sem ii bioenergética

Universidad de Concepción Unidad 3: Enzimas y MetabolismoFacultad de Ciencias Biológicas Seminario II: Bioenergética

Seminario II:BIOENERGÉTICA.

Profesor Coordinador: Nelson Carvajal

1. Compare un sistema que intercambia materia y energía con su entorno con uno que sólo intercambia energía. Desde estos puntos de vista, cómo catalogaría a un sistema biológico?

Un sistema que intercambia materia y energía con su entorno se le llama sistema Abierto, en cambio uno que sólo intercambia energía se le denomina Cerrado. En el laboratorio, algunos procesos químicos o físicos pueden llevarse a cabo en sistemas cerrados. Sin embargo, las células y los organismos vivos son sistemas abiertos que intercambian tanto materiales como energía con su entorno. Los sistemas vivos no están nunca en equilibrio con su entorno y las constantes transacciones entre el sistema y el entorno explican cómo los organismos pueden crear orden en su interior, al tiempo que operan dentro de la segunda ley de la termodinámica. (La segunda ley de la termodinámica dice que el universo tiende siempre hacia un aumento del desorden, es decir: en todos los procesos naturales aumenta la entropía del universo) En pocas palabras, los organismos vivos conservan su orden interno tomando de su entorno energía libre en forma de nutrientes o de luz solar y devolviendo al entorno una cantidad igual de en energía en forma de calor y entropía.

Esto es importante ya que si el organismo no intercambiara materia con su entorno, no podría obtener constantemente energía para su metabolismo, ya que como la energía no se crea ni se destruye solo se transforma (Primera ley de la termodinámica), necesita obtener dicha energía a través de nutrientes o luz solar, a su vez que también es necesario que compense el orden interno que se genera en el sistema, aumentando el desorden del entorno.

Por lo tanto un sistema cerrado, solo podría realizar reacciones que fueran favorables energéticamente (G<0), siendo incapaces de generar cierto grado de orden interno, ya que no podrían compensar esto con el aumento del desorden del entorno.

2. Discuta la condición de equilibrio termodinámico en relación con la vida.

Las células son sistemas isotérmicos, funcionan a temperatura y presión prácticamente constantes, por esto, el flujo de calor no resulta una fuente de energía para las células, debido a que el calor puede realizar trabajo sólo cuando pasa de un objeto a otro con diferente temperatura (mayor o menor).

La energía a utilizar es la Energía Libre, que permite la predicción de la dirección de las reacciones químicas, su posición exacta de equilibrio y la cantidad de trabajo que pueden llevar a cabo, teóricamente a temperatura y presión constantes.

Las células heterótrofas adquieren Energía Libre de las moléculas de nutrientes.La composición de un sistema reaccionante (una mezcla de reactivos y productos químicos) tiende a

continuar cambiando hasta que llega a un estado de equilibrio.

3. Analice los conceptos: energía, calor, trabajo, energía libre y entropía.

Energía: Capacidad para realizar trabajo. Hay 2 tipos principales: cinética y potencial.

Calor: transferencia de energía entre dos cuerpos que están a diferente tº.

Trabajo: cambio de energía dirigida que resulta de un proceso. (ejercer una fuerza a lo largo de una distancia)

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Universidad de Concepción Unidad 3: Enzimas y MetabolismoFacultad de Ciencias Biológicas Seminario II: Bioenergética Energía Libre (G): Medida de la energía potencial de un sistema que una función de la entalpía (H) y entropía (S)

Entropía (S): Medida del grado de desorden o aleatoriedad de un sistema; cuanto más alta sea la entropía, mayor será el desorden.

4. Analice los conceptos: oxidación, reducción, potenciales óxido reducción.

Oxidación: Pérdida de electrones de un átomo o molécula como ocurre cuando un átomo de H es eliminado de una molécula o cuando se añade oxígeno.

Reducción: Ganancia de electrones por un átomo o molécula como sucede cuando se añade un átomo de hidrógeno a una molécula o cuando se elimina oxígeno.

Dado que los electrones no se crean, ni se destruyen en una reacción química si un átomo se oxida, otro se debe reducir.

Muchas reacciones biológicamente importantes de oxidación-reducción, implican la eliminación o adición de átomos de hidrógeno (protones más electrones) en lugar de transferencia de electrones aislados. Un ejemplo es la oxidación de succinato a fumarato, que tiene lugar en las mitocondrias. Los protones son solubles en solución acuosa pero los electrones no y deben ser transferidos de un átomo o molécula a otro sin intermediarios disueltos en agua. En este tipo de reacciones de oxidación, los electrones a menudo son transferidos hacia pequeñas moléculas portadoras de electrones, a veces referidas como coenzimas. Los portadores de electrones más comunes son el NAD+ (nicotinamida adenina dinucléotido), el cual se reduce a NADH, el FAD (flavina adenina dinucleótido), el cual se reduce a FADH2. Las formas reducidas de estas coenzimas pueden transferir protones y electrones a otras moléculas, reduciéndolas.

Potenciales óxido reducción: La facilidad con la cual un átomo o molécula gana un electrón se denomina potencial de reducción E. La tendencia a perder electrones, el potencia de oxidación, tiene la misma magnitud pero signo opuesto que el potencial de reducción para la reacción inversa.

Los potenciales de reducción se miden en Voltios (V) a partir de un punto 0 arbitrario fijado por el potencial de reducción de la siguiente media reacción en condiciones estándares (25ºC, 1 atm y reactivos 1 M).

H+ + e- ½ H2

El valor de E para una molécula o un átomo en condiciones estándares es su potencial de reducción estándar E`0. Una molécula o ión con un E’0 positivo tiene una mayor afinidad por los electrones que el ión H+ en condiciones estándares.

En una reacción redox los electrones se mueven espontáneamente hacia los átomos o moléculas que tienen potenciales de reducción más positivos. En otras palabras, un compuesto que tiene un potencial de reducción más negativo puede transferir electrones hacia un compuesto (reducido) con un potencial de reducción más positivo. En este tipo de reacciones, la variación del potencial eléctrico E es la suma de los potenciales de reducción y oxidación para las 2 medias reacciones. La E para una reacción redox está relacionada con la variación de energía libre G por la siguiente expresión:

G (cal/mol) = -n (23.064) E (volts)

donde n es el número de electrones transferidos. Nótese que una reacción redox con un valor positivo de E tendrá una G negativa y por lo tanto tenderá a proceder de izquierda a derecha.

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5. Compare los siguientes procesos: exotérmicos endotérmicos, endergónicos, exergónicos.

Los procesos exergónicos y endergónicos liberan y absorben energía, respectivamente. Las reacciones exotérmicas liberan calor y tienen un cambio de entalpía negativa (-H). De manera semejante, las reacciones endotérmicas absorben calor durante las mismas y tiene un cambio de entalpía positivo (+H). Sin embargo, no es posible predecir las posibilidades a favor o la dirección de una reacción a partir de los valores de entalpía.

Reacción Exergónica: reacción tiende a efectuarse en forma espontánea, el G es negativo.

Reacción Endergónica: reacción no es espontánea, necesita de aporte de energía exterior del sistema; G es positivo.-

Reacción Endotérmica: los productos contienen mayor energía de enlace que los reactantes. H es positiva; se absorbe calor. Será espontánea si S aumenta lo suficiente para que G supere la H positiva.

Reacción Exotérmica: los productos tienen menor energía de enlace que los reactantes. H es negativa; se libera energía (en forma de calor). Si a aumenta la S, se produce en forma espontánea.

6. Analice la estructura de las mitocondrias y las posibilidades de transporte de moléculas hacia y desde el espacio extramitocondrial.

La mitocondrias están entre los organelos más grandes de la célula. En células eucariontes pueden ocupar hasta el 25% del citoplasma. Posee dos membranas: la membrana externa define un perímetro exterior liso de las mitocondrias. En cambio la membrana interna posee numerosas invaginaciones denominadas crestas. Estas membranas definen 2 compartimientos submitocondriales: espacio intermembrana y la matriz o compartimiento central.

La membrana externa contiene porinas mitoncondriales, una proteína canal transmembrana. Los iones y la mayorçia d moléculas pequeñas (hasta 500 Da) pueden pasar rápidamente a través de estos canales proteicos. Aunque el flujo de metabolismo a través d ela membrana externa puede limitar la velocidad de oxidación mitocondrial, la membrana interna y las crestas son las principales barreras de permeabilidad entre el citosol y la matriz mitocondrial.

Las crestas mitocondriales contienen muchas partículas intramembranas ricas en proteínas. Alguna son los complejos F0F1 que sintetizan ATP; otras cumplen funciones en el transporte de electrones hacia el O2 desde el NADH u otros transportadores de electrones. Diversas proteínas transportadoras localizadas en su membrana interna y en las crestas permiten que moléculas, de otra manera impermeables, como el ADP y el Pi, pasen desde el citosol a la matriz y que otras moléculas, como el ATP, puedan moverse desde la matriz hacia el citosol. Las proteínas constituyen el 66% del peso total de la membrana interna; una fracción más alta que la de cualquier otra membrana celular. La cardiolipina (difosfatil diglicerol), un lípido concentrado en la membrana interna, reduce suficientemente la permeabilidad de la membrana a los protones, de manera que se puede establecer una fuerza protón-motriz a través de ella.

La membrana mitocondrial interna, las crestas y la matriz son los sitios de la mayoría de las reacciones que involucran la oxidación del piruvato y los ácidos grasos a CO2 y H2O y la síntesis acoplada de ATP a partir de ADP y Pi. Estos procesos comprenden numerosos pasos, pero pueden subdividirse en 3 grupos de reacciones, cada una de las cuales tiene lugar en una membrana, un espacio definido de la mitocondria:a) La oxidación del pituvato y ácidos grasos a CO2 acoplada a la reacción de NAD+ a NADH, y de flavina adenina dinucleótido (FAD) a FADH2. Estos transportadores de electrones a menudo se denominan coenzimas. NAD+, NADH, FAD y FADH2 pueden difundirse y no están unidos permamentemente a las

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Universidad de Concepción Unidad 3: Enzimas y MetabolismoFacultad de Ciencias Biológicas Seminario II: Bioenergética proteínas. La mayoría de las reacciones ocurre en la matriz; 2 son catalizadas por enzimas de la membrana interna orientada hacia la matriz.b) La transferencia de electrones desde el NADH y el FADH2 al O2 y la regeneración de los transportadores de electrones oxidados NAD+ y FAD, estas reacciones se producen en la membrana interna y están acopladas a la generación de una fuerza protón motriz a través de ellas.c) La utilización de la energía almacenada en el gradiente electroquímico de protones para la síntesis de ATP por el complejo F0F1 en la membrana interna.

Las crestas expande muchísimo la superficie de la membrana mitocondrial externa y aumentan su capacidad para generar ATP.Posibilidades de transporte.

1.- COTRANSPORTADORES:

El transporte de Nucleotidos de Adenina (ATP / ADP) por ANT1, ANT2 y ANT3.

El transporte de ácidos grasos, y el transportador de carnitina / acil-carnitina.

El cotransportador (antiportador) de aspartato / glutamato.

Los simportadores de glutamato / H+ y antiportadores de glutamato / OH-.

El simportador de fosfato / H+ y antiportador de fosfato / OH-.

2.- FAMILIA 25 DE TRANSPORTADORES DE SOLUTOS (SLC25)

La Familia 25 de Transportadores de Solutos (SLC25) es la familia de transportadores mitocondriales. Está constituida por aquellos transportadores que transportan iones y/o metabolitos entre la matriz mitocondrial y el espacio intermembrana.

SLC25A1 Transportador mitocondrial de citrato (CTP).

SLC25A3 Transportador mitocondrial de fosfato.

SLC25A4 Intercambiador mitocondrial de nucleotidos de Adenina (ANT 1).



SLC25A7 Proteína 1 Desacoplante (UCP1) de tejido adiposo pardo. Termogenina.

SLC25A8 Proteína 2 Desacoplante (UCP2).

SLC25A9 Proteína 3 Desacoplante corta (UCP3S) y larga (UCP3L).

SLC25A10 Transportador mitocondrial de ácidos dicarboxílicos.

SLC25A11 Transportador mitocondrial de oxoglutarato.

SLC25A12 Transportador mitocondrial de aspartato - glutamato (ARALAR1).

SLC25A13 Transportador mitocondrial de aspartato - glutamato (CITRIN).

SLC25A14 Proteína 5 Desacoplante corta (UCP5S) y larga (UCP5L).

SLC25A15 Transportador mitocondrial de ornitina

SLC25A16 Transportador mitocondrial de función aún desconocida.

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http://www.lab314.com/transporte/slc25/slc25a14.htm

http://www.lab314.com/transporte/slc25/slc25a5.htm


SLC25A17 Proteína de membrana de Peroxisoma.

SLC25A18 Transportador mitocondrial de glutamato 2.

SLC25A19 Transportador mitocondrial de desoxinucleotidos (DNC).

SLC25A20 Translocasa de carnitina / acilcarnitina.

SLC25A21 Transportador mitocondrial de oxodicarboxilatos.

SLC25A22 Transportador mitocondrial de glutamato (GC1).

UCP4 Proteína 4 Desacoplante (UCP4)

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7. Analice la organización de la cadena transportadora de electrones en la membrana mitocondrial externa.

La cadena trasportadora de electrones consta de 4 proteínas integrales de membrana presentes en la membrana mitocondrial interna a través de la que pasan electrones. Los grupos transportadores de los electrones dentro de estos complejos son o bien flavinas o proteínas hierro-sulfuro, o grupos hemo o iones de cobre. Los complejos se disponen en orden creciente de potencial medio de rédox estándar (medido en Voltios) y de afinidad electrónica. El potencial redox estándar (E0) es una medida de la tendencia de un par redox particular (por ejemplo NAD y NADH+ o FAD y FADH2) a perder electrones. Cuanto más negativo es el valor de E0, mayor es la tendencia a perder electrones (es decir afinidad electrónica baja) y viceversa. Por lo tanto, los electrones fluyen desde transportadores de electrones con valores de E0 más negativos a los que tienen valores más positivoa, hasta que han pasado a oxígeno molecular, que tiene el valor de E0 más elevado.Los complejos están ligados por 2 proteínas de membrana solubles: ubiquinona (Coenzima Q) y citocromo C, que difunde fácilmente a través de la membrana.

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Información extra sobre la cadena trasportadora de electrones (Lodish)La mitocondria maximiza la producción de ATP al transferir electrones desde el NADH y el FADH2 a

través de una serie de transportadores, de los cuales todo excepto uno son componentes integrales de la membrana interna. Esta transferencia de electrones paso a paso a través de la cadena respiratoria(transportadora de electrones) permite liberar la energía libre del NADH y el FADH2 en cantidades pequeñas y almacenarla como la fuerza protón-motriz.

Durante el transporte de electrones desde el NADH al O2, los protones de la matriz mitocondrial son bombeados en diversos sitios a través de la membrana mitocondrial interna; este transporte “cuesta arriba” genera un gradiente de concentración de protones a través de la membrana interna. Como la membrana externa es libremente permeable a los protones, mientras que la membrana interna no lo es, este bombeo provoca que el pH de la matriz mitocondrial sea mas alto(esto es, la concentración de H+ es mas baja) que el citosol y el del espacio intermembrana. También se produce un potencial eléctrico a través de la membrana interna como resultado del bombeo de H+ cuesta arriba desde+ la matriz, la cual se torna negativa con respecto al espacio intermembrana. Por lo tanto, la energía libre liberada durante la oxidación del NADH o el FADH2 se almacena como un potencial eléctrico y un

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Universidad de Concepción Unidad 3: Enzimas y MetabolismoFacultad de Ciencias Biológicas Seminario II: Bioenergética gradiente de concentración de protones(colectivamente, la fuerza protón-motriz) a través de la membrana interna. El movimiento de protones a través de la membrana interna nuevamente hacia la matriz impulsado por esta fuerza esta acoplado a la síntesis de ATP a partir de ADP y Pi por la ATP sintasa.

En la mitocondria que respira, cada molécula de NADH libera 2 electrones a la cadena respiratoria; estos electrones reducen en última instancia un átomo de oxígeno (media molécula de O2) para formar una molécula de agua:

NADH NAD+ + H+ + 2 e-

2e- + 2H+ + ½ O2 H2OA medida que los electrones se mueven desde el NADH al O2, su potencial declina en 1,14 V, lo cual

corresponde a 26,2 Kcal/mol de electrones transferidos. Como vimos, mucha de esta energía se conserva en la fuerza protón-motriz generada a través de la membrana mitocondrial interna.

Cada uno de los cuatro complejos multiproteicos en la cadena respiratoria atraviesa la membrana mitocondrial interna y contiene varios grupos prostéticos que participan en el movimiento de electrones. Estas moléculas orgánicas pequeñas no peptidicas o iones metálicos están fuerte y específicamente asociadas con los complejos multiproteicos. Antes de considerar las funciones de cada complejo, examinaremos varios de estos transportadores de electrones.

Varios tipos de hemo, un grupo prostético que contiene hierro similar al que esta en la hemoglobina y la mioglobina, están unidos fuerte o covalentemente a las proteínas mitocondriales y forman los citocromos. El flujo de electrones a través de los citocromos se produce por oxidación y reducción de los átomos de Fe en el centro de la molécula hemo:

Fe3+ + e- Fe2

+

En la cadena respiratoria, los electrones se mueven a través de los citocromos en el siguiente orden: b, c1, c, a y a3. Los diversos citocromos tienen grupos hemo y ligando axiales ligeramente distintos, lo cual genera diferentes ambientes para el Ion Fe. Por lo tanto, cada citocromo tiene un potencial de reducción diferente, o tendencia a aceptar un electron; una propiedad importante que dicta el flujo unidireccional de los electrones a lo largo de la cadena. Como el anillos hemo de los citocromos consiste en atomos unidos por enlaces dobles y simples alternados, existen numerosas formas resonantes y el electrón está no esta localizado en los átomos de carbono y de nitrogeno hemo al igual que en el Ion Fe. Todos los citocromos, excepto el citocromo c , son componentes de los complejos multiproteicos de la membrana mitocondrial interna. Aunque el citocromo c comprende un complejo hemo-proteína, se mueve libremente por difusión en el espacio intermembrana.

Los grupos de hierro-azufre son grupos prostéticos no hemicos que contienen hierro; consisten en átomos de Fe unidos a átomos inorgánicos de S y a átomos de S sobre residuos de cisteina sobre una proteína. Algunos átomos de Fe del grupo llevan una carga +2; otros tienen una carga +3. Sin embargo, la carga neta de cada átomo de Fe en realidad esta entre +2 y +3 porque los electrones en las orbitas mas externas están dispersos entre los átomos de Fe y se mueven con rapidez de uno a otro. Los grupos de hierro azufre aceptan y liberan electrones de uno a la vez; el electrón adicional también se dispersa sobre todos los átomos de Fe del grupo.

La coenzima Q(CoQ), también denominada ubiquinona, es el único transportador de electrones en la cadena respiratoria que no es un grupo prostético unido a una proteína. Es un transportador de átomos de hidrogeno, es decir, protones mas electrones. La forma de quinona oxidada da la CoQ puede aceptar un único electrón para formar una semiquinona, un radical libre cargado denotado CoQ- forma la dihidroubiquinona(CoQH2), al forma completamente reducida. Tanto la CoQH2 son solubles en fosfolípidos y se difunden con libertad en la membrana mitocondrial interna.

La CoQ acepta electrones liberados desde el complejo NADH-CoQ reductasa y el complejo succinato-8

Universidad de Concepción Unidad 3: Enzimas y MetabolismoFacultad de Ciencias Biológicas Seminario II: Bioenergética CoQ reductasa y los dona al complejo CoQH2-citocromo c reductasa. Mas importante aun, la reducción y la oxidación de la CoQ están acopladas al bombeo de protones. Cada vez que la CoQ acepta electrones, lo hace en un sitio de unión sobre la cara citosólica(matriz) del complejo de proteínas, siempre capta protones desde el medo orientado hacia la cara citosolica. Cada vez que la CoQH2 libera sus electrones, lo hace en un sitio de unión sobre la cara exoplasmática del complejo de proteínas, liberando protones al medio exoplasmatico(espacio intermembrana). Por lo tanto, el transporte de cada par de electrones por la CoQ esta acoplado en forma obligada al movimiento de dos protones desde el medio citosólico al medio exoplasmático.

NADH-CoQ reductasa(complejo I) Los electrones son transportados desde el NADH a la CoQ por el complejo NADH-Coq reductasa. El NAD+ es exclusivamente un transportador de dos electrones: acepta o libera un par de electrones a la vez. En el complejo NADH-CoQ reductasa, los electrones primero fuyen desde el Nadh al FMN( flavina mononucleotido), un cofactor relacionado con el FAD, luego a un grupo de hierro azufre de una proteína y finalmente a la CoQ. El FMN, al igual que el FAD, puede aceptar dos electrones, pero lo hace de a un electron a la vez. La reacción general catalizada por este complejo es:

NADH + CoQ + 2H+ NAD+ + H+ + CoQH2(Reducido) (Oxidado) (Oxidado) (Reducido)

Cada electrón transportado atraviesa una caida de potencial de aproximadamente 360 mV, equivalente a una “triangulo”G de -16,6 Kcal/mol para los dos electrones transportados. Mucha de esta energia liberada es utilizada por el complejo NADH-CoQ reductasa para transporta cuatro protones a través de la membrana interna por moleculas de NADH oxidada.Succinato-CoQ reductasa (complejo II) La succinato deshidrogenasa, la enzima que oxida una molécula de succinato a fumarato en el ciclo del ácido cítrico, es un componente integral del complejo succinato-CoQ reductasa. Los dos electrones liberados en la conversión del succinato a fumarato se transfieren primero al FAD, luego a un transportador con hierro-azufre y finalmente a la CoQ. La reacción general cabalizada por este complejo es:

Succinato + CoQ flecha fumarato + CoQH2(reducido) (Oxidado) (Oxidado) (reducido)

Aunque la “triángulos “G para esta reacción es negativa, la energía liberada es insuficiente para el bombeo de protones. Por consiguiente, el complejo succinato-CoQ reductasa no transloca protones a través de la membrana y no se genera ninguna fuerza protón-motriz en esta parte de la cadena respiratoria.

CoQ-citocromo c reductasa (complejo III) La CoQH2 generada por el complejo Io por el complejo II dona dos electrones al complejo CoQH2-citocromo c reductasa y regenera la CoQ oxidada. De manera concomitante, se liberan dos protones tomados en la cara citosolica hacia el espacio intermembrana, lo que general parte de la fuerza protón-motriz. Dentro del complejo III, los electrones liberados primero se transfieren al grupo del hierro-azufre de una proteína dentro del complejo III y luego a dos citocromos de tipo b (bl y bH) o el citocromo c1. Por ultimo, los dos electrones se transfieren a dos moléculas la forma oxidada del citocromo c, una proteína periférica soluble en agua que se difunde en el espacio intermembrana. Por cada par de electrones transferidos, la reacción general catalizada por el complejo CoQH2-citocromo c reductasa es:

CoQH2 + 2 Cit c3+ flecha CoQ + 2H+ + 2 Cit c2+ (Reducido) (Oxidado) (Oxidado) (Reducido)La “triangulo” G para esta reacción es lo suficientemente negativa como para translocar dos protones adicionales desde la matriz mitocondrial a través de la membrana interna por cada par de electrones transferidos; esto involucra el ciclo Q protón-motriz.

Citocromo c oxidasa (complejo IV) El citocromo c, luego de haber sido reducido por el complejo CoQh2-citocromo c reductasa, transporta electrones, uno a la vez, al complejo citocromo c oxidasa. Dentro de este complejo, los electrones son transferidos, siempre de a uno, primero a un par de

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iones de cobre llamados Cua2+, luego al citocromo a, después a otro complejo de Ion cobre (Cub2

+), al citocromo a3 y finalmente al O2, el aceptor final de electrones, produciendo agua. Por cada par de electrones transferidos, la reacción general catalizada por el complejo citocromo c oxidasa es:

2 Cit c2+ + 2H+ + ½ O2 2Cit c3+ + H2O

(reducido) (Oxidado)

Durante el transporte de cada par de electrones a través de complejo citocromo c oxidasa, se translocan dos protones a través de la membrana.

La CoQ y el citocromo c como lanzaderas de electrones móviles Los cuatro complejos transportadores de electrones recién descritos tienen movilidad lateral en la membrana mitocondrial interna; mas aun, están presentes en cantidades desiguales y no forman contactos estables los unos con los otros. Estas propiedades imposibilitan la transferencia directa de electrones desde un complejo al siguiente. En cambio, los electrones son trasportados desde un complejo a otro por difusión de la CoQ en la membrana y por el citocromo c en el espacio intermembrana.

8.Analice la estructura del sistema ATP sintetasa.

El

complejo F0F1, ahora denominado ATP sintasa, es una proteína de membrana, miembro de la clase F de bombas de protones impulsadas por ATP.

La ATP-sintasa es el complejo enzimático que acopla el flujo de H+ a través de la membrana mitocondrial interna (del espacio intermembrana a la matriz) a la síntesisde ATP. Es capaz de producir más de 100 moléculas de ATP por segundo

Su estructura está compuesta por 2 partes principales:

• F0-ATPasa: unidad embebida en la membrana mitocondrial interna

• F1-ATPasa: unidad en forma de “piruleta”, proyectada hacia la matriz mitocondrial, formada por una cabeza y un “tallo” (unidad F0 que une la cabeza a la unidad F0). Cataliza la síntesis de ATP.

Los protones bombeados al espacio intermembrana durante la cadena de transporte de electrones vuelven a la matriz mitocondrial a través de la unidad F0 provocando la rotación de la unidad F0 dentro de la cabeza F1, lo que da lugar a la síntesis de ATP. Los protones siempre fluyen a través de la ATP sintasa desde la cara exoplásmica de la membrana hacia la cara citosólica, impulsados

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Universidad de Concepción Unidad 3: Enzimas y MetabolismoFacultad de Ciencias Biológicas Seminario II: Bioenergética por una combinación entre el gradiente de concentración de protones ([H+]exoplasmática > [H+] citosólica) y el potencial eléctrico de membrana (cara exoplásmica positiva con respecto a la cara citosólica).

La ATP-sintasa es un dispositivo reversible: puede usar la energía liberada en la hidrólisis del ATP para bombear iones a través de la membrana

Mecanismo molecularEn primer lugar, la subunidad beta está en el estado relajado. La subunidad gamma gira. Se une ADP + Pi al sitio activo. El giro de la subunidad gamma hace que la subunidad beta cambie de conformación. El giro adicional de la subunidad gamma provoca otro cambio de conformación, que hace que se forme ATP. Finalmente, la Subunidad beta en estado relajado, que libera el ATP.

9. Analice el rendimiento de la fosforilación oxidativa, en términos de moles de ATP sintetizados por par de electrones transferidos finalmente al oxígeno.

En la glucólisis y en el ciclo de Krebs se puede saber cuanto ATP se forma porque está dado por la estequiometría de las reacciones químicas. Por el contrario, calcular la producción de ATP en la fosforilación oxidativa es más ambiguo porque las estequiometrías del bombeo de H+, de la síntesis de ATP y de los procesos de transporte de metabolitos no tienen por qué ser números enteros. La fosforilación oxidativa se basa a grandes rasgos en el transporte de pares de electrones a través de complejos proteicos en la membrana interna, lo que permite que estos mismos complejos realicen el bombeo de protones en contra de gradiente desde la matriz mitocondrial al espacio intermembranoso, con la energía obtenida con el transporte de electrones.

Actualmente la estimación más correcta del nº de H+ que se bombean desde la matriz mitocondrial hacia el espacio intermembranoso por la NADH-Q reductasa, la citocromo reductasa y la citocromo oxidasa (complejos proteicos) por cada par de é es de 4, 2 y 4, respectivamente. En tres puntos de transición de la cadena transportadora de electrones se desprende una cantidad relativamente grande de energía libre: cuando los electrones se mueven de FMN a la coenzima Q, del citocromo b al citocromo c y del citocromo a al citocromo a3 .

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La síntesis de una molécula de ATP está guiada por el flujo de aprox. 3 H+ a través de la ATP sintetasa. El transporte de un ATP de la matriz al citosol supone un costo adicional de un H+. Por lo tanto, como resultado del flujo de un par de é desde el NADH al O2 se generan 2,5 moléculas de ATP en el citosol. Para los é que se incorporan en la cadena respiratoria al nivel de la citocromo reductasa, como los procedentes de la oxidación del succinato o de la oxidación del NADH citosólico, el rendimiento es de aprox. 1,5 moléculas de ATP por cada par de é.

Sobre esta base, se puede decir que cuado la glucosa se oxida completamente a CO2 se forman aprox. 30 moléculas de ATP; este valor reemplaza al tradicional cálculo de 36 ATPs. La mayor parte del ATP, 26 de los 30 que se forman, se sintetizan gracias a la fosforilación oxidativa.

Rendimiento de ATP en la oxidación total de la glucosaSecuencia de la Reacción ATP producido por

1 molécula de glucosaGlucólisis: Glucosa a Piruvato (en el citosol)

Fosforilación de la glucosa Fosforilación de la fructosa-6-fosfato Desfosforilación de 2 moléculas de 1,3-BPG. Desfosforilación de 2 moléculas de fosfoenolpiruvato En la oxidación de 2 moléculas de gliceraldehido -3-fosfato se forman 2

NADH

Conversión de Piruvato en Acetil-CoA (interior de la mitocondria) Se forman 2 NADH

Ciclo del Ácido Cítrico (interior de la mitocondria) Formación de 2 moléc. de GTP a partir de 2 moléc. de succinil-CoA Se forman 6 NADH en la oxidación de 2 moléc. de isocitrato, 2 de -

cetoglutanato y 2 de malato Se forman 2 FADH2 en la oxidación de 2 moléc. de succinato.

Fosforilación Oxidativa (interior de la mitocondria) Se forman 2 NADH en la glucólisis, cada uno produce 1,5 ATP (suponiendo

el transporte de NADH por la lanzadera del glicerol fosfato) Se forman 2 NADH en la descarboxilación oxidativa del piruvato, cada uno

produce 2,5 ATP Se forman 2 FADH2 en el ciclo de Krebs; cada uno produce 1,5 ATP Se forman 6 NADH en el ciclo de Krebs; cada uno produce 2,5 ATP. Producción neta por Glucosa:

-1-1+2+2

+2

+3

+5

+3

+15___

+30

*Nota: Se desconoce la cantidad exacta de H+ bombeados por cada complejo por mol de NADH oxidado, pero se estima actualmente que el complejo I traslada cuatro y los complejos III y IV trasladan en conjunto seis. También 3 ó 4 H+ se incorporan al interior de la mitocondria por cada ATP exportado. Por lo tanto, el índice P:O no resulta necesariamente un nº entero, osea 3, sino que tal vez 2.5. Sin embargo, para simplificar, se usa el valor de 3 para la oxidación del NADH + H+ y de 2 para la oxidación del FADH2. (Por eso resulta 30 y no 36).

10. Analice las principales características del mecanismo quimiosmótico de sÍntesis de ATP en las mitocondrias.

La teoría quimiosmótica postula que la energía proveniente de la oxidación de los componentes de la cadena respiratoria se acopla al traslado de H+ desde la matriz mitocondrial hasta el espacio

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Universidad de Concepción Unidad 3: Enzimas y MetabolismoFacultad de Ciencias Biológicas Seminario II: Bioenergética intermembranoso. Esta distribución asimétrica de H+ provoca una diferencia de potencial electroquímico, la que es utilizada para impulsar el mecanismo responsable de la formación de ATP. Cada uno de los complejos I, III y IV de la cadena respiratoria actúa como una bomba de H+. La membrana interna es impermeable a los H+, los que se acumulan en su exterior creando la diferencia de potencial electroquímico. Ésta se usa para impulsar a la ATPsintasa (que está en la membrana) a formar ATP.

La formación de ATP ocurre por el acoplamiento de ADP y Pi en un lugar de unión compacta de la ATPsintetasa y luego, gracias a la energía que se disipa cuando los protones vuelven a la matriz para reestablecer el pH a través de la ATPsintetasa, se libera el ATP de ella.

INFORMACIÓN EXTRA...

El mecanismo denominado quimiosmosis o acoplamiento quimioosmótico se utiliza para generara ATP a partir de ADP y Pi. En la quimiosmósis, un gradiente de concentración de protones ( H+) y un potencial eléctrico (gradiente de voltaje) a través de la membrana denominado "fuerza protón-motriz", conduce un proceso que requiere energía como la síntesis de ATP.

La quimiosmosis puede tener lugar sólo en compartimientos limitados por memebranas que son impermeables a los H+. La fuerza protón motriz es generada por el movimiento gradual de los electrones de los estados altos de energía a los estados bajos de energía a través de transportadores de electrones unidos a la membrana. En la mitocondria, los electrones del NADH (producido mediante el metabolismo de azúcares, ácidos grasos y otras sustancias), son transferidos al O2, el principal aceptor de electrones. Este sistema contienen transportadores que acoplan el transporte de elctrones al bombeo d eprotones a través d ela membrana y generan, por tanto, la fuerza protón-motriz. Inevitablemente, la cara citosólica tiene un potencial eléctrico negativo relativo a la cara exoplásmica.

11. Analice algunos métodos experimentales empleados en el estudio del transporte de electrones y la fosforilación acoplada.

Experimento 1Consiste en extraer las mitocondrias de una célula, ejemplo: una célula del hígado. Para ello se

rompe la célula y se separan los componentes por centrifugación aprovechando que los organelos tienen diferentes tamaños. De esta forma es posible obtener mitocondrias intactas y funcionales. ¿cómo sabemos eso? Porque se puede observar su integridad y la aparición de ATP refleja su funcionalidad.

Este experimento consiste en introducir estas mitocondrias en un tubo o cubeta donde se agrega:-Un amortiguador de pH adecuado (pH: 7,4)-Se agrega Fosfato-Se agrega Oxígeno

Luego se introduce un electrodo y se cierra. El electrodo detecta las concentraciones de oxígeno, de manera que podemos seguir el proceso de respiración por el consumo de oxígeno. (los resultados obtenidos se colocan en una escala de tiempo)

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Al tener la mitocondria en estas condiciones uno esperaría ver alguna reacción pero no es así, todo lo contrario, no ocurre nada.

Entonces, se agrega un sustrato oxidable. Pero aun no ocurre nada.Luego se agrega ADP y ¡sorpresa! Rápidamente se consume el oxígeno. Finalmente la reacción

se detiene nuevamente.Este es un experimento muy simple y nos da una cantidad de información muy discreta.

¿Qué concluiríamos?Que la velocidad de la respiración es dependiente de la concentración de la enzima (creo que dijo

eso) y que ésta (la respiración) se detiene por falta de ADP, el cual se fosforiló. ¿Cómo?Se unió al fosfato libre aprovechando la energía liberada en la oxidación del sustrato con el consiguiente consumo de oxígeno ( el cual se reduce).Entonces :

“La velocidad de la respiración depende del ADP”

Con este experimento concluimos finalmente que la velocidad de respiración celular mitocondrial, es decir, el consumo de oxigeno a nivel mitocondrial, depende de la concentración de ADP, lo que es muy lógico, ya que la oxidación tiene por función aportar energía para llevar a cabo este proceso. Cuando este proceso no se esta realizando, ya sea porque los niveles de ADP son muy bajos o los niveles de ATP son muy altos, no es necesario que la oxidación del oxigeno continúe.

Experimento 2

El segundo experimento, que se realizo también para poder entender el fenómeno, consistió en el fraccionamiento de esta mitocondria. En el primer experimento se tomaba una mitocondria intacta, viva, la que se dejaba en un medio con ciertas características donde pudiera cumplir su función: consumir oxigeno y fosforilar el ADP. Ahora esta misma mitocondria se fracciona mediante detergentes, métodos físicos como el ultrasonido, con el objetivo de romper esta mitocondria, y al hacer eso se logra detectar algunas partículas de diferente tamaño y, por lo tanto, separarlas por centrifugación, así como por centrifugación separamos anteriormente la mitocondria, por su diferencia de tamaño con el resto de los componentes celulares, parte de esta mitocondria es fraccionada también y como tienen diferente tamaño se pueden separar por centrifugación. Al hacer esto se logra detectar 4 tipos de partículas, cada una de las cuales catalizan una reacción de oxido-reducción especifica.

- Complejo I: el primero de estos lo que hace es catalizar la reacción donde se oxida el NADH+ y eso se traduce en la reduccion de la coenzima Q. Esta compuesta, funcionalmente, por una deshidrogenasa, toma el hidrogeno y se lo pasa a un cofactor, en este caso el cofactor es el FMN, firmemente ligado a la deshidrogenasa; tiene tambien de estas proteinas que unen Fe, pero unidos simplemente a un azucar.

- Complejo II: El otro lo que hace es oxidar al succinato y lo transforma en fumarato (el succinato es un intermediario del ciclo de Krebs) y este también reduce a la coenzima Q, es decir su funcion es oxidar al succinato, reduciendo a la CoQ, donde el dador es el succinato y el aceptor es la CoQ. Esta también tiene una deshidrogenasa, es decir, una enzima que toma los hidrógenos de ese sustrato y se los pasa a un cofactor, el cual en este caso es el FMN o FAD, es un nucleotido de flavina, que también esta firmemente unido a la proteína; también tiene de las proteínas que tienen unido Fe a un azúcar.

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Universidad de Concepción Unidad 3: Enzimas y MetabolismoFacultad de Ciencias Biológicas Seminario II: Bioenergética - Complejo III: Lo que hace es oxidar a la

CoQ, y lo que hace es traspasar los electrones a un citocromo, específicamente el citocromo C, ya que hay distintos según los sustituyentes de los anillos y de la proteína, pero todos hacen exactamente lo mismo. Dentro esta formado tambien por citocromo, y por dos tipos de citocromo: b y c1, que también se diferencian por los sustituyentes en los anillos y las proteínas; también encontramos proteínas que contienen Fe unido a azúcar.

- Complejo IV: Por ultimo, fragmentos que lo que hacen es oxidar al citocromo C una vez que se ha reducido, lo que significa partir de Fe3+ hasta Fe2+, esa es la oxidacion para el citocromo C, el cual una vez se encuentra reducido, es oxidado por este ultimo elemento, que finalmente utiliza como aceptor el oxigeno. Es la única reacción de oxido-reduccion que implica la participacion del oxigeno. Contiene citocromos a y a3 y finalmente Cu.

Cada una de estas entidades recibe el nombre de complejo de la cadena transportadora de electrones. Los dos primeros complejos reducen a la CoQ. Esto permitio entender que la cadena transportadora de electrones, ya sea utilizando el NADH+, qe utilizaria la via del complejo I, corresponde a una secuencia de complejos multienzimaticos o multicataliticos ubicados en la membrana mitocondrial interna; y estos complejos se enlazan a través de la coenzima Q y el citocromo C que sirve de enlace entre estos complejos. De modo que e la membrana mitocondrial interna encontraremos estos complejos y estas moléculas moviéndose en el interior de la membrana, usando CoQ en el primer paso y citocromo C en el segundo paso.

Cuando se trata de un fenómeno secuencial, ya sea este transporte de electrones, o una via metabólica, una manera de conocer cual es el orden en que ocurre esta secuencia, es decir, cual es el precursor de quien, eso se hace básicamente mediante el uso de inhibidores, que son capaces de frenar el fenómeno a distintos niveles, y dependiendo del nivel en que actúen, utilizando varios de ellos, finalmente se puede saber cual es la secuencia de ellos.

Dentro de estos inhibidores, y, a propósito de ellos, vamos a mencionar algunos inhibidores del transporte de electrones, es decir, estos compuestos tratan de impedir que los electrones lleguen al oxigeno, o que los electrones de succinato lleguen al oxigeno: paran la respiración celular y la síntesis de ATP. Los distintos niveles de transportadores de electrones impiden o frenan el trasporte de electrones y el proceso de oxido-reduccion y, en consecuencia, no hay posibilidades de sintetizar ATP.

- Complejo I: hay un compuesto que es un barbiturico, que es el Amital, son medicamentos de función experimental para conocer el fenómeno.

- Complejo III: para este otro existe un complejo que es la Antimicina A, que es un antibiótico, que es el mas típico de todos.

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Universidad de Concepción Unidad 3: Enzimas y MetabolismoFacultad de Ciencias Biológicas Seminario II: Bioenergética - Complejo IV: los inhibidores son, por ejemplo, el cianuro, generalmente lo que explica parte de su

accion altamente toxica: primero porque difunde rápidamente, llega a la mitocondria y para la respiracion celular de forma absolutamente irreversible. Tambien esta el monoxido de carbono (CO)

- Complejo II: hay varios, pero el caso mas tipico y clasico de todos es el malonato.

Mediante el uso de estos compuestos es posibe conocer cual es la secuencia de eventos.

Experimento 3

El tercer experimento se baso en la observación de una microfotografia electronica de una mitocondria, donde al mirar a nivel de la membrana se ven unas estructuras que se proyectan, cuyo extremo es bastante esférico, lo cual se repetía a lo largo de toda la membrana; al verse estas estructuras a nivel de la membrana mitocondrial interna que se proyectan hacia la matriz, a alguien se le ocurrió cortarlas, para lo que hizo fue: tomar las mitocondrias y romperlas con procedimientos muy suaves, no tan dañinos ni invasivos, con lo que se obtuvo unas vesículas que tienen como base la membrana interna, y que al romperse se cierran, ustedes lo vieron en los contenidos del certamen anterior, ya que al cortar una membrana que es continua, esta luego tiende a formar una estructura muy esférica, cuyos extremos se juntan, porque son hidofóbicos y tienden a juntarse: en esta vesícula quedaron estas prolongaciones hacia fuera, y si se les analiza desde el punto de vista funcional, se observa que esta partícula transporta electrones: si uno le pone un sustrato (NADH+) lo oxida reduciendo el oxigeno y hace todo el proceso, y si le ponemos ADP acopla la oxidación de ese sustrato a la síntesis de ATP: hace las dos cosas, como una pequeña mitocondria. Obviamente si no hay ADP el proceso no anda. A partir de esto posteriormente se rompió estas versículas, mediante agitación mecánica, con lo que se logra tener la vesícula sin estas partículas, y las partículas aisladas, las que se pueden separar por su distinto tamaño por centrifugacion: al analizar ahora a la membrana, se observa que solo transportan electrones, si se le pone NADH+ lo oxida, solo oxida, pero obviamente no sintetiza ATP. Por otro lado, las partículas aisladas no son capaces de sintetizar ATP, sino totalmente lo contrario: si se le pone ATP, lo hidroliza. Si luego nuevamente juntamos estas dos estructuras, la membrana y las partículas, se vuelve a reconstituir la vesícula original, la que transporta electrones y sintetiza ATP.

Conclusion: el proceso de transporte de electrones se acopla a la sintesis de Atp n solo funcionalmente, sino tambien estructuralmente, son estructuras distintas que hacen una cosa y la otra; estas se acoplan para hacer que la energia que se libere haga que estas particulas que intrinsecamente, solas, estan hechas para hidrolizar ATP, cuando estan acopladas a la membrana, aprovechar la energia que se genera en el proceso para hacer exactamente lo contrario, sintetizar ATP. Es por eso que la sintesis requiere del transporte de electrones, porque es lo que le da la energia que necesita el proceso para llevarse a cabo. Lo que hicimos aquí es desacoplar los dos procesos de transporte de electrones con el de sintesis de ATP.

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En resumen, tenemos un proceso, donde hay consumo de oxigeno, cuya velocidad depende de los niveles de ADP. Su funcion es sintetizar Atp, lo que ocurre por la asociacion de complejos multienzimaticos ubicados en la membrana mitocondrial, y lo que hacen es secuencialmente es traspasar los electrones desde el NADH+ o el succinato o desde otro sustrato hacia el oxigeno para reducirlo y generando agua; finalmente que este proceso de transporte, en esta membrana, por eso complejos asociados por ciertos componentes moviles que enlazan un complejo y otro, esto se acopla a la sintesis de ATP, proporcionando la energia para que estas particulas hagan exactamente lo contrario de lo que harian si estuvieran solas.

12. Describa los efectos de moléculas que alteran la función mitocondrial.

Existen tanto desacoplantes como inhibidores de la cadena respiratoria:

INHIBIDORES

Rotenona: producto vegetal de Sudamérica que se utiliza como insecticida que bloquea el flujo de electrones desde el NADH a la coenzima Q en el CI , porque inhibe la transferencia desde el centro Fe-S a la Ubiquinoina (Q).Inhibe la oxidación del malato, que es dependiente del NAD+, no así la del succinato. El succinato entra en el segundo punto de entrada a la cadena, posterior al del NAD+.

Amital: fármaco barbitúrico que bloquea el flujo de electrones desde el NADH a la coenzima Q en el CI.(acción similar a la Rotenona)

Piericidina A: antibiótico. Bloquea el flujo desde el NADH al CoQ en el Complejo 1, al inhibir el flujo de electrones desde los centros sulfoférricos al CoQ.

Inhibición de trasnferencia de electrones.

Cianuro (CN-), azida (N3-) y monóxido de carbono (CO): Actúan sobre la citocromo oxidasa, CIV. Cianuro y azida reaccionan con la forma oxidada del citocromo objeto (bloquean la forma férrica (Fe+3) del hemo a3) y CO con la forma reducida (bloquea la forma Fe+2 del hemo a3).

Antimicina A: antibiótico de Streptomyces que bloque el flujo electrónico desde el citocromo bH (el cual está en la citocromo c oxidorreductasa) a CoQ en el CIII. Se une a Qn, cerca del hemo bH por el lado de la matriz.

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Universidad de Concepción Unidad 3: Enzimas y MetabolismoFacultad de Ciencias Biológicas Seminario II: Bioenergética Inhibe la reoxidación del NADH y del FADH2.

Mioxitiazol: previene el flujo de electrones desde CoQH2 a la proteína Rieske en el CIII. Se une al sitio Qp, cerca del centro Rieske y del hemo bL al lado intermembranar de la membrana.( la proteína Rieske es la Fe-S)

DCMU: compite con QB en el sitio de unión en PS.

Inhibición de ATP sintasa.

Oligomicina A y Diciclohexil carbodiimida (DCCD): impiden la entrada de H+ a nivel de la ATPsintasa. La DCCD actúa como un corcho que impide el paso de p+ a través de los canales Fo. La oligomicina, un antibiótico producido por Streptomyces, inhibe a la ATPasa al unirse a la subunidad Fo

e interferir en el transporte de H+ a través de Fo, inhibe por lo tanto la síntesis de ATP.

Amoretina: inhibe F1.

Inhibicón dle intercambio ATP -ADP.

Atractilosito: inhibe la atenina nucleófilo translocasa.

DESACOPLANTES.

Donadores y aceptores de electrones artificiales son compuesto que pueden ceder o captar electrones de la cadena respiratoria en reacciones espontáneas no enzimáticas.

Desacoplamiento del fósforo y trannsporte activo.

Dinitrofenol (DNP) y carbonilcianida-p-trifluorometoxifenilhidrazona (FCCP): desacoplante químico que no afecta a la estructura mitocondrial. Son ácidos débiles con propiedades hidrofóbicas, lo que les permite difundir a través de las membranas mitocondriales. Después de entrar en la matriz mitocondrial en forma protonada, pueden liberar el protón, disipando de esta forma el gradiente de protones formado por la cadena respiratoria.En presencia de estas moléculas el transporte de electrones se realza de manera normal, se consume NADH, FADH2 y O2 pero no se produce ATP, puesto que lod desacopladotes disipan la fuerza protón motriz. La energía se libera en forma de calor.

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Ionóforos: Compuestos como la valomicina (ionóforo de K+) permiten a los iones inorgánicos atravesar la membrana. estos ionoforos desacoplan la cadena de transferencia de electrones de la fosforilación oxidativa disipando la contribución electrica al gradiente electroquímico a través de la membrana mitocondrial.Los agentes desacoplantes son todos sintéticos, sin embargo en el mitocondria del tejido adiposo pardo una proteína desacopladora (termogenina) participa en el delicado control de la termogénesis.

Termogenina: se fija en la membrana interna de la mitocondria y forma un canal, permitiendo el paso de protones a través de ella, disipando en gradiente. Así, toda la energía que se disponía para la formación de ATP, al pasar por este transportador, se libera en forma de calor.

13. Investigue acerca de procesos que involucren un aporte energético de ATP.

Contracción muscular, donde hay presentes ATPasa Na/K. La unión e hidrólisis de ATO produce la liberación de actina.miosina. Lahidrólisis del ATP produce entonces una cambio de conformación que "carga" la cabeza de la miosina.

Formación de lisosomas, están presentes bombas de H+ ATP dependientes, necesarias para disminuir el pH, necesario para que en estos se lleve a cabo a degradación de sustancias.

Transporte de organelos y vesiculas por medio de microtúbulos y proteínas motoras , lo cual es dependiente de ATP.

Replicación del ADN, actúa en la separación de la doble cadena de ADN donde la enzima que lo cataliza, la helicasa, requiere de ATP.

Absorción de glucosa a nivel intestinal, ya que una bomba Na/K permite mantener la gradiente electroquímica de Na que favorece la entrada de glucosa a la célula epitelial a través de un simportador Na/glucosa, para luego llegar a la sangre.

Propagación del impulso nervioso, depende de la bomba sodio / potasio que a su vez depende de ATP.

Respuesta hormonal, en los casos que utiliza 2º mensajeros, que requieren de ATP para su accionar.

Glucólisis, reacción de 10 pasos que convierte una molécula de glucosa en 2 de piruvato, generando 4 ATP, pero gastando 2 ATP.

Reacción oscura de la fotosíntesis: fase de la fotosíntesis en la que ATP y NADPH son necesariosReplicacion del ADN

14. Compare la función mitocondrial de las células del hígado y del tejido graso pardo.

El hígado regula los niveles sanguíneos de la mayoría de los compuestos químicos, y excreta simultáneamente bilis (ayuda a eliminar desechos del hígado y, al liberarse en la 2ª porción del duodeno, a emulsionar las grasas). Las mitocondrias hepática dirigen su función a la síntesis de ATP para los disrintos procesos y funciones que cumple.

El tejido de la grasa parda, cuyo color se debe a la abundancia de mitocondrias, está especializado en la generación de calor. La membrana interna de las mitocondrias de la grasa parda contiene termogenina (proteína que funciona como desacoplante natural de la fosforilación oxidativa). Al igual que los desacoplantes sintéticos, la termogenina disipa la fuerza protón-motriz a través de la membrana mitocondrial interna y convierte la energía liberada por NADH en calor. La termogenina es un transportador de protones, no un canal de protones y transporta protones a través de la membrana a una velocidad que un millón de veces más lenta que los canales iónicos

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típicos.Los seres humanos adultos poseen poca grasa parda, pero los niños tienen gran cantidad. En los

recién nacidos, la termogénesis en las mitocondrias de la grasa parda es vital para la supervivencia, al igual que lo es en mamíferos en hibernación.

15. Investigue acerca de algunas situaciones patológicas resultantes de alteraciones en la función mitocondrial.

Varias mutaciones de la NADH-Q reductasa (encargadas del bombeo de 4 protones desde el lado de la matriz al lada citosolico de la membrana interna mitocondrial) provocan la neuropatía óptica hereditaria de leber, una forma de ceguera por vía materna que a menudo aparece en la madurez. Algunas de estas mutaciones impiden la utilización del NADH, mientras que otras bloquean la transferencia de electrones al coenzima Q. Las subunidades de la reductasa que se ven afectadas son las que están codificadas por DNA mitocondrial, de ahí que el tipo de herencia sea materna y no mendeliano. Un ovario humano alberga varios cientos de de miles de moléculas de DNA mitocondrial, mientras que un espermatozoides solo aporta unos pocos cientos (no podíamos hacer todo ...cierto?) y por lo tanto tiene poco efecto sobre el genotipo. Los órganos dependen en gran medida de la fosforilación oxidativa, como el sistema nervioso o el corazón, son los más vulnerables ante las mutaciones que afectan al DNA mitocondrial. La acumulación de mutaciones mitocondriales a lo largo de unas décadas puede contribuir al envejecimiento y a enfermedades degenerativas.

Otras enfermedades descubiertas son:

Enfermedad de Alpers: -Nombre del complejo: Poliodistrofia Infantil Progresiva-Síntomas: convulsiones, demencia, espaticidad, ceguera, disfunción del hígado, degeneración cerebral, etc.

Deficiencia del complejo III -Nombre del complejo: Deficiencia ubiquinona-citocroma o óxidoreductasa.

-Síntomas: Encefalomiopatia, demencia, ataxia, neuropatía sensorial Miopatia, Cardiomiopatia, etc.

Deficiencia del complejo I -Nombre del complejo: Deficiencia de NADH dehidrogenasa.- Síntomas: Enfermedad Cardiaca, ácidos láctico congénito, Miopatia, Encefalomiopatia, oftalmoplegia, puede producir el Síndrome de Leigh, etc.

CPEO -Nombre del complejo: Síndrome de Oftalmoplegía Externa Crónica Progresiva- Síntomas: Miopatia visual, retinitis pigmentosa, disfunción del sistema nervioso central, etc.

16.Un vegetariano podría ingerir sólo productos de origen vegetal sin tener un déficit de alfa aminoácidos esenciales.

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sem ii bioenergética

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