Tema 2. (0,5 h) Resueltos en aula con los del tema 3, día 15/03/2012. (2.1) En la célula viva se producen continuamente reacciones de oxido-reducción que implican a los pares redox NAD+/NADH y FMN/FMNH2, por ejemplo, en la cadena respiratoria mitocondrial. (a) ¿Cuál de estos dos pares actúa como oxidante y cuál como reductor?.

Calcular el valor de ∆G0 de la reacción de acoplamiento de estos dos pares redox a 37 0C. (b) Calcular la constante de equilibrio de la reacción de oxidorreducción que se produce por acoplamiento de estos dos pares redox a 37 ºC. Datos: Constante de Faraday = 23,06 kcal·V-1·mol-1; R = 1,99 cal·ºK-1·mol-1; E0 (NAD+/NADH) = - 0,32 V; E0 (FMN/FMNH2) = - 0,219 V. Resolución:

(a) Para que una reacción redox sea espontánea: ∆G < 0 y ∆∆∆∆G = - n·F· ∆∆∆∆E0 ⇒⇒⇒⇒

∆∆∆∆E0 > 0.

Para la reacción redox: FMN + NADH + H+ � FMNH2 + NAD+

∆∆∆∆E0 = ∆∆∆∆E0FMN/FMNH2 - ∆∆∆∆E0

NAD+/NADH = 0,22 – (-0,32) = 0,1 V. Por tanto, FMN oxida a NADH y FMN será el oxidante y NADH el reductor. (b) Si combinamos las dos ecuaciones siguientes:

∆∆∆∆G = - n·F· ∆∆∆∆E0

∆∆∆∆G = - R·T· ln Keq

Obtenemos que: ln Keq = (n·F/R·T)· ∆∆∆∆E0

Sustituyendo valores en esta ecuación: ln Keq = 7,48 ⇒⇒⇒⇒ Keq = 1772,2 M-1 (a pH 7, el valor de referencia para los valores de E0). (2.2) Una ATPasa de la membrana plasmática de levaduras transporta H+ de manera electroneutral (es decir, sin producir cambio significativo en el potencial de membrana) desde el citoplasma (a pH 7) al espacio extracelular (a pH 4,5), a expensas de la energía que obtiene a partir de la hidrólisis de ATP.

(a) ¿Cuál es el cambio de energía libre de Gibbs (∆G) por mol de H+ transportado a 25 0C?.

(b) Sabiendo que el valor de ∆G de hidrólisis de ATP es de –7,3 kcal/mol y que la eficiencia del acoplamiento energético entre hidrólisis de ATP y transporte de H+ es del 60%, ¿cuántos moles de H+ se transportan por mol de ATP hidrolizado?. Dato: R = 1,99 cal·mol-1·ºK-1 Resolución:

Para este proceso de transporte el cambio de energía libre (∆G) es:

∆∆∆∆G = RT· ln [H+]extracel – RT· ln [H+]citosol = RT· ln (10-4,5/10-7) = = 1,99·298· ln 102,5 = 1,99·298·2,5· ln 10 = 3414,3 cal/mol H+

∆∆∆∆G = 3,414 kcal/mol H+ Puesto que sólo el 60% de la energía de hidrólisis del ATP se utiliza para impulsar el transporte de H+, se utilizan 0,6·7,3 = 4,38 kcal/mol de ATP hidrol.

Por tanto, los moles de H+ que se transportan por mol de ATP hidrolizado serán: 1 mol de H+ ---------------- 3,414 kcal X moles de H+ ------------- 4,38 kcal → X = 1,28 moles de H+/mol de ATP (2.3) Miguel Pérez ha producido una mutación puntual en un cultivo de fibroblastos humanos al manipular un compuesto citotóxico en el laboratorio de bioquímica del Centro de Investigaciones sobre el Medio Ambiente de Mérida. Observa que los fibroblastos mutados mueren rápidamente. Tras realizar estudios bioquímicos de la función mitocondrial obtiene los siguientes resultados para el potencial de semirreducción del par citocromo oxidasa (oxidada)/citocromo oxidasa (reducida): Fibroblastos normales ……………E0 = 0,385 V Fibroblastos mutados …………….E0 = 0,20 V A) ¿La citocromo oxidasa mutada será capaz de producir la oxidación del

citocromo c? B) ¿El O2 será capaz de producir la oxidación de la citocromo oxidasa mutada? C) ¿Podría explicar esta mutación la muerte de los fibroblastos? Datos: E0 [citocromo c(oxidado)/citocromo c(reducido)] = 0,254 V E0 [½ O2/H2O] = 0,816 V Resolución:

A) La cuestión es si la ecuación química siguiente es espontánea o no:

(cit. c)red + (cit. oxidasa)oxid → (cit. c)oxid + (cit. oxidasa)red [cit. = citocromo] Para que una reacción química sea espontánea la condición necesaria y

suficiente es que: ∆G < 0. Por tanto, ∆∆∆∆G = - n · F · ∆∆∆∆E0 ⇒⇒⇒⇒ ∆∆∆∆E0 > 0.

Para este caso: ∆E0 = E0 (cit. oxidasa) – E0 (cit. c) = 0,20 – 0,254 = - 0,054 V. Respuesta: la citocromo oxidasa mutada NO oxida a citocromo c. B) La cuestión es si la ecuación química siguiente es espontánea o no:

(cit. oxidasa)red + ½ O2 + 2 H+ → (cit. oxidasa)oxid + H2O

Para este caso: ∆E0 = E0 (O2) – E0 (cit. oxidasa) = 0,816 – 0,20 = 0,616 V. Respuesta: el oxígeno SI oxida a la citocromo oxidasa mutada.

C) SI, porque se bloquea la respiración mitocondrial en la etapa: cit. c → (e-) → cit. oxidasa y ninguna célula aerobia sobrevive al bloqueo de la respiración mitocondrial.