Desarrollo:

1. En relación de la molecula de Acetil CoA explique como se da la:

Como se da la oxidación del piruvato, haciendo énfasis en:

Etapas de la transformación del piruvato en acetil CoA. R= cuaderno de bioquímica.

Formacion del complejo multienzimatico piruvato deshidrogenasa.

La enzima deshidrogenasa de piruvato es un complejo enzimático (estructura multienzimática) que contiene tres actividades enzimáticas:

E1 - descarboxilasa de piruvato, cuya función es la de descarboxilar el piruvato, usa la pirofosfáto de tiamina como coenzima.

E2 - transacetilasa de dihidrolipoilo, que cataliza la transferencia del grupo acetilo a CoASH, usa ácido lipóico y CoASH como cofactores.

E3 - deshidrogenasa de dihidrolipoilo, cuyas conenzimas son NAD+ y FAD, reoxida la dihidrolipoamida.

Mecanismo Enzimático:

Funcion del acetil coa, como molecula precursora de procesos biosinteticos: R= mirar en el ciclo de Krebs.

2. Del ciclo de Krebs explique.

Reacciones del ciclo de krebs.Ecuacion total que representa la vuelta del ciclo.

Etapas del Ciclo de KrebsReacción 1: Citrato sintasa (De oxalacetato a citrato)

El sitio activo de la enzima, activa el acetil-CoA para hacerlo afín a un centro carbonoso del oxalacetato. Como consecuencia de la unión entre las dos moléculas, el grupo tioéster (CoA) se hidroliza, formando así la molécula de citrato. 

La reacción es sumamente exoergónica (ΔG'°=-31.4 kJ/mol), motivo por el cual este paso es irreversible. El citrato producido por la enzima, además, es capaz de inhibir competitivamente la actividad de la enzima. Incluso estando la reacción muy favorecida (porque es exoergónica), la citrato sintasa puede ser perfectamente regulada. Este aspecto tiene una notable importancia biológica, puesto que permite una completa regulación del ciclo de Krebs completo, convirtiendo a la enzima en una especie de marcapasos del ciclo.

Reacción 2: Aconitasa (De citrato a isocitrato)

La aconitasa cataliza la isomerización del citrato a isocitrato, por la formación de cis-aconitato. La enzima cataliza también la reacción inversa, pero en el ciclo de Krebs tal reacción es unidireccional a causa de la ley de acción de masa: las concentraciones (en condiciones estándar) de citrato (91%), del intermediario cis-aconitato (3%) y de isocitrato (6%), empujan decididamente la reacción hacia la producción de isocitrato. 

En el sitio activo de la enzima está presente un clúster hierro-azufre que, junto a algunos residuos de aminoácidos polares, liga el sustrato. En concreto, la unión al sustrato se asegura por la presencia de un resto de serina, de arginina, de histidina y de aspartato, que permiten sólo la unión estereospecifica del citrato 1R,2S, rechazando la forma opuesta.

Reacción 3: Isocitrato deshidrogenasa (De isocitrato a oxoglutarato)

La isocitrato deshidrogenasa mitocondrial es una enzima dependiente de la presencia de NAD +  y de Mn2+ o Mg2+. Inicialmente, la enzima cataliza la oxidación del isocitrato a oxalsuccinato, lo que genera una molécula de NADH a partir de NAD+. Sucesivamente, la presencia de un ión

bivalente, que forma un complejo con los oxígenos del grupo carboxilo en posición alfa, aumenta la electronegatividad de esa región molecular. Esto genera una reorganización de los electrones en la molécula, con la consiguiente rotura de la unión entre el carbono en posición gamma y el grupo carboxilo adyacente. De este modo se tiene una descarboxilación, es decir, la salida de una molécula de CO2, que conduce a la formación de α-cetoglutarato, caracterizado por dos carboxilos en las extremidades y una cetona en posición alfa con respecto de uno de los dos grupos carboxilo.

Reacción 4: α-cetoglutarato deshidrogenasa (De oxoglutarato a Succinil-CoA)

Después de la conversión del isocitrato en α-cetoglutarato se produce una segunda reacción de descarboxilación oxidativa, que lleva a la formación de succinil CoA. La descarboxilación oxidativa del α-chetoglutarato es muy parecida a la del piruvato, otro α-cetoácido. 

Ambas reacciones incluyen la descarboxilación de un α-cetoácido y la consiguiente producción de una unión tioéster a alta energía con la coenzima A. Los complejos que catalizan tales reacciones son parecidos entre ellos. 

La α-cetoglutarato deshidrogenasa (o, más correctamente, oxoglutarato deshidrogenasa), está compuesta de tres enzimas diferentes:* Subunidad E1: las dos cetoglutarato deshidrogenasas.* Subunidad E2: la transuccinilasa. (La subunidad E1 y E2 presentan una gran homología con las de la piruvato deshidrogenasa.)* Subunidad E3: la dihidrolipoamida deshidrogenasa, que es el mismo polipéptido presente en el otro complejo enzimático. 

Reacción 5: Succinil-CoA sintetasa (De Succinil-CoA a succinato)

El succinil-CoA es un tioéster a alta energía (su ΔG°′ de hidrólisis está en unos -33.5 kJ mol-1, parecido al del ATP que es de -30.5 kJ mol-1). La citrato sintasa se sirve de un intermediario con tal unión a alta energía para llevar a cabo la fusión entre una molécula con dos átomos de carbono (acetil-CoA) y una con cuatro (oxalacetato). La enzima succinil-CoA sintetasa se sirve de tal energía para fosforilar un nucleósido difosfato purinico como el GDP. 

La energía procedente del tioéster viene convertida en energía ligada a una unión fosfato. El primer paso de la reacción genera un nuevo intermediario a alta energía, conocido como succinil fosfato. Sucesivamente, una histidina presente en el sitio catalítico remueve el fosfato de la molécula glucídica, generando el producto succinato y una molécula de fosfohistidina, que dona velozmente el fosfato a un nucleósido difosfato, recargándolo a trifosfato. Se trata del único paso del ciclo de Krebs en el que se produce una fosforilación a nivel de sustrato. 

El GTP está implicado principalmente en las rutas de transducción de señales, pero su papel en un proceso energético como el ciclo de Krebs es, en cambio, esencialmente trasladar grupos fosfato hacia el ATP, en una reacción catalizada por la enzima nucleósido difosfoquinasa.

Reacción 6: Succinato deshidrogenasa (De succinato a fumarato)

La parte final del ciclo consiste en la reorganización de moléculas a cuatro átomos de carbono hasta la regeneración del oxalacetato. Para que eso sea posible, el grupo metilo presente en el succinato tiene que convertirse en un carbonilo. Como ocurre en otras rutas, por ejemplo en la beta oxidación de los ácidos grasos, tal conversión ocurre mediante tres pasos: una primera oxidación, una hidratación y una segunda oxidación. Estos tres pasos, además de regenerar oxalacetato, permiten la extracción ulterior de energía mediante la formación de FADH2 y NADH. 

La primera reacción de oxidación es catalizada por el complejo enzimático de la succinato deshidrogenasa, la única enzima del ciclo que tiene como aceptor de hidrógeno al FAD en vez de al NAD+. El FAD es enlazado de modo covalente a la enzima por un residuo de histidina. La enzima se vale del FAD ya que la energía asociada a la reacción no es suficiente para reducir el NAD+. 

El complejo enzimático también es el único del ciclo que pasa dentro de la membrana mitocondrial. Tal posición se debe a la implicación de la enzima en la cadena de transporte de los electrones. Los electrones pasados sobre el FAD se introducen directamente en la cadena gracias a la unión estable entre la enzima y el cofactor mismo.

Reacción 7: Fumarasa (De fumarato a L-malato)

La fumarasa cataliza la adición en trans de un protón y un grupo OH-procedentes de una molécula de agua. La hidratación del fumarato produce L-malato.

Reacción 8: Malato deshidrogenasa (De L-malato a oxalacetato)

La última reacción del ciclo de Krebs consiste en la oxidación del malato a oxalacetato. La reacción, catalizada por la malato deshidrogenasa, utiliza otra molécula de NAD+ como aceptor

de hidrógeno, produciendo NADH. 

La energía libre de Gibbs asociada con esta última reacción es decididamente positiva, a diferencia de las otras del ciclo. La actividad de la enzima es remolcada por el consumo de oxalacetato por parte de la citrato sintasa, y de NADH por parte de la cadena de transporte de electrones.

Ecuaciones del ciclo de Krebs.

CH3CO~ SCoA + oxalacetato 2- + H2O

citrato 3-

isocitrato 3- + NAD+ + H+

a KG 2- + NAD+ + HSCoA + H+

succinil ~ SCoA 1- + ADP3- + Pi2-

succinato2- + FAD

fumarato 2- + H2O

L-malato 2- + NAD+

citrato 3- + HS-CoA + H+

isocitrato 3-

a KG 2- + CO2 + NADH + H+

succinil ~ S-CoA 1- + CO2 + NADH + H+

succinato2- + ATP4- + HS - CoA

fumarato 2- + FADH2

L-malato 2-

oxalacetato 2- + NADH + H+

 

Ecuación global del ciclo de Krebs.

CH3CO SCoA + 3 NAD+ + 2 H2O + FAD +ADP3- + Pi 2- + H+

2 CO2 + HS - CoA + 3 NADH + 3 H+ +FADH2 + ATP 4-

Enzimas que intervienen en las diferentes reacciones y papel que juegan en el ciclo.

Enzimas del ciclo de krebs:

Reacciones y enzimas del ciclo de Krebs

Degradación CH3CO-CoA.

El ciclo es una serie de ocho reacciones enzimáticas que degradan al grupo acetilo de la acetil-CoA a dos moléculas de CO2, con la formación de equivalentes de reducción (3 NADH, 1 FADH2) y un ATP. Todas las enzimas se encuentran en la matriz, a excepción de la succinato deshidrogenasa que está asociada a la membrana mitocondrial interna.

1. Citrato sintasa

La reacción de adición del grupo metilo (acetil-CoA) sobre el carbonilo del oxalacetato origina citril-S-CoA, que posteriormente asociado a la misma enzima es hidrolizado a citrato.

La Keq’ igual a 5x105 y el  Go´ igual a - 7,7 Kcal mol-1, indican la irreversibilidad de la reacción, determinada por la hidrólisis de citril - CoA.

La enzima cataliza también la reacción del fluoroacetil-CoA y el oxalacetato formándose fluorocitrato, que inhibe la segunda reacción del ciclo de Krebs.

El fluorocitrato es una de las moléculas más tóxicas conocidas (LD50 = 0,2 mg k-1 de peso corporal en ratas). Se encuentra en hojas de algunas plantas venenosas de África, Australia y Sudamérica.

2. Aconitasa.

Cataliza la interconversión ente los ácidos tricarboxílicos: citrato, cis-aconitato e isocitrato. En un primer paso hay una eliminación de una molécula de agua, sale el grupo hidroxilo del C-3 y un H+ del C-4 formándose el cis-aconitato, en un segundo paso de adición de agua al doble enlace, queda el grupo hidroxilo en el C-4 del ácido formado. De los dos estereoisómeros posibles del isocitrato sólo se forma uno. La enzima transfiere el grupo hidroxilo del citrato a un carbono adyacente, y convierte al citrato, alcohol terciario de difícil oxidación, a isocitrato, alcohol secundario fácilmente oxidable.

El  Go´ igual a + 2,04 Kcal mol-1, es por lo tanto una reacción reversible en la que el equilibrio favorece la formación del citrato. 

 

3. Isocitrato deshidrogenasa, NAD+ dependiente.

Enzima alostérica, de PM 380 kD, formada 8 subunidades. Requiere de Mn2+ y Mg2+.

La enzima cataliza la descarboxilación oxidativa del isocitrato a a -cetoglutarato. En un primer paso cataliza la oxidación del isocitrato a una cetona (oxalsuccinato), y posteriormente, la descarboxilación del carboxilato en posición b con respecto a la cetona. En esta reacción sale el primer CO2 del ciclo.

El  Go´ igual a - 5,0 Kcal mol-1 favorece la descarboxilación sobre la carboxilación reductora, se trata sin embargo, de una reacción reversible.

4. Complejo  -cetoglutarato deshidrogenasa.

Este complejo cataliza la descarboxilación oxidativa del  -cetoglutarato liberando los segundos CO2 y NADH del ciclo. La reacción global es semejante a la catalizada por el complejo multienzimático piruvato deshidrogenasa.

El producto de la reacción es succinil-CoA, un tioéster de "alta energía". El  Go´ es igual a – 8,0 kcal mol- 1, la reacción es irreversible.

5. Succinil-CoA sintetasa.

Enzima conocida también como succinato tioquinasa, que cataliza la hidrólisis del compuesto succinil-CoA y la síntesis acoplada del un nucleósido trifosfato de alta energía (fosforilación a nivel de sustrato).

Es una reacción reversible, con una Keq’ igual a 3,7 y  Go´ igual a – 0,7 kcal mol-1.

En mamíferos la enzima utiliza el GDP, se sintetiza entonces GTP. En cambio plantas y bacterias, sintetizan directamente ATP. Ambas reacciones son equivalentes, ya que ATP y GTP se interconvierten mediante la acción de la enzima nucleósido difosfato quinasa, reacción que posee un  Go´ igual a 0.

6. Succinato deshidrogenasa.

Las reacciones restantes del ciclo oxidan al sucinato a oxalacetato, éste al regenerarse, permite otra vuelta del ciclo. La succinato deshidrogenasa cataliza la oxidación estereoespecífica del enlace - CH2 –CH2 – del succinato a doble enlace trans, dando el fumarato.

La enzima succinato deshidrogenasa es la única enzima del ciclo de Krebs que no se encuentra en la matriz mitocondrial, sino que en la membrana mitocondrial interna,con el sitio de unión del sustrato accesible desde la matriz. Es además la única en el ciclo asociada a un grupo prostético flavínico (FAD) mediante el cual los equivalentes de reducción del succinato son transferidos a la ubiquinona, componente de la cadena de transporte de electrones. En general la función bioquímica del FAD es oxidar alcanos a alquenos, mientras que el NAD+ oxida alcoholes a aldehídos o cetonas. El malonato es un fuerte inhibidor competitivo de la enzima.

7. Fumarasa o fumarato hidratasa.

La fumarasa (fumarato hidratasa) cataliza la adición estereoespecífica de agua al doble enlace del fumarato, formando L-malato.

La enzima está formada por 4 cadenas polipeptídicas, tiene un PM = 400 kD. La reacción es reversible cuya Keq es igual a 4,5. En la dirección inversa la enzima participa en la eliminación de agua del L-malato (no del D-malato) formándose el isómero geométrico trans, el fumarato (no el isómero cis).

8. L-malato deshidrogenasa.

La constante de equilibrio de la reacción a pH 7,0 ( Go´ = + 7,1 kcal mol-1) está desplazada hacia los reactantes.

Dada esta constante de equilibrio es esencial para la operación del ciclo que la reacción catalizada por la citrato sintasa sea irreversible. Hay isoenzimas de la malato deshidrogenasa fuera de la mitocondria. En el citosol y en la matriz del peroxisoma está asociada al NAD+, en el estroma de cloroplastos la enzima es dependiente del NADP+.

Sitios de la regulacion del ciclo de krebs. Aspectos mas importantes.

Como el rol primario del Ciclo es oxidar grupos acetilo a CO2, el ciclo es sensible a la disponibilidad de su sustrato Acetil-CoA, la disponibilidad de Oxalacetato que es el metabolito regenerante, y al nivel de acumulación de sus productos NADH y ATP. Los principales puntos de regulación, representan puntos de vinculación del Ciclo con otras vías metabólicas. El punto de regulación de la Isocitrato Deshidrogenasa es precisamente uno de esos casos, ya que mediante su regulación, se controla el ritmo de producción de Acetil-CoA en el citoplasma de la célula.

Cofactores que se producen en una vuelta. R= mirar la imagen de wikipedia :P

Sustrato Coenzima

Enzima Tipo de reacción

Inhibidor

Activador

Producto

1 OxalacetatoAcetil-CoA, agua

Citrato sintasa

Condensación

Citrato, NADH, Succinil-CoA

- Citrato

2a Citrato -

Aconitasa

Deshidratación

- -

cis-Aconitato, acqua

2b

cis-Aconitato

Agua Hidratación Isocitrato

3a

Isocitrato NAD+Isocitrato deshidrogenasa

Oxidación

NADH, ATP

Ca2+, ADP

Oxalsuccinato, NADH

3b

Ossalsuccinato H+ Descarboxilac

ión

α-cetoglutarato, CO2

4α-Cetoglutarato

NAD+, CoA-SH

α-cetoglutarato deshidrogenasa

Descarboxilación oxidativa

NADH, Succinil-CoA

Ca2+Succinil-CoA, NADH, CO2

5Succinil-CoA

GDP, Fosfato

Succinil-CoA sintetasa

Trasferencia de fosfato - -

Succinato, GTP, CoA-SH

6 Succinato FADSuccinato deshidrogenasa

Oxidación - -Fumarato, FADH2

7 Fumarato Agua Fumarasa Hidratación - - L-Malato

8 L-Malato NAD+Malato deshidrogenasa

Oxidación - -Oxalacetato, NADH

Balance de materia y energía del ciclo de krebs.

 

Efectividad del ciclo para seguir funcionando cuando algunos de sus intermediarios son removidos o agotados. R= Ver videos.

Relacion del ciclo de krebs con otras vías. Rol central del Acetil-CoA como precursora de los procesos biosinteticos. Rol de otros metabolitos del ciclo como precursores de otros procesos biosinteticos.

Para que existen las reacciones anapleroticas.

Las reacciones anapleróticas son aquellas que proporcionan intermediarios del ciclo de los ácidos tricarboxílicos (TCA, del inglés) o ciclo del ácido cítrico o ciclo de Krebs. El malato se forma en el citosol de la célula por la acciónde la fosfoenolpiruvato carboxilasa (PEP carboxilasa) y la malato deshidrogenasa, y una vez dentro de la matriz mitocondrial, puede ser empleado para obtener piruvato (reacción catalizada por la enzima málica) o ácido oxalacético. Ambos productos pueden entrar en el ciclo del ácido cítrico. Dado que se trata de un ciclo, la formación de cualquiera de sus intermediarios puede servir para rellenar el ciclo entero y mantener todos sus substratos al máximo. El término anaplerótico tiene su origen en el griego antiguo y significa rellenar.

Hay cuatro reacciones clasificadas como anapleróticas, aunque la producción de oxalacetato a partir de piruvato es probablemente la más importante fisiológicamente.

Importancia que posee el ciclo en los organismos vivientes, relación con los medicamentos y patologías mas frecuentes asociadas.

El ciclo de Krebs (conocido también como ciclo de los ácidos tricarboxílicos o ciclo del ácido cítrico) es un ciclo metabólico de importancia fundamental en todas las células que utilizan oxígeno durante el proceso de respiración celular. En estos organismos aeróbicos, el ciclo de Krebs es el anillo de conjunción de las rutas metabólicas responsables de la degradación y desasimilación de loscarbohidratos, las grasas y las proteínas en anhídrido carbónico y agua, con la formación de energía química.

El ciclo de Krebs es una ruta metabólica anfibólica, ya que participa tanto en procesos catabólicos como anabólicos. Este ciclo proporciona muchos precursores para la producción de algunos aminoácidos, como por ejemplo el cetoglutarato y el oxalacetato, así como otras moléculas fundamentales para la célula.

- En primer lugar, en organismos aerobicos (u organismos respiradores q utilizen un aceptor final de electrones distinto q el O2, pero q tengan, en fin, cadena de transporte activa), a partir de acetil-CoA y mediante este ciclo pueden obtenerse coenzimas reducidas (NADH y QH2 o FADH2) q luego pueden descargarse en cadena respiaratorio propulsando la fosforilacion oxidativa. Es decir, si bien se genera por acetil.CoA q ingresa a esta ruta 1 ATP o GTP, se generan ademas un nivel considerable de poder reductor, 3 NADH y un FADH2 o QH2. por acetil-CoA. De hecho, si consideramos la cantidad de ATP global q se genera en la respiracion aerobica a

partir de glucosa respecto al obtenido durante la glicolisis y la descarboxilacion del piruvato, vemos q la mayor parte de este proviene de las coenzimas reducidas durante el ciclo de Krebs

- En el ciclo, se generan intermediarios, como el alfa-cetoglutarato y el oxalacetato, precursores de otras moleculas organicas, como aminoacidos (aspartato, asparagina, glutamato, glutamina, arginina, prolina, lisina) y bases nitrogenados (pirimidinas), q en definitiva aportan a la sintesis de macromoleculas (proteinas y acidos nucleicos, respectivamente).

Sabemos que el ciclo de krebs es el principal mecanismo metabólico energético utilizando factores como la fosforilación, síntesis de citrato y la oxidación de grasas en un medio con oxigeno, y la glucólisis también ayuda al metabolismo energético pero en un medio anaeróbico pues a través del deposito de glucosa en el proceso de glucogénesis, obtiene la energía, para ello requiere proteínas capaces de transportar y metabolizar la glucosa. En una enfermedad cancerigenas, las celulas se reproducen utilizando el ATP en un medio aeróbico entonces los científicos médicos han tratados con fármacos capaces de inhibir el metabolismo mediante el proceso del ciclo de krebs; así estos han trabajado con fármacos como la Lonidamina (LND) la cual es una droga capaz de proporcionar energía con hidrólisis utilizando un medio anaeróbico es decir con el proceso de glucólisis y sin utilizar el ciclo de krebs. Es por ello que esta inhibe el consumo de oxígeno interrumpiendo la acción de la hexoquinasa y así inducir las celulas cancerigenas a apoptosis.

La Lonidamina (LND) es un derivado del ácido-3-carboxil indocilasa ha dado grandes pasos para el tratamiento de cáncer pues ha mejorado factores como inhibir el crecimiento de organismos patógenos y síndromes metabolicos. Este último se trató con estudios genéticos la cual se buscaban genes capaces de tratar enfermedades metabólicas.

La Lonidamina (LND) es utilizada principalmente para tratar cáncer de próstata. Pues la glándula prostática produce en sus celulas periféricas niveles altos de zinc y citrato, y la lonidamina (LND) inhibe la producción de zinc, además mediante experimentos se demostró que aplicando LND con un suministro de (300mg-450mg) inhibía síntomas como vómito, nauseas, toxicidad, dolor gástrico, dolor testicular y mialgia. Pero con disminución de espermatozoides, pero sin alterar niveles de testosterona y división celular. Además se utilizó para medir los efectos citotóxicos en celulas carcinógenas de mamas y celulas ováricas, se experimentó quimioterapias de tumores: En tumores graves como la hiperplasia prostática benigna (BPH), y enfermedades de organos con celulas cancerigenas malignas; dando buenos resultados de cáncer de pulmón, cáncer de mama y reduciendo la metástasis del hígado.

Es bueno saber que poco a poco la ciencia esta descubriendo métodos para encontrar la cura a enfermedades mortales como el cáncer, utilizando fármacos como la Lonidamina, que utilizadas en radioterapia, cirugías, tratamiento con metástasis, terapia hormonal para cáncer, etc; ha dado buenos resultados para el paciente que padece este tipo de enfermedades.

3. Referente a la cadena respiratoria.

Identifique los cuatro complejos que forman la cadena respiratoria.

Complejo IEl "complejo I" o NADH deshidrogenasa o NADH:ubiquinona oxidoreductasa (EC 1.6.5.3) capta dos electrones del NADH y los transfiere a un transportador liposoluble denominado ubiquinona (Q). El producto reducido, que se conoce con el nombre de ubiquinol (QH2) puede difundir libremente por la membrana. Al mismo tiempo el Complejo I transloca cuatro protones a través de membrana, produciendo un gradiente de protones. El flujo de electrones ocurre de la siguiente forma:El NADH es oxidado a NAD+, reduciendo al FMN a FMNH2 en un único paso que implica a dos electrones. El siguiente transportador de electrones es un centro Fe-S que sólo puede aceptar un electrón y trasferirlo a la ubiquinona generando una forma reducida denominada semiquinona. Esta semiquinona vuelve a ser reducido con el otro electrón que quedaba generando el ubiquinol, QH2. Durante este proceso, cuatro protones son translocados a través de la membrana interna mitocondrial, desde la matriz hacia el espacio intermembrana.

Complejo IIEl "Complejo II" o Succinato deshidrogenasa; [1] EC 1.3.5.1 no es un bomba de protones. Además es la única enzima del ciclo de Krebs asociado a membrana. Este complejo dona electrones a la ubiquinona desde el succinato y los transfiere vía FAD a la ubiquinona.

Complejo IIIEl "complejo III" o Complejo citocromo bc1; EC 1.10.2.2, obtiene dos electrones desde QH2 y se los transfiere a dos moléculas de citocromo c, que es un transportador de electrones hidrosoluble que se encuentra en el espacio intermembrana de la mitocondria. Al mismo tiempo, transloca dos protones a través de la membrana por los dos electrones transportados desde el ubiquinol.

Complejo IVEl complejo IV o Citocromo c oxidasa; EC 1.9.3.1 capta cuatro electrones de las cuatro moléculas de citocromo c y se transfieren al oxígeno (O2), para producir dos moléculas de agua (H2O). Al mismo tiempo se translocan cuatro protones al espacio intermembrana, por los cuatro electrones. Además "desaparecen" de la matriz 4 protones que forman parte del H2O.

Nombre de los componentes que donan y aceptan electronesen cada complejo.

Donadores de electronesEn la biosfera actual, los donadores de electrones más comunes son las moléculas orgánicas. Los organismos que usan moléculas orgánicas como fuente de energía son conocidos como organotrofos. Sin embargo, existen procariotas que son capaces de utilizar fuentes inorgánicas como fuente de energía y se les conoce por ello con el nombre de litotrofos. Estos donadores inorgánicos incluyen al hidrógeno, al monóxido de carbono, el amonio, el nitrito, sulfuro, y el ion ferroso. Los litotrofos se han observado creciendo en formaciones de rocas a centenares de metros bajo la superficie de la Tierra. El uso de donadores de electrones inorgánicos como fuente de energía es de particular interés en el estudio de la evolución. Este tipo de metabolismo tuvo que ser el predecesor de los actuales modelos de organotrofos.

DeshidrogenasasLas bacterias pueden usar un gran número de donadores de electrones. Cuando utilizan materia orgánica como fuente de energía, el donador puede ser el NADH o el succinato, en tal caso los electrones entran a la cadena de transporte mediante la NADH deshidrogenasa, que es similar al complejo I mitocondrial, o bien mediante la succinato deshidrogena, que es similar al complejo II. Otras deshidrogenasas pueden ser utilizadas dependiendo del donador; ejemplos pueden ser la formato deshidrogenasa, la lactato deshidrogenasa, la gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa, H2 deshidrogenasa, también conocida por el nombre de hidrogenasa, y etc. Algunas de estas deshidrogenasas también actúan como bombas de protones, otras simplemente donan los electrones al reservorio de quinonas. La mayoría de las deshidrogenasas son sintetizadas solo en caso de necesidad, por lo que dependiendo del ambiente en el que se encuentra podremos detectar una o varias de estas deshidrogenasas. Las bacterias son capaces por tanto de realizar una regulación transcripcional de las mismas.

Transportadores de quinonaLas quinonas son transportadores móviles liposolubles. En general desempeñan las mismas funciones que la quinona mitocondrial, aunque las bacterias presenten quinonas específicas como son por ejemplo la ubiquinona o la menaquinona.

Bombas de protonesSe considera una bomba de protones cualquier proceso que genere un gradiente de protones a través de la membrana. Los protones pueden ser movidos físicamente a través de la membrana como es el caso de los complejos I y IV de las mitocondrias. El mismo efecto es observado cuando los electrones se mueven en la dirección opuesta, El resultado es la desaparición de protones de la matriz y la aparición de protones en el espacio intermembrana. Este es el caso del complejo III de las mitocondrias, en el cual se observa el ciclo Q. Algunas deshidrogenasas son bombas de protones, otras no. La mayoría de oxidadas y reductasas si lo son, aunque existen excepciones. El citocromo bc1 es una bomba de protones encontrada en muchas bacterias, aunque no en todas, por ejemplo Escherichia coli. Cadena de transporte de electrones 6

CitocromosLos citocromos son proteínas que contienen porfirinas que tienen ligado un átomo de hierro. Existen citocromos que son hidrosolubles, otros que son liposolubles. Otra peculiaridad es que existen citocromos móviles como por ejemplo el citocromo c. Aunque la gran mayoría funcionan asociadas a macromoléculas como pueden ser los complejos III y IV.

Oxidasas y reductasas terminalesCuando una bacteria crece en ambientes aeróbicos, el aceptor final de los electrones es reducido hasta agua por un enzima que se denomina oxidasa. Cuando una bacteria crece en ambientes de hipoxia, el aceptor de electrones es reducido por una enzima que se denomina reductasa. En las mitocondrias el complejo terminal es la citocromo oxidasa, pero las bacterias aeróbicas pueden utilizar varias oxidasas. Escherichia coli, no presenta citocromo oxidasa, por lo que en condiciones aeróbicas utiliza dos quinol oxidasa diferentes para reducir el oxígeno a agua.Ambas quinol oxidasas actúan a su vez como bombas de protones. Las bacterias anaeróbicas no pueden utilizar el oxígeno como aceptor final de los electrones, por lo que requieren reductasas especializadas para cada una de los aceptores. Escherichia coli puede usar, por ejemplo, una fumarato reductasa, la nitrato reductasa, la nitrito reductasa o la DMSO reductasa dependiendo de si existen esos aceptores en el medio en el que estás creciendo.

Aceptores de electronesAl igual que existen un gran número de donadores de electrones, también existen un gran número de aceptores que pueden ser de ambos tipos, es decir de origen orgánico o inorgánico. Si el oxígeno está disponible, se usará como aceptor, ya que genera mayor producción energética. En los ambientes anaeróbicos, se puede utilizar NO3 -, NO2 -, Fe3+, SO4 2-, CO2 y pequeñas moléculas orgánicas como por ejemplo el fumarato.

Enumere los inhibidores de cada complejo y sus mecanismos.

INHIBIDORES•Evitan la oxidación de los sustratos. •Los sustratos se quedan reducidos. •Se dividen en tres clases:

 –Inhibidores de la propia cadena. –Inhibidores de la fosforilación oxidativa. Desacoplantes.

A. Inhibidores de la propia cadena respiratoria:

Son aquellos que detienen la respiración. 

–Complejo I

•Rotenona: producto vegetal de Sudamérica, se utiliza comoinsecticida y veneno de peces.

•Amobarbital: acción a nivel central.•Piericidina A: antibiótico.

 –Complejo II

•Malonato: inhibidor competitivo de la succinato Dh.

–Complejo III

•Antimicina A (antibiótico), dimercaptol (BAL).•Inhiben entre el citocromo b y el citocromo c1.

 –Complejo IV

•H2S, CO, CN-, azida: inhiben al cit. aa3.

 –CN-, azida: reaccionan con la forma oxidada del cit. aa3. –CO, H2S: reaccionan con la forma reducida del cit. Aa3

•Carboxina.

 –Inhibe específicamente la transferencia de equivalentesreductores de la succinato Dh a la ubiquinona.

B. Inhibidores de la fosforilación oxidativa:

Son aquellos que impiden la formación de ATP, a partir del ADP. –Oligomicina (antibiótico) –Atraclósido.

C. Desacoplantes: –Separan la oxidación de la fosforilación. –Se da una respiración no controlada, puesto que laconcentración de ADP o Pi ya no limita la velocidadde la respiración. –En mamíferos son tóxicos. –Ejm:

•2,4-DINITROFENOL.•DINITROCRESOL.•PENTACLOROFENOL.•CCCP (m-CLOROCARBONILCIANUROFENILHIDRAZONA).

4. Acerca de la fosforilacion oxidativa.

Mecanismos de los diferentes procesos de la fosforilacion oxidativa.

FOSFORILACIÓN OXIDATIVA

•Mecanismo: tres teorías.1. TEORÍA DEL ACOPLAMIENTO QUÍMICO:

 –Postula que la energía liberada se utilizadirectamente para la síntesis de ATP.

 –Fosforilación a nivel del sustrato. 

–Intermediarios activos nunca se encontraron.

 –En desuso.

2. TEORÍA DEL ACOPLAMIENTO CONFORMACIONAL:

 –La energía liberada hace que una proteína adquieradeterminada conformación termodinámicainestable. 

–Cuando la proteína volviera a su conformación másestable, la liberación de energía se utilizaría para laimpulsar la síntesis de ATP. 

–No se encontraron proteínas respiratorias.

 –En desuso.

3. TEORÍA DEL ACOPLAMIENTOQUIMIOSMÓTICO:

 –Propuesta en 1961 por el bioquímico británicoPeter Mitchell. 

–La energía del transporte eléctrico hace que sebombee protones fuera de la matriz mitocndrial alespacio intermembranal, mediante un sistema detransporte activo. 

–Los protones del exterior tienen una tendenciatermidinámica de volver a pasar al interior, paraigualar el ph a ambos lados de la membrana.

-Cuando los protones vuelven a entrar en la matriz esta energía se gasta y parte de ella se utiliza para impulsar la síntesis de ATP.

Cantidad de ATP formado en todo el proceso y sitios donde se da la fosforilacion.

La fosforilación oxidativa es la transferencia

de electronesde los equivalentes

reducidosNADH y FADH, obtenidos en

laglucólisis y en el ciclo de Krebs hasta

eloxígenomolecular, acoplado con la síntesis

de ATP. Este proceso metabólico está formado

por un conjunto de enzimascomplejas, ubicadas

en la membrana interna de las mitocondrias, que

catalizan varias reacciones de óxido-reducción,

donde el oxígeno es el aceptor final de

electrones y donde se forma finalmente agua.

La fosforilación oxidativa es un

proceso bioquímico que ocurre en lascélulas. Es

el proceso metabólico final (catabolismo) de

la respiración celular, tras la glucólisis y el ciclo

del ácido cítrico. De una molécula deglucosa se obtienen 38 moléculas de ATP mediante la

fosforilación oxidativa.

Dentro de las células, la fosforilación oxidativa se produce en lasmembranas biológicas.

En procariotas es la membrana plasmática y eneucariotas es la membrana interna de las dos de

que consta lamitocondrial. El NADH y FADH2, moléculas donadores de electrones que "fueron

cargadas" durante el ciclo del ácido cítrico, se utilizan en un mecanismo intrincado (que implica a

numerosas enzimas como la NADH-Q reductasa, la citocromo c oxidasa y la citocromo reductasa),

gracias a la bomba H+ que moviliza los protones contra un gradiante de membrana.

La teoría quimiosmotica establece que ambos procesos -(F.O y CTe-) están acoplados

energéticamente. Por Ej, la Oligomicina se une a la Fracción Fo de la Atpasa e inhibe la síntesis de

ATP, por lo tanto detendrá también a la cadena de transporte de electrones. Por lo tanto

disminuirá el consumo de O2. Hay sustancias que actuan como desacoplantes de estos dos

procesos, para que puedan actuar de manera individual. Por ejemplo siguiendo con el caso

anterior, si ahora se agregara 2,4-dinitrofenol, que es un ácido débil que actúa como desacoplante,

el consumo de O2 se reestablecería, ya que tenderá a liberar la cadena de transporte de

electrones, aunque la oligomicina continue bloqueando la producción de ATP. La fracción Fo está

formada por proteinas transmembrana en la membrana mitocondrial interna (MMI), y es

básicamente un poro que permite el paso de H+. La fracción F1 se encuentra del lado interno de la

MMI y es la encargada de utilizar la disipación del gradiente electroquímico para fosforilar ADP + Pi

y liberar ATP.

Los nucleótidos entran y salen de la mitocondria a través de transportadores específicos.

Un gran complejo proteico llamado ATP-sintasa situado en la membrana mitocondrial interna

(MMI), permite a los protones pasar a través en ambas direcciones; genera el ATP cuando el protón

se mueve a favor de gradiente. Debido a que los protones se han bombeado al espacio

intermembranoso de la mitocondria en contra de gradiente, ahora pueden fluir nuevamente dentro

de la matriz mitocondrial y mediante la vía ATP-sintasa, se genera ATP en el proceso. La reacción

es:

ADP3- + H+ + Pi ↔ ATP4- + H2O

Cada molécula de NADH contribuye suficientemente a generar la fuerza motriz de un protón que

produzca 2,5 moléculas de ATP. Cada molécula de FADH2 produce 1,5 moléculas de ATP.[1] Todas

juntas, las 10 moléculas de NADH y las 2 FADH2 provenientes de la oxidación de la glucosa

(glucólisis, descarboxilación oxidativa de piruvato en acetil-CoA yciclo de Krebs) a formar 28 de las

36 moléculas totales de ATP transportadoras de energía. Hay que decir que estos valores de

moléculas de ATP son máximos. En realidad cada molécula de NADH contribuye a formar entre 2 y

3 moléculas de ATP, mientras que cada FADH2 contribuye a un máximo de 2 moléculas de ATP.