BIOENERGETICA

BIOENERGETICA Y METABOLISMO.

REACCIONES MITOCONDRIALES.

SINTESIS DE ACETIL CoA.

CICLO DE KREBS.

CADENA RESPIRATORIA.

FOSFORILACION OXIDATIVA.

INHIBIDORES Y DESACOPLADORES.

BENJAMIN RUIZ CHANG

BIOENERGETICA Y METABOLISMO INTERMEDIARIO

Las vías metabólicas se pueden agrupar dentro de dos rutas principales dependiendo del fin que persiguen.

El Catabolismo, es la ruta donde se degradan biomoleculas orgánicas complejas a moléculas mas pequeñas.ᵜ Carbohidratos (almidón) glucosaᵜ Lípidos (triglicéridos) ácidos grasosᵜ Proteínas (Caseína) aminoácidos

El Anabolismo, donde se sintetizan grandes biomoleculas complejas a partir de moléculas precursoras pequeñas.ᵜ Glucosa Glucógenoᵜ Ácidos grasos Triglicéridosᵜ Aminoácidos Proteínas

BENJAMIN RUIZ CHANG

LEYES DE LA TERMODINAMICA

PRIMERA LEY:

“La energía del universo se mantiene constante”.

SEGUNDA LEY:

“El grado de desorden del universo se incrementa”.

∆G = ∆H - T∆S

∆G = CAMBIO DE ENERGIA LIBRE

∆H = CAMBIO DE ENTALPIA (CALOR LIBERADO)

T = TEMPERATURA

∆S = CAMBIO DE ENTROPIA (GRADO DE DESORDEN)

BENJAMIN RUIZ CHANG

COMPLEJO SIMPLE

Degradación de biomoleculas orgánicas. Reacciones de liberación de energía (exotérmicas). Producción de coenzimas reducidas (NADH y FADH2). Producción de ATP.

SIMPLE COMPLEJO

REACCIONES CATABOLICAS REACCIONES ANABOLICAS

ATP

Síntesis de biomoleculas orgánicas. Reacciones que requieren de energía (endotérmicas). Producción de coenzimas oxidadas (NAD y FAD). Utilización de ATP.

ADP + Pi

BENJAMIN RUIZ CHANG

MITOCONDRIAS

Las mitocondrias son llamadas “la central de energía de la célula” debido a que en ellas se produce una serie de reacciones de óxido-reducción cuya energía libre es utilizada para la síntesis de ATP.

Estas reacciones de oxido-reducción que ocurren en la mitocondria generan el grueso del ATP producido por conversión de glucosa a H2O y CO2.

BENJAMIN RUIZ CHANG

Reacciones químicas en la mitocondria

Oxidación del piruvato o ácidos grasos a CO2 acoplada a la reducción de los compuestos portadores de electrones NAD+ y FAD a NADH y FADH2.

La transferencia de electrones del NADH al complejo I y del FADH2 al complejo II hasta el oxigeno molecular (O2) ocurren en la membrana interna y están acopladas al bombeo de protones hacia el espacio intermembranoso y a la generación de una diferencia de potencial electroquímico de H+ a través de dicha membrana .

Atrapamiento de la energía almacenada en el gradiente electroquímico de protones para la síntesis de ATP por el complejo ATPasa F0F1.

BENJAMIN RUIZ CHANG

Síntesis de Acetil CoA

Por acción del complejo multienzimático Piruvato Deshidrogenasa (PDH), cada piruvato (3 átomos de carbono) se convierte en un Acetilo (2 átomos de carbono), este proceso se realiza en la matriz mitocondrial y experimenta tres reacciones químicas:

Descarboxilación (perdida de CO2).

Oxidación del grupo ceto (C2) del piruvato.

Activación por unión de la Coenzima-A.

El Acetilo se une a la Coenzima-A, formando una molécula de Acetil CoA, sustrato necesario para que se inicie el ciclo de Krebs.

Piruvato

BENJAMIN RUIZ CHANG

Complejo Piruvato Deshidrogenasa (PDH)

ENZIMA ABREVIATURA COENZIMA

Piruvato Descarboxilasa E1Tiamina pirofosfato (TPP)

Dihidrolipoil Transacetilasa E2Lipoamida (Acido Lipoico)Coenzima-A (CoA-SH)

Dihidrolipoil Deshidrogenasa E3Flavina Adenina Dinucleótido (FAD) Nicotinamida Adenina Dinucleótido (NAD)

Piruvato

Acetil-CoACoA-SH

TPP

Hidroxi-etil-TPP

Lipoamida

Acetil dihidro

Lipoamida

Dihidrolipoamida

FADH2

FAD

NAD+

NADH

E1 E2

E3

CO2

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Piruvato DH

E1

E2

E3

Piruvato DH

E1

E2

E3

Activa Inactiva

PDH quinasaPDH quinasa

PDH fosfatasaPDH fosfatasa

ATP ADP

Ca2+

ADP, Piruvato NADH, Acetil CoA

Pi H2O

P

Ciclo del ácido cítrico

El ciclo se inicia con una molécula de Acetil CoA, el cual se produce por degradación de carbohidratos, lípidos y proteínas. Todas las reacciones son catalizadas por enzimas que se localizan en la matriz mitocondrial.

Un residuo acetilo del Acetil CoA se condensa con una molécula de oxalacetato para dar citrato. Luego, a través de una secuencia de reacciones (etapas 2 a 8) cada molécula de citrato es convertida en oxalacetato perdiendo 2 moléculas de CO2 en el proceso.

En el ciclo, se producen equivalentes reductores (3NADH y 1FADH2). A partir de una molécula de Acetil CoA en el ciclo de Krebs se producen solamente un ATP.

BENJAMIN RUIZ CHANG

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CITRATO SINTASACITRATO SINTASA

ACONITASAACONITASA

ISOCITRATO DHISOCITRATO DH

α-CETOGLUTARATO DHα-CETOGLUTARATO DH

SUCCINATO DHSUCCINATO DH

SUCCINATO TIOCINASASUCCINATO TIOCINASA

FUMARASAFUMARASA

MALATO DHMALATO DH

BENJAMIN RUIZ CHANG

Los componentes de la cadena transportadora de electrones (cadena respiratoria) son complejos proteicos que se ubican en la membrana interna mitocondrial.

El NADH y el FADH2 transfieren electrones a la cadena respiratoria ubicada en la membrana mitocondrial interna constituida por cuatro grandes complejos enzimáticos: complejo I (NADH deshidrogenasa), complejo II (Succinato deshidrogenasa), complejo III (Citocromo b-c1 oxido-reductasa) y complejo IV (Citocromo c oxidasa).

Cadena Respiratoria

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Fosforilación oxidativa

La fosforilación oxidativa es el proceso en cual se forma ATP, a partir de ADP + Pi como resultado del regreso de los protones hacia la matriz mitocondrial.

La ATP sintetasa, es un complejo proteico que presenta 2 partes: una transmembranosa (porción F0), que tiene un túnel para el pasaje de H+ y otro orientado hacia la matriz mitocondrial (porción F1) que realiza la fosforilación oxidativa.

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Inhibidores de Transporte Electronico y Desacopladores de Fosforilación Oxidativa

BarbitúricosRotenonaPiericidina

BarbitúricosRotenonaPiericidina

MalonatoCarboxinaTrifluoroacetona

MalonatoCarboxinaTrifluoroacetona

AntimicinaMixotiazolEstigmatelina

AntimicinaMixotiazolEstigmatelina

CianuroMonóxido de carbonoAzida Sódica

CianuroMonóxido de carbonoAzida Sódica

Oligomicina2,4-DinitrofenolOligomicina2,4-Dinitrofenol

ATPasa

F0

F1

Los inhibidores, son compuestos químicos que impiden el transporte de electrones a través de la cadena respiratoria, actúan a nivel de los cuatro complejos respiratorios.

Los desacopladores impiden el regreso de protones por la fracción F1, estos protones regresan a la matriz solo por la fracción F0, por tal motivo no se produce la fosforilación oxidativa (síntesis de ATP), pero si la formación de agua metabólica, y el organismo gana energía en forma de calor.

BENJAMIN RUIZ CHANG

Representan una interesante clase de antibióticos de origen bacteriano que facilitan el movimiento de iones inorgánicos a través de las membranas biológicas. Son compuestos de bajo peso molecular y se dividen en dos grandes grupos:

1. Transportadores móviles, son aquellos que difunden fácilmente en una membrana, transportando un ion de un lado a otro.

2. Formadores de canal, forman un canal que atraviesa la membrana y a través del cual pueden difundir los iones.

IONOFOROS

Compuesto Catión transportado Acción

Valinomicina K+, Rb+ Uniport, electrogénico

Nigericina K+/H+ Antiport, electroneutro

Gramicidina H+, Na+, K+ Forma canales

Alameticina K+, Rb+ Forma canales

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ENFERMEDADES MITOCONDRIALES

Enfermedad Mitocondrial

Genes Mutados

Mitocondria

Citosol

Membrana Celular

Apoptosis

Neurona ALTERACIÓN DELSNC. DÉFICIT DE

ENERGÍA

ALTERACIÓN DELSNC. DÉFICIT DE

ENERGÍA

Núcleo

GenomaMitocondrial

La miopatía mitocondrial comprende la deficiencia o ausencia, de la mayor parte de las enzimas que participan en las reacciones mitocondriales, a todas estas alteraciones se denomina MELAS (miopatía, encefalopatía, lactoacidosis y apoplejía). Es un estado hereditario, que tiene como consecuencias trastornos del Sistema Nervioso central (SNC), por el déficit de energía.

BENJAMIN RUIZ CHANG