bioenergetica y fosforilacion oxidativa

La bioenergética describe la transferencia

y la utilización de energía en los sistemas

biológicos.

Se utiliza unas cuantas ideas básicas del

campo de la termodinámica, en particular el

concepto de la energía libre.

La bioenergética tiene que ver con los

estados energéticos inicial y final,

componentes de una reacción, y no con el

mecanismo o el tiempo necesario para que

ocurra el cambio químico. La bioenergética

predice si es posible un proceso, en tanto

que la cinética mide la rapidez con que

ocurre la reacción.

Energía LibreLa dirección y la extensión a las que procede una reacción química

depende del grado al que cambian dos factores

durante esa reacción.Son: f) Entalpía: es una medición del cambio en el contenido de

calor de los reactivos y los productosb) Entropía es una medición del cambio de la reacción al azar

entre los reactivos y los productos.

Cambio de energía libre:

Produce en dos formas, delta G y delta G°.

Delta G, es la mas general porque

predice el cambio de la energía libre

y, por este motivo, la dirección de

una reacción a cualquier concentración

especifica de productos y reactivos.

La energía libre estándar, delta G°, es el

cambio de energía que ocurre cuando

reactivos y productos se encuentran en una

concentración de 1 mol/L.

El signo de G predice la dirección de una reacción

El cambio de la energía libre, delta G ( G),

se puede emplear para predecir la dirección

de una reacción a temperatura y presión

constantes. Considérese la reacción:

A B

1. Delta G negativo

Si delta G es un numero negativo habrá

perdida neta de energía y la reacción

no ira espontánea. A se convierte en B.

Esta es una reacción exergonica.

2. Delta G positiva

Si delta G es un numero positivo habrá

ganancia neta de energía y la reacción

no ira espontáneamente desde B hacia A.

Esta es una reacción endergonica.

3. Delta G tiene valor cero

Si delta G = 0 , los reactivos estarán en

equilibrio.

Delta G de las reacciones hacia adelante y hacia atrás

La energía libre de la reacción hacia

adelante (AB) es igual en magnitud, pero de signo opuesto a la reacción hacia (BA).

Delta G depende de la concentración de reactivos y productos

Delta G de la reacción A B depende de la concentración del reactivo y el producto.

Delta G° es el cambio estándar de energía

libre, R es la constante de los gases

(1.987 cal/mol-grado), T es la temperatura

absoluta (°K). [A] y [B] son la

concentraciones reales de reactivos y

producto. In representa al logaritmo natural.

La reacción en la que la concentración del reactivo, glucosa 6-fosfato, es mayor en comparación con la concentración del producto, factura 6-fosfato es grande y negativa, lo que hace que delta Gº sea negativa a pesar de que delta Gº es positiva.

Cambio de energía libre estándar, delta Gº Delta Gº se denomina

cambio de energía libre estándar porque es igual al cambio de energía libre, delta G, bajo condiciones estándar; esto es cuando los reactivos y los productos se conservan a la concentración de 1 mol/L.

Delta Gº tiene valor de predicción solo bajo condiciones estándar

Bajo condiciones estándar delta Gº puede emplearse para predecir la dirección en que procederá una reacción porque, en esta situación delta Gº es = delta G, delta Gº no puede predecir la dirección que seguirá la reacción bajo condiciones fisiológicas porque esta compuesta solo por constantes (R, T y Keq) no se altera con los cambios de la concentraciones del producto o sustrato.

Relaciones entre delta Gº y K eq

En una reacción A B, se llega a un punto de equilibrio en el que ocurre ningun cambio quimico, esto es cuando A se convierte B co igual rapidez como la que ocurrre cuando B se convierte en A. En este estado la razon [B] con respecto [A] es constante independientemente de las concetraciones reales de los dos compuestos

Los cambios de energía libre estándar( G°)

son adquiridos en cualquier secuencia de

reacciones consecutivas, como lo son los

cambios de energía libre ( G).

Por ejemplo:Glucosa+ATP glucosa6-fosfato+ATP G° =4000cal/mol

Glucosa6-fosfatofructosa6-fosfato G°=+400cal/mol

Glucosa + ATPfructosa6-fosfato+ADP G°=-3600cal/mol

3. Los valores delta G° de dos reacciones consecutivas son aditivos

4. Los delta G de una vía son aditivos:

Es muy importante en la vías bioquímicas

por las que los sustratos deben pasar en una

dirección particular (por ejemplo, ABCD..).

La suma de los deltas G de las reacciones

individuales sean negativos, la vía pude proceder

potencialmente como esta escrita incluso si

algunas reacciones componentes individuales de

esta tengan un delata G positivo.

ATP COMO TRANSPORTADOR DE ENERGIA

Un engrane que tiene

una pesa montada gira

en la dirección que

logra el estado mas

bajo de energía; en este

caso la pesa busca si

posición mas bajo.

El movimiento inverso

no se ve favorecido

desde el punto de vista

energético y no se produce

de manera favorecido

desde el punto de vista

energético y no se produce

de manera espontánea.

Puede emplearse el movimiento favorecido desde el punto de vista energético de un engrane para hacer girar a un segundo engrane en una dirección en la que no se movería de manera espontánea.

A. Las reacciones se acoplan mediante intermediarios en común

Dos reacciones químicas tiene un

intermediario en común cuando se producen

de manera sucesiva de modo que el

producto de la primera es un sustrato para

la segunda.

B. Energía transportada por el ATPEl ATP se constituye por

una molécula de

adenosina (adenina + ribosa) a la que se

unen tres grupos fosfatos. Se quita uno de

los fosfatos, el resultado será monofosfato

de adenosina (AMP).

CADENA DE TRANSPORTE DE ELECTRONESLas moléculas ricas en

energía, como glucosa, se

metabolizan por medio de una serie de

reacciones de oxidación que producen en ultima

instancia CO2 y agua.

Los intermediarios metabólicos de esta reacciones donde electrones a coenzimas especificas, como dinucleótido de nicotinamida y adenina (NAD+) y dinucleótido de adenina y flavina (FAD) para formar la coenzimas reducidas ricas en energía NADH y FADH2.

A. Mitocondria

La cadena de transporte de electrones se

encuentra en la membrana mitocondrial

interior, y es la vía final común por laque

fluyen los electrones derivados desde los

diferentes combustibles del cuerpo hacia el

oxigeno.

1. Estructura de la mitocondria

La membrana exterior contiene poros especiales que la vuelven libremente permeable ala mayor parte de los iones y las moléculas pequeñas, la membrana interior de la mitocondria es una estructura especializada impermeable a la mayor parte de los iones pequeños, como H+, Na+, y K+, moléculas pequeñas como ATP, ADP, piruvato y otros metabolitos importantes para la función de la mitocondria.

2. Complejas de sintasa de ATP

Estos complejos de proteínas se denominan

partículas membranosa interiores, y se

adhieren a la superficie interior de la

membrana mitocondrial interior.

3. Matriz de la mitocondria

La parte interior de la mitocondria esta constituida en 50% por proteínas. Estas moléculas son las enzimas encargadas de la oxidación del piruvato, aso como de aminoácidos, ácidos grasos y las que participan en el ciclo del acido tricarboxilico (TCA).Esta matriz contiene NAD+ y FAD y ADP y F¡, que emplean para producir ATP.

Organización de la cadenaLa membrana mitocondrial interior se puede desintegrar en cinco

complejos enzimáticos separados, designados con los números romano I a V. Cada complejo acepta o dona electrones a transportadores de estos relativamente móviles, como coenzima Q y citocromo c. Cada transportador de esta cadena puede recibir electrones de un donador de estos y donarlos de manera subsecuente al siguiente transportador en la cadena.

C. Reacciones de la cadena de transporte de electrones

Con excepción de la coenzima Q, todos los miembros de esta cadena son proteínas. Pueden funcionar como enzimas, como sucede en el caso de las deshidrogenasas, pueden contener hierro como parte de una centro de hierro y azufre, coordinarse por un anillo de porfirina, como sucede en el caso de los citocromos, o contener cobre, como el complejo de citocromo a + a3.

1. Formación de NADH

El NAD+ se reduce hasta NADH por acción

de las deshidrogenasas que quitan dos

átomos de hidrogeno a sus sustrato. Se

transfieren ambos electrones pero solo un

patrón al NAD+, como lo que se forman

NADH y un protón libre H9+.

2.Deshidrogenasa del NADH

Este complejo tiene una molécula firmemente unida de mononucleótido de flavina (FMN), coenzima relacionada desde el punto de vista estructura con el FAD que acepta los dos átomos de hidrogeno con lo que se convierte en FMNH2.

Coenzima Q

Es un derivado de la quinona con una cola isoprenoidea larga. Se llama también ubiquinona porque se ubica en los sistemas biológicos.

son citocromos los miembros restantes de la cadena de trasporte de electrones.cada uno tiene un grupo hem.

Citocromos

Citocromo a + a3

este complejo del citocromo es el único transportador de electrones en el que el hierro del hem tiene un ligando libre que puede reaccionar directamente con oxigeno molecular.

Inhibidores específicos de sitiose han identificado los inhibidores

específicos se sitio de trasporte de electrones.

Descarga de energía libre durante el transporte de electrones:Se descarga energía libre

conforme se transfieren electrones a lo largo de la cadena de trasporte de estos por un donador (agente reductor) a un aceptador (agente oxidante).

Pares redox

la oxidación (perdida de electrones) de un compuesto se acompaña siempre de reducción (ganancia de electrones) de una segunda sustancia.

Potencial de reducción estándar Eo

Los potenciales de reducción estándar de diversos pares redox se pueden colocar en lista ordenada desde el Eo mas negativo hasta el mas positivo.

FOSFORILACION OXIDATIVA

La transferencia de electrones por debajo de la cadena de trasportadores de estos se favorece desde el punto de vista energético porque el NADH es un donador potente de electrones y el oxigeno molecular es un receptor ávido de estos.

Hipótesis quimioosmótica

Explica la manera en que la energía libre que se genera por la actividad de la cadena de trasporte de electrones se emplea para producir ATP a partir de la reacción ADP+F.

Bomba de protones

El transporte de electrones esta acoplado con la fosforilación del ADP por el trasporte de protones (H+) a través de la membrana mitocondrial interior desde la matriz hacia el espacio intermembranoso.

Sintasa del ATP: sintetiza como su nombre lo indica ATP, valiéndose de la energía del grandiente de protones que se genera por la cadena de transporte de electrones.

Oligomicina: este fármaco se fija al tallo de la sintasa de ATP, con lo que cierra el canal de H+ y proviene del reingreso de protones en la matriz motocondrial.

Proteínas desacopladoras (UCP)

En la membrana mitocondrial interior de los mamíferos, con inclusión desde luego del ser humano.

Transporte de ATP y ADPLa membrana mitocondrial inferior

necesita trasportadores especializados de ADP y F desde el citosol.( en el que se emplea ATP y se convierte en ADP en muchas reacciones que necesitan energía)

Trasporte de equivalentes reductores

La membrana mitocondrial interior carece de proteína trasportadora de NADH y el NADH que se produce en el citosol no puede penetrar directamente en la mitocondria.

Defectos hereditarios de la fosforilación oxidativaUnos 13 de los cerca de

100 polipéptidos que se requieren para la fosforilación oxidativa son calificados por el DNA mitocondrial.las mutaciones del mtDNA son los causantes de diversas enfermedades entre ellas ciertos casos de miopatias mitocondriales.