicos

AMINOACIDOS PIRUVATO A. GRASOS

CICLO DEKREBS

Cadena Respiratoria

1

2

3

� Es una sucesión de reacciones

químicas descomposición

final de las moléculas de los

alimentos dióxido de

carbono, agua y energía.

Ciclo del acido cítrico,

ciclo de krebs, o ciclo

de los ácidos

tricarboxílicos

� UBICACIÓN: Matriz

mitocondrial.

Primera Etapa: Generación de Acetil-coa

1. Acetil – CoA a partir de Piruvato. Enzima: Complejo

piruvato deshidrogenasa. Ubicación: Citosol. Generación: 1

NADH + H+

PIRUVATO Acetil-CoA

Complejo Multienzimatico De

La Piruvato Deshidrogenasa:

Formado por:

3 enzimas: E1 Piruvato

deshidrogenasa, E2

Dihidrolipoamida

transacetilsa, E3

Dihidrolipoamida

deshidrogenasa.

5 coenzimas: TPP

(pirofosfato de tiamina)

Ac. Lipoico, FAD, NAD y

CoA

REACCIONES DEL CICLO DEL ACIDO REACCIONES DEL CICLO DEL ACIDO REACCIONES DEL CICLO DEL ACIDO REACCIONES DEL CICLO DEL ACIDO

CITRICO.CITRICO.CITRICO.CITRICO.

Comprende 8 reacciones que se

pueden dividir en dos fases:

1. Adición de una porción de 2

carbonos (Acetil- CoA) al una

molécula de 4 carbonos

(oxalacetato) al para dar

lugar a una molécula de 6

carbonos (citrato)

2. Regeneración del Oxalacetato

citrato

Cis-Aconitato

Isocitrato

αααα-cetoglutarato

Succinil-CoA

Succinato

Fumarato

Malato

Oxalacetato

NADH

NADH

ATP

FADH

CO2

NADH

CO2

Acetil Co-A

CICLO DE CICLO DE CICLO DE CICLO DE

KREBSKREBSKREBSKREBS ENZIMA: CITRATO SINTASA.

ENZIMA: ISOCITRATO DESHIDROGENSA

Generación: 1 NADH + H+

ENZIMA: COMPLEJO DE LA Α CETOGLUTARATO

DESHIDROGENSAGeneración: 1 NADH +

H+

citrato

Cis-Aconitato

Isocitrato

αααα-cetoglutarato

Succinil-CoA

Succinato

Fumarato

Malato

Oxalacetato

NADH

NADH

ATP

FADH

CO2

NADH

CO2

Acetil Co-A

Fosforilación a nivel

del sustrato.

Enzima: Succinil-CoA

sintasa o Tioquinasa.

Generación: 1 GTP.

ENZIMA:

SUCCINATO

DESHIDROGENSA

Generación: 1

FADH + H+

ENZIMA: MALATO

DESHIDROGENSA

Generación: 1 NADH + H+

CICLO DE CICLO DE CICLO DE CICLO DE

KREBSKREBSKREBSKREBS

ESTEQUIOMETRIA DEL CICLO DEL ACIDO ESTEQUIOMETRIA DEL CICLO DEL ACIDO ESTEQUIOMETRIA DEL CICLO DEL ACIDO ESTEQUIOMETRIA DEL CICLO DEL ACIDO

CITRICO.CITRICO.CITRICO.CITRICO.

� Se inicia con la combinación de Acetil-CoA con el Oxalacetato para formar

Citrato.

� Se eliminan 2 carbonos en forma de CO2

� Se producen 4 deshidrogenaciones con la formación de 4 Equivalentes

reductores: 3 NADH y 1 FADH

� Se produce una fosforilación a nivel de sustrato con la formación de 1 GTP

o ATP

Por cada vuelta del ciclo del Acido Cítrico se forman 10 ATP

Regulación del ciclo Regulación del ciclo Regulación del ciclo Regulación del ciclo

del acido cítricodel acido cítricodel acido cítricodel acido cítrico

� Los sitios de regulación son

las reacciones catalizadas por:

Isocitrato deshidrogenasa y

αααα-Cetoglutarato

Deshidrogenasa.

Piruvato

Acetil- CoA

Citrato

α-Cetoglutarato

Succinil-CoA

Malato

Oxalacetato

Glutamato

Otros aminoácidos,

purinasHemo

Aspartato

Otros aminoácidos,

purinas, pirimidinas

Ácidos grasos, esteroides

Enzima

Málica

Piruvato

carboxilasa

PEP

Carboxiquinasa

GlucosaFosfoenol-piruvato

� Rutas

Anabólicas.Rutas

Anapleróticas.

RELACIÓN DEL RELACIÓN DEL RELACIÓN DEL RELACIÓN DEL

CICLO DE ACIDO CICLO DE ACIDO CICLO DE ACIDO CICLO DE ACIDO

CÍTRICO CON CÍTRICO CON CÍTRICO CON CÍTRICO CON

OTRAS VÍAS OTRAS VÍAS OTRAS VÍAS OTRAS VÍAS

METABÓLICASMETABÓLICASMETABÓLICASMETABÓLICAS

TRANSPORTE ELECTRÓNICO TRANSPORTE ELECTRÓNICO TRANSPORTE ELECTRÓNICO TRANSPORTE ELECTRÓNICO

EN LA CADENA RESPIRATORIA Y EN LA CADENA RESPIRATORIA Y EN LA CADENA RESPIRATORIA Y EN LA CADENA RESPIRATORIA Y

FOSFORILACION OXIDATIVAFOSFORILACION OXIDATIVAFOSFORILACION OXIDATIVAFOSFORILACION OXIDATIVA

Transporte electrónico en la cadena Transporte electrónico en la cadena Transporte electrónico en la cadena Transporte electrónico en la cadena

respiratoria respiratoria respiratoria respiratoria

El Complejo I y el II

Coenzima Q

Complejo III

Citrocomo C

Complejo IV

O2 H2O

e-

e-

e-

e-

e-



Complejo I: NADH –Q Oxidoreductasa o NADH - Ubiquinona

Oxidoreductasa.

� Este complejo

transfiere los electrones

desde el NADH hasta la

Coenzima Q.

� Se transportan 4

hidrogeniones a través de

la membrana al espacio

intermembrana.



Proteínas ferrosulfuradas

� Formadas por un hierro que

forma complejo con el azufre de

residuos de cisteína.

� Participan en la transferencia

de electrones que reducen u

oxidan al átomo de hierro.

� Éstos centros hierro-azufre

son capaces de aceptar y ceder 1

sólo electrón.




Coenzima Q

Complejo III

Citrocomo C

Complejo IV

O2 H2O

e-

e-

e-

e-

e-



Complejo II: Succinato – Q

Reductasa o Succinato

deshidrogenasa.

� Única enzima del ciclo del acido cítrico

ligada a la membrana.

� Transfiere los electrones desde el FADH2 a

la coenzima Q

� grupo prostético: FAD y centro hierro-

azufre ( Fe-S ).

� En el complejo II no hay bombeo de

protones

Otras

deshidrogenasas

transfieren electrones

a la Coenzima Q

� Acil- CoA deshidrogenasa

dependiente de FAD

� Glicerol 3-fosfato

deshidrogenasa

dependiente de FAD.



Coenzima Q o Ubiquinona

� Transportador móvil (liposoluble)

que lleva dos electrones y dos

protones, tomados del complejo I o

del complejo II, hasta el complejo

III.

� Punto de recogida q concentra los

electrones desde varias

deshidrogenasas flavoproteicas.



COENZIMA Q




Coenzima Q

Complejo III

Citrocomo C

Complejo IV

O2 H2O

e-

e-

e-

e-

e-



Complejo III: Ubiquinona -

Citocromo Oxidoreductasa

� Transfiere, de uno en

uno, los dos electrones de

la ubiquinona reducida al

Citocromo c.

� Por cada par de

electrones transferidos se

bobean 4 protones

QH2

Citocromos

� Proteínas que tienen un

anillo nitrogenado llamado

porfirina que posee un átomo

de hiero en su composición

formando el grupo hemo.

� Los Citocromos aceptan y

ceden un electrón a la vez .

Ferroprotoporfirina IX (Cyt tipo b)

Hemo C (Cyt tipo c)

Hemo A (Cyt tipo a)



Citocromo C

� Intermediario Móvil que

transporta electrones desde el

complejo III hasta el Complejo IV

� Transporta 1 solo electrón.



Citocromo C

Complejo III

Complejo IV




Coenzima Q

Complejo III

Citrocomo C

Complejo IV

O2 H2O

e-

e-

e-

e-

e-



Complejo IV: Citocromo Oxidasa

� Transporta electrones desde

el Citrocromo C al oxigeno

molecular reduciéndolo a H2O.

� Para q se produzcan 2

moléculas de H2O se necesitan

4 Citocromos C reducidos.

� Se bombean 4 Hidrogeniones

al espacio intermembrana.



Fosforilación Oxidativa

La fosforilación oxidativa es el proceso mediante el cual se genera

ATP como resultado de la transferencia de electrones desde el NADH o el

FADH2al O2.

Teoría Quimiosmótica

Los procesos de transporte electrónico y de fosforilación oxidativa

están emparentados por la formación de un gradiente de protones a través de

la membrana mitocondrial interna. Cuando estos vuelven a la matriz la energía

se utiliza para impulsar la formación de ATP.



Complejo V: ATP sintasa

� Encargado de formar ATP: posee

dos subunidades F0 y F1

• F0: unidad embebida en la

membrana mitocondrial interna.

• F1: unidad en forma de “nudo”

proyectado hacia la matriz

mitocondrial, unido a F0 por un

“tallo” (unidad γ)



Complejo V: ATP Sintasa

� El ATP se forma por la

condensación de 1 ADP y Pi en F1.

� La energía para la síntesis de ATP

proviene del paso de protones a

través del canal de Fo.

� El flujo de electrones a través de los complejos I, III y IV implica el bombeo

de unos 10 protones por cada 2 electrones.

� Cuando la cadena se inicia en el complejo II, el bombeo neto será de 6

protones.

� Cada NAHD oxidado en la cadena genera 2,5 ATP y cada FADH2 oxidado en

la cadena genera 1,5 ATP

BALANCE TOTAL DE LA CADENA RESPIRATORIA MITOCONDRIAL

Balance total de la cadena respiratoria mitocondrial

MATRIZ

ESPACIO

INTERMEMBRANA4 H+ 4 H+ 2 H+

Cianuro, CO, sulfuro de hidrógeno

FMN

UBIQUINONA

Cyt c

Cyt aa3

O2

FAD

Vitamina C

Fe(CN)6

Rotenona, amital, amobarbital, piericidina

A

Antimicina A, dimercaprol

NAD+

Cyt b

Cyt c1

ACEPTORES ó

DONADORES

ARTIFICIALES DE

e-

INHIBIDORES

Inhibidores de la cadena respiratoria Inhibidores de la cadena respiratoria Inhibidores de la cadena respiratoria Inhibidores de la cadena respiratoria

Desacoplantes.

� Bloquean la síntesis de ATP al

tiempo que permite que continúe el

transporte electrónico a lo largo de la

cadena respiratoria. Ej:

2,4 Dinitrofenol

Dicumarol

Arseniato

Ionóforos

� Permiten a cationes específicos

penetrar las membranas.

Valinomicina

Gramicidina A

Nonactina

Desacoplantes e ionoforos de la cadena Desacoplantes e ionoforos de la cadena Desacoplantes e ionoforos de la cadena Desacoplantes e ionoforos de la cadena


SISTEMAS TRANSPORTADORES SISTEMAS TRANSPORTADORES SISTEMAS TRANSPORTADORES SISTEMAS TRANSPORTADORES

MITOCONDRIALESMITOCONDRIALESMITOCONDRIALESMITOCONDRIALES

Membrana

Externa

Membrana

Interna

Citosol

Dihidroxiacetona

fosfato

(DHAP)

G3P

DHAP

G3P

Matriz

Mitocondrial

Glicerol 3- Fosfato

Deshidrogenasa

Lanzadera Dihidroxiacetona Fosfato / Glicerol 3 Fosfato

Oxalacetato

Malato

Oxalacetato

Malato

Glu

Asp

Glu

Asp

ααααCG ααααCG

Membrana

Externa

Membrana

Interna

Matriz

Mitocondrial

Lanzadera Malato / Aspartato

SISTEMAS TRANSPORTADORES SISTEMAS TRANSPORTADORES SISTEMAS TRANSPORTADORES SISTEMAS TRANSPORTADORES

MITOCONDRIALESMITOCONDRIALESMITOCONDRIALESMITOCONDRIALES

SISTEMAS TRANSPORTADORES MITOCONDRIALESSISTEMAS TRANSPORTADORES MITOCONDRIALESSISTEMAS TRANSPORTADORES MITOCONDRIALESSISTEMAS TRANSPORTADORES MITOCONDRIALES

NUCLEÓTIDO

DE ADENINA Y

FOSFATO

TRANSLOCASA

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