Download - 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-
Transporte electrónico en la cadena Transporte electrónico en la cadena Transporte electrónico en la cadena Transporte electrónico en la cadena
respiratoria respiratoria respiratoria respiratoria
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.
Transporte electrónico en la cadena Transporte electrónico en la cadena Transporte electrónico en la cadena Transporte electrónico en la cadena
respiratoria respiratoria respiratoria respiratoria
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.
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-
Transporte electrónico en la cadena Transporte electrónico en la cadena Transporte electrónico en la cadena Transporte electrónico en la cadena
respiratoria respiratoria respiratoria respiratoria
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.
Transporte electrónico en la cadena Transporte electrónico en la cadena Transporte electrónico en la cadena Transporte electrónico en la cadena
respiratoria respiratoria respiratoria respiratoria
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.
Transporte electrónico en la cadena Transporte electrónico en la cadena Transporte electrónico en la cadena Transporte electrónico en la cadena
respiratoria respiratoria respiratoria respiratoria
COENZIMA Q
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-
Transporte electrónico en la cadena Transporte electrónico en la cadena Transporte electrónico en la cadena Transporte electrónico en la cadena
respiratoria respiratoria respiratoria respiratoria
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)
Transporte electrónico en la cadena Transporte electrónico en la cadena Transporte electrónico en la cadena Transporte electrónico en la cadena
respiratoria respiratoria respiratoria respiratoria
Citocromo C
� Intermediario Móvil que
transporta electrones desde el
complejo III hasta el Complejo IV
� Transporta 1 solo electrón.
Transporte electrónico en la cadena Transporte electrónico en la cadena Transporte electrónico en la cadena Transporte electrónico en la cadena
respiratoria respiratoria respiratoria respiratoria
Citocromo C
Complejo III
Complejo IV
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-
Transporte electrónico en la cadena Transporte electrónico en la cadena Transporte electrónico en la cadena Transporte electrónico en la cadena
respiratoria respiratoria respiratoria respiratoria
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.
Transporte electrónico en la cadena Transporte electrónico en la cadena Transporte electrónico en la cadena Transporte electrónico en la cadena
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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.
Transporte electrónico en la cadena Transporte electrónico en la cadena Transporte electrónico en la cadena Transporte electrónico en la cadena
respiratoria respiratoria respiratoria respiratoria
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)
Transporte electrónico en la cadena Transporte electrónico en la cadena Transporte electrónico en la cadena Transporte electrónico en la cadena
respiratoria respiratoria respiratoria respiratoria
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
respiratoria respiratoria respiratoria respiratoria
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