bio energetica, ox.biol., cadena resp., fosf.ox.,carbohid

La Función del ATP

Leyes Generales de la TD

• 1ª: La E total de un sistema es constante.

• 2ª: Para que un proceso ocurra espontáneamente es necesario que S aumente.

• ∆G = ∆E - T ∆S

- Exergónica: ∆G es negativo.

- Endergónica: ∆G es positivo. EE

Procesos Exergónico-Endergónico

Catabolismo: reacciones exergónicas. Desintegración de moléculas decombustible.

Anabolismo: reacciones endergónicas. Biosíntesis de moléculas complejas apartir de unas mas sencillas con uso de E.

Mecanismos de acoplamiento

AH2

A

Acarreador

Acarreador – H2

BH2

B

A

B

C

D

E

E

Biosíntesis, Contracciónmuscular , transporteactivo.

• Acarreadores:

Principal acarreadorenergético: ATP

Trifosfato de Adenosina (ATP)

• Nucleósido trifosfato.• Transferencia de E libre desde los procesos exergónicos hacia los procesos

endergónicos.• La E que se libera en la hidrolisis de ATP se debe al alivio de la repulsión de

carga de átomos de oxigeno y a estabilización de los productos en especialfosfatos que forman híbridos de resonancia.

Energía libre de hidrólisis de algunos organofosfatos

Compuesto Energia libre ( Kcal/mol)

Fosfoenolpiruvato -14.8

Carbamoil fosfato -12.3

1,3-bisfosfoglicerato -11.8

Creatina fosfato -10.3

ATP = AMP +PPi -7.7

ATP = ADP +Pi -7.3

Glucosa 1-fosfato -5.0

PPi -4.6

Fructosa 6-fosfato -3.8

Glucosa 6-fosfato -3.3

Glicerol 3-fosfato -3.2

Ciclo ATP - ADP

Fosfoenolpiuvato

1,3-Bisfosfoglicerato

Fosforilación Oxidativa

Creatina Fosfato

P

ADP ATP

P

Creatina

Creatina - P

Glucosa 6-Fosfato

Glicerol 3-FosfatoOtros procesos endergónicos

Fuentes Principales de P*

• Fosforilacion oxidativa: mayor fuente de P* enorganismos aerobios. La E proviene del uso de O2

en la mitocondrias.• Glucolisis: formación neta de 2 P* debido a la

formación de lactato a partir de glucosa.• Ciclo del acido cítrico: generación de un P* en el

paso de la “succinato tiocianasa”.• Fosfágenos: formas de almacenamiento de P*.

Incluyen Creatinina fosfato(musculo estriado,corazón, espermatozoides y cerebro devertebrados), arginina fosfato (musculo deinvertebrados).

Oxidación Biológica

Oxidación Biológica

• Desde el punto de vista químico la oxidación sedefine como la perdida de electrones y lareducción como la ganancia de estos.

• Muchas oxidaciones biológicas pueden ocurrir sinpresencias de oxigeno (hidrogenaciones).

• La vida de animales superiores depende porcompleto del aporte de oxigeno por medio de larespiración: proceso por el que las célulasobtienen E en forma de ATP.

Enzimas que participan en mecanismos RedOx

Oxidoreductasas:

• Oxidasas

• Deshidrogenasas

• Hidroperoxidasas

• Oxigenasas

Oxidasas (Ox)

Catalizan la eliminación de H desde un sustratoutilizando el oxigeno como aceptor de H. En esteproceso forman agua o peróxido de hidrogeno.

AH2

(Red)

A(Oxi)

½ O2

H2O A(Oxi)

AH2

(Red)O2

H2O2

Deshidrogenasas (dH)

• Transferencia de H desde un sustrato hacia otro en una Rx Redoxacoplada. Utilizan Coenzimas o acarreadores de H comunes: NAD+

(dinucleótido adenina nicotinamida). Esto permite que se denprocesos de oxidación en ausencia de O2 (fase anaerobia de laglucolisis)

AH2

(Red)

A(Oxi)

Acarreador (oxi)

BH2

(Red)

B (Oxi)

Acarreador (Red)

Deshidrogenasa especifica para A

Deshidrogenasa especifica para B

• Actúan como componentes en la cadena respiratoria deltransporte de electrones desde sustratos a oxigeno.

Hidroperoxidasas

Enzimas que utilizan H2O2 o un peróxido orgánico como sustrato.Las peroxidasas y catalasas pertenecen a este grupo.

H2O2 + AH2

PEROXIDASA2 H2O + A

Utiliza varios sustancias comoaceptores de electrones: ascorbato,quinonas, citocromo c.

2 H2O2 2 H2O + O2

CATALASALa catalasa además de su actividadperoxidasa , puede emplear unamolécula de H2O2 como sustratodonador de electrones y una comoaceptor. Funcionan para destruir elH2O2 producido por oxidasas.

Oxigenasas

Síntesis o degradación de diferentes tipos demetabolitos. Catalizan la incorporación de O2 haciauna molécula de sustrato en dos pasos:

1. Unión del oxigeno al sitio activo de la enzima.

2. El oxigeno se reduce o transfiere hacia elsustrato.

Pueden ser de 2 tipos: dioxigenasas ymonooxigenasas.

Dioxigenasas

Incorporan ambos átomos de oxigeno hacia el sustrato:

A + O2 AO2

Enzimas hepáticas, homogentisato dioxigenasa y 3-hidroxiantranilato dioxigenasa que contienen Fe y L-triptofano dioxigenasa que utiliza hemo.

Monooxigenasas

Incorpora un solo átomo de oxigeno hacia elsustrato, el otro átomo de oxigeno se reduce aagua en presencia de un donador de electronesadicional o cosustrato (Z):

A – H + O2 + ZH2 A – OH + H2O +Z

Citocromos P 450: superfamilia de hemoproteinas.

Cadena Respiratoria y Fosforilación

Oxidativa

Generalidades

Las mitocondrias (Mt) son las “centrales de E” de lacélula.

La respiración esta acoplada a la generación deintermediario de alta energía: ATP, a través de lafosforilación oxidativa.

Existen diversos defectos hereditarios de las Mt queafectan componentes de la cadena respiratoria y lafosforilación oxidativa: miopatía, encefalopatía,acidosis láctica.

Mitocondrias

Cadena respiratoria y fosforilaciónoxidativa

• Cadena Respiratoria: transporte en secuenciaordenada de los equivalentes reducidos desdelos sustratos donadores (reduciendo al NAD oFAD) hasta la formación final de H2O.

• Fosforilación Oxidativa: sistema de conversióno captura de la energía liberada en la cadenarespiratoria para unir ADP + Pi y formar ATP.

Participación de la Cadena Respiratoria en la Conversión de la E

Flujo de electrones a través de la cadena respiratoria

Complejo I (NADH-Q oxidoreductasa): se transfieren electrones desde NADH hacia la coenzima Q (ubiquinona), junto con la transferencia de 4 H+.

Complejo II (Succinato-Q reductasa ): el succinatopasa electrones hacia Q, a través de el complejo II.

Flujo de electrones a través de la cadena respiratoria

Complejo III (Q-citocromo c oxidoreductasa): pasa los electrones hacia el citocromo c. Transferencia de 4 H+.

Complejo IV (Citocromo c oxidasa ): pasa los electrones hacia el O2 y hace que se reduzca a H2O. Transferencia de 2 H+.

• Peter Mitchell 1961. La síntesis de ATP en la respiracióncelular, viene de un gradiente electroquímico existenteentre la membrana interna y el espacio intermembranade la mitocondria, mediante el uso de la energía deNADH y FADH2 que se han formado por la rupturade moléculas ricas en energía.

• Dada que la membrana mitocondrial interna esimpermeable a H+, estos se acumulan en el espaciointermembrana, lo que crea la fuerza motriz para la Rx.

Teoría Quimiosmotica

Teoría Quimiosmotica

Los complejos I III y IV actúancomo bombas de protonescreando un gradiente transmembranaque deja negativo ellado de la matriz.

El retorno de los protones a través de lasenzimas ATPasas permite la actividad defosforilación de ADP + Pi

ATP sintasa: subcomplejo F0 giratorio y subcomplejo F1

• Los protones que pasan porlas subunidades C y ganmacausan su rotación.

• Las subunidades beta captanADP+Pi y liberan ATP.

• Se forman 3 moléculas deATP por cada giro completodel complejo

Aspectos Clínicos

• Miopatía mitocondrial infantil con disfunciónrenal: disminución o falta de enzimasoxidoreductasas de la cadena respiratoria.

• MELAS (miencefalopatía, acidosis láctica yapoplejías mitocondriales): enfermedadhereditaria debida a la deficiencia de NADH-Qoxidoreductasa (complejo I) o citocromo oxidasa(complejo IV). Esta involucrada conenfermedades como el Alzheimer y diabetesmellitus.

RESUMEN• Casi toda la E liberada a partir de la oxidación de C.H, grasas y

proteínas se pone a disposición en las Mt como equivalentesreductores, los cuales se dirigen hacia la cadena respiratoria, dondepasan por un gradiente Redox de acarreadores hacia su Rx final con O2

para formar H2O.

• Los acarreadores Redox están agrupados en 4 complejos de cadenarespiratoria en la membrana mitocondrial interna. Tres de ellos tienenla capacidad para usar la E liberada en el gradiente Redox parabombear H+ hacia el exterior de la membrana, lo que crea un potencialelectroquímico entre la matriz y el espacio de la membrana interna.

• La ATP sintasa abarca la membrana y actúa como un motor rotatoriousando la E potencial del gradiente de protón para sintetizar ATP apartir de ADP + Pi. De este modo la oxidación esta estrechamenteacoplada a la fosforilación para satisfacer las necesidades de E de lascélulas.

Carbohidratos

Generalidades

• Cumplen importantes funciones estructurales y metabólicas.

• Los animales sintetizan C.H a partir de A.A, pero casi todos se derivan devegetales.

• La Glucosa es el C.H mas importante. Casi todo el C.H de la dieta seabsorbe al torrente sanguíneo como glucosa, formado mediante lahidrolisis de almidón y los disacáridos de la dieta. Otros azuzares seconvierten el glucosa en el hígado.

• La glucosa es el principal combustible metabólico de mamíferos. Es elprecursor para la síntesis de todos los otros C.H .

• Enfermedades relacionadas con el metabolismo de C.H: diabetes mellitus,galactosemia, enfermedades por deposito de glucógeno e intolerancia a lalactosa.

Clasificación de C.H• Monosacáridos: no pueden hidrolizarse en C.H mas sencillos.

Triosas, tetrosas, pentosas, hexosas o heptosas.

Aldosas o cetosas.

• Disacáridos: producto de condensación de dosmonosacáridos.

• Oligosacáridos: productos de condensación de 3 a 10monosacáridos. Casi ninguno es digerido por las enzimas delcuerpo humano.

• Polisacáridos: producto de condensación de mas de 10monosacáridos. Las enzimas del ser humano no los digieren.Principal componente de la fibra en la dieta.

Clasificación de C.H

Glucosa

Formas Isomerícas de los Azucares

• Isomerismo D y L: casi todos los monosacáridos enmamíferos son isómeros D.

• Estructuras de anillo piranosa y furanosa.

• Isomerismo de aldosa y cetosa

• Anomeros α y β.

• Epimeros

Pentosas de Importancia Fisiológica

Azúcar Fuente Importancia

D-Ribosa A. Nucleicos e intermediariometabólicos.

Componente estructural de ácidos nucleicos y

coenzimas.

D-Ribulosa Intermediario metabólico.

Intermediario en la vía pentosa fosfato.

D-Arabinosa Gomas Vegetales. Constituyente de glucoproteínas

D-Xilosa Gomas Vegetales, proteoglucanos,

glucosaminoglucanos

Constituyente de glucoproteínas

L-Xilulosa Intermediario metabólico

Excreción urinaria en la pentosuria esencial

Hexosas de Importancia fisiológica

• TABLAAzúcar Fuente Importancia

D-Glucosa Hidrólisis de almidón, jugos de

fruta.

Principal combustiblemetabólico.

D-Fructosa Hidrólisis de azúcar de caña, jugos de

fruta.

Fácil metabolismo por medio de

glucosa o de forma directa.

D-Galactosa Hidrólisis de lactosa.

Se sintetiza en lasglándulas mamarias.

D-Manosa Hidrólisis de gomasvegetales.

Constituyente de glucoproteínas.

Glucósidos y Desoxiazúcares

• Glucósidos: se forman por condensacion entre unmonosacarido y un segundo compuesto quepuede o no ser otro monosacarido.

• Desoxiazúcares: un grupo hidroxilo ha sisoreemplazado por un H: desoxirribosa.

Azucares amino (hexosaminas)

• Contienen grupos amino: D-Glucosamina, D-manosamina.

Actúa prominentementecomo precursor de la síntesisbioquímica en la glicosilaciónde las proteínas y de loslípidos.

Polisacáridos

• Almidón: homopolímero de glucosa. Esta formadopor 13-20 % de amilosa (estructura no ramificada) y80-85% por amilopeptina (cadenas ramificadas).Reserva alimenticia en plantas.

Polisacáridos

• Glucógeno (almidón animal): polisacárido dealmacenamiento en animales. Abunda en losmúsculos y en hígado.

Polisacáridos

• Dextrinas: intermediarios en la hidrólisis dealmidón.

• Celulosa: principal constituyente de la paredde células vegetales.

Polisacáridos

• Glucosaminoglucanos: son C.H complejos quecontienen azucares amino y acidos uronicos. Cuandoestán unidos a proteínas forman los proteoglucanos.

Polisacáridos

• Glucoproteínas (mucoproteínas): proteínas quecontienen cadenas de oligosacáridos ramificados. Seencuentran en membranas celulares.