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PROPEDÉUTICO DE ODONTOLOGÍA
BIOQUÍMICA BÁSICA
Dagmar Stojanovic de Malpica Ph D Escuela de Biología, Facultad de Ciencias, U.C.V.
2012
UNIDAD V. PANORÁMICA DEL METABOLISMO CENTRAL
PROPEDÉUTICO DE ODONTOLOGÍA, UCV
D. Stojanovic de Malpica, Ph D
CONCEPTOS BÁSICOS
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Metabolismo
§ Los seres vivos son máquinas químicas § Obtienen sus componentes y energía mediante
reacciones químicas § Al conjunto de reacciones químicas en un ser
vivo se denomina metabolismo § La inmensa mayoría de las reacciones químicas
se producen en el interior de la célula § Por ello es imprescindible conocer el
metabolismo celular para comprender el metabolismo general de un individuo
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Mapa metabólico en una célula
La célula tiene un intricado mapa de reacciones químicas, no obstante existen rutas comunes con un mismo destino e interconectadas con otros destinos
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Catabolismo
§ Reacciones químicas conducentes a la degradac ión de nutr ientes orgán icos (carbohidratos, aminoácidos y grasas, ricos en energía libre) en productos sencillos (CO2, H20 y NH3)
§ Son exergónicas § Parte de la energía liberada se utiliza para: Sintetizar ATP, NADH + H+, NADPH + H+ , y
FADH2
Mantener la direccionalidad de las reacciones
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Anabolismo § Reacciones químicas conducentes a la síntesis
de macromoléculas (polisacáridos, proteínas, ácidos nucleicos) a partir de moléculas precursoras sencil las (monosacáridos, aminoácidos, nucleótidos )
§ Son endergónicas § Requieren del suministro de energía como
ATP y NADPH + H+
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Nutrientes que contienen energía libre: Carbohidratos
Grasas Proteínas
Catabolismo
Productos finales carentes de
Energía: CO2 H2O NH3
Energía química
Proteínas Polisacáridos Ácidos Nucleicos Lípidos
Moléculas Precursoras:
Aminoácidos Azúcares
Bases Nitrogenadas
Anabolismo
El ATP vincula el catabolismo con el anabolismo
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Enzima 1 Enzima 2 Enzima 3 Enzima 4 Enzima 5
Rutas metabólicas y metabolitos
§ Serie de reacciones químicas consecutivas que transforman unas moléculas en otras conducentes a un producto final
§ Cada reacción consecutiva es catalizada por una enzima diferente
§ El producto de la acción de una enzima es el sustrato para la acción de la siguiente enzima
§ Las rutas metabólicas pueden ser catabólicas o anabólicas § Intermediarios metabólicos (metabolitos): los productos B, C, D
y E son metabolitos
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Catabolismo convergente:
Anabolismo divergente:
Ruta cíclica
Las rutas catabólicas son convergentes Las rutas anabólicas son divergentes
Intermediario común
Ciclo del ácido cítrico (ciclo de Krebs)
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Metabolito anfibólico § Pueden ser utilizados tanto para la síntesis
(anabolismo) como para la degradación (catabolismo) § Por ejemplo, el acetato es consumido en la ruta cíclica
del ácido cítrico, y sirve como precursor en la síntesis de lípidos
§ Varios de los intermediarios del ciclo del ácido cítrico (Ciclo de Krebs) también cumplen una función dual, participan tanto en reacciones catabólicas como en reacciones anabólicas
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Homeostasis y la regulación del metabolismo
§ Los organismos vivos no se encuentran en equilibrio con el ambiente
§ No obstante, se encuentran en estado estacionario, dinámico porque mantienen una concentración constante de sus componentes, a expensas del intercambio de nutrientes y energía con el ambiente, y eliminación de productos de desecho
§ Cuando el estado estacionario se perturba por algún cambio circunstancial interno o en el ambiente, el flujo de metabolitos a través de las rutas metabólicas se altera (cambio de velocidad) y dispara mecanismos regulatorios, intrínsecos a cada ruta, con el efecto neto de regresar el organismo a su estado estacionario (homeostasis)
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Reacción limitada por la actividad de la enzima
Reacción limitada por el sustrato
La regulación del flujo de una ruta metabólica se establece en los pasos en el cuales las reacciones están limitadas por la actividad de la enzima (enzimas regulatorias o alostéricas P.e. la reacciones B →C; E →F, H →I, la concentración del sustrato no está en equilibrio con el producto porque la reacción es demasiado lenta (limitada por la actividad de la enzima), por lo que el sustrato se acumula (B, E, H); son mayoritariamente exergónicas e irreversibles; la única manera de aumentar la velocidad de flujo es aumentando la actividad de la enzima (regulación alostérica) que puede ser intrínseca a la ruta o estar bajo el control por hormonas
Las reacciones restantes (A→B, C→D y D→E, F→G→H) están limitadas por el sustrato; son catalizadas por enzimas no regulatorias muy activas (flechas azules) tan pronto reciben el sustrato lo conv ierten en producto; la concentración del sustrato y del producto son próximas a las que existen en el equilibrio (reversibles)
Toda ruta metabólica posee por lo menos una reacción limitante de flujo que determina el flujo de la vía y que, de a cuerdo a él, se adecúan las velocidades de las otras reacciones de la ruta
Regulación del flujo de una ruta metabólica
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CATABOLISMO
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RESPIRACIÓN CELULAR
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La respiración celular § Se refiere a los procesos catabólicos que
ocurren dentro de la célula, que convierten la energía química de los nutrientes orgánicos en otra forma de energía química, conocida como ATP
§ El ATP es la moneda energética requerida por la célula para realizar trabajo celular
§ Puede ocurrir en presencia de oxígeno (respirac ión aeróbica) o en ausencia (respiración anaeróbica)
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Respiración aeróbica
§ La mayoría de las células procariotas, y eucariotas realizan la respiración aeróbica
§ Es una forma de respiración celular que requiere oxigeno molecular (O2)
§ Es un proceso redox exergónico en el que los nutrientes orgánicos se oxidan en presencia de O2, a CO2 y H20 y la energía liberada se utiliza para la síntesis de ATP
§ La mayoría de las células emplea la respiración celular aeróbica para obtener energía a partir de la glucosa
§ La glucosa entra a la célu la a través de transportadores específicos localizados en la membrana plasmática
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Glucosa (C6H1206) + 6 O2 →6 CO2 +6H20 +Energía (38 ATP)
ΔG´o = -2840 kJ/mol = el 40% de la energía es
aprovechada por las células para sintetizar 38 ATP
§ El CO2 se produce por la eliminación de átomos de hidrógeno de la glucosa § El agua se forma cuando el oxigeno acepta los átomos de hidrógeno § Dado que la transferencia de átomos de hidrógeno es equivalente a la transferencia de electrones, se trata de una reacción redox donde la glucosa se oxida y el oxígeno se reduce
Oxidación
Reducción
Reacción global de la respiración aeróbica PROPEDÉUTICO DE ODONTOLOGÍA, UCV
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En las células la oxidación de la glucosa no es una combustión simple
§ Esta reacción en la células no ocurre en un solo paso porque de ser así la energía se liberaría solo como calor, el cual no puede ser aprovechado por la célula
§ La respiración aeróbica se efectúa a través de una serie de reacciones redox consecutivas en las cuales los átomos de hidrógeno de la glucosa son transferidos al oxígeno (vía coenzimas reducidas, NADH + H+ y FADH2 ) en una serie de pasos
§ Durante estos pasos la energía se libera en pequeñas
fracciones que es utilizada para la síntesis de ATP a partir de ADP + Pi; este proceso está bajo el control de enzimas específicas
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Cadena respiratoria
El catabolismo de la glucosa
Fosforilación oxidativa
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¿En cuál (es) lugar (es) de la célula ocurre la respiración aeróbica
§ Procariotas: en el citoplasma y la membrana plasmática
§ Eucariotas: en el citoplasma y la mitocondria
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Distintos estructuras de la mitocondria participan en la respiración aeróbica
Cresta ADN
Matriz mitocondrial Ribosomas
Membrana externa
Membrana interna mitocondrial
Espacio intermembrana
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Fosforilación oxidativa Cadena respiratoria
El catabolismo de la glucosa PROPEDÉUTICO DE ODONTOLOGÍA, UCV D. Stojanovic de Malpica, Ph D
Las cuatro fases consecutivas de la respiración aeróbica
Fase Ubicación Condición I. Glucosa → Piruvato (Glicolisis)
Citoplasma
Anaeróbica
II. Piruvato→ AcetilCoA
Matriz
Mitocondrial
Anaeróbica
III. Oxidación del AcetilCoA por las enzimas del Ciclo del ácido cítrico
Matriz
Mitocondrial
Anaeróbica
IV. Transporte de electrones (NADH + H+
y FADH2) al oxígeno por la cadena respiratoria acoplado a la síntesis de ATP, a partir de ADP + Pi por la ATP sintasa (fosforilación oxidativa)
Membrana interna
mitocondrial
Aeróbica
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FASE 1: LA GLICOLÍSIS
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La glicólisis es una ruta catabólica que consiste de diez reacciones consecutivas
Estas reacciones se pueden dividir en dos fases: § Fase I: preparatoria o de inversión de energía (las reacciones desde la 1 al 5)
§ Fase II: ganancia de energía (las reacciones desde la 6 a la 10)
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Fase 1: inversión de ATP para la escisión de la glucosa en dos aldotriosa-fosfato
Glucosa (6C)
2 ATP (3C)
(3C)
2 Gliceraldehído 3-P (G3P) + 2 ADP
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1: Fosforilación
2: Isomerización
3: Fosforilación
4: Clivaje aldol
5: Isomerización
Reacciones de la Fase I de la glicólisis: inversión de ATP y clivaje de la glucosa
6C
3C 3C
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Fase II. Ganancia de energía Conversión del G3P en piruvato
2 G3P 2 Piruvato 4 ATP 2 NADH + 2H+
4 ADP +4Pi
2 NAD+
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Reacciones de la Fase II de la glicólisis
2 X
6
7
8
9
10
Reacción 6: oxidación- deshidrogenación del G3P Reacción 7: fosforilación a nivel de l sustrato Reacción 8: isomerización Reacción 9:deshidratación
Reacción 10: fosforilación a nivel del sustrato
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Reacción 6: oxidación-deshidrogenación del G3P
El grupo aldehído es deshidrogenado a un grupo carboxilo que contiene en enlace anhidrido a un grupo fosfato (acil-fosfato)
El 1,3 bifosfoglicerato, es un compuesto fosfato de alta energía (∆G´o hidrólisis del grupo acil fosfato = - 49 kJoules/mol)
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Fosforilación a nivel sustrato (reacción 7)
§ La formación de ATP por transferencia de un grupo fosforil al ADP a partir de un sustrato, el 1,3 bifosfoglicerato se conoce como fosforilación a nivel del sustrato
§ Fosforilación es sinónimo de síntesis de ATP a partir de ADP +Pi; es endergónica ( ∆G´o = +30 kJoules/mol)
§ Las fosforilaciones a nivel del sustrato requieren de enzimas solubles y de intermediarios químicos (metabolitos) (En este caso el 1,3BPG)
(1,3 BPG)
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Fosforilación a nivel sustrato (reacción 10)
§ En este paso ocurre la segunda reacción de fosforilación a nivel del sustrato
§ La energía para sintetizar el ATP proviene de la hidrólisis del grupo fosfato unido al C2 del fosfoenolpiruvato (∆G´o = - 62 kJoules/mol), un compuesto fosfato de alta energía
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Sumatoria de las reacciones de la glicólisis Paso de la reacción ΔG´o
kJ/mol Fase I: 1. Glucosa + ATP → Glucosa-6-fosfato +ADP -16.7 2. Glucosa-6-fosfato ↔ Fructosa-6-fosfato 1,7 3. Fructosa-6-fosfato + ATP → Fructosa-1,6- bifosfato + ADP -14,2 4. Fructosa-1,6- bifosfato ↔ dihidroxiacetona-fosfato + gliceraldehído-3- fosfato
23,8
5. Dihidroxiacetona-fosfato ↔ gliceraldehído-3-fosfato 7,5
(I) Glc + 2 ATP → 2 gliceraldehído-fosfato + 2 ADP + 2,1 Fase II: 6. (2) Gliceraldehído-3-fosfato + (2) NAD++ (2) Pi ↔ (2 ) 1,3-bifosfoglicerato + ( 2) NADH + (2) H+
12,6
7. (2) 1,3-bifosfoglicerato + (2) ADP ↔ (2) 3-bifosfoglicerato + (2)ATP -37,6 8. (2) 3-bifosfoglicerato ↔ (2) 2-fosfoglicerato 8,8 9. ( 2) 2-fosfoglicerato ↔ (2) fosfoenolpiruvato + (2) H20 15 10. (2) Fosfoenolpiruvato + (2) ADP → (2) piruvato + (2)ATP -62,8
( II) 2 gliceraldehído-fosfato + 4 ADP + 2Pi + 2 NAD+ → 2 piruvato + 4 ATP + 2NADH + 2H+
-64
Reacción global (III): (I )+ (II) ∑ΔG´o = -62 Glc + 2 NAD++ 2 ADP + 2Pi → 2 piruvato + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 H20
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La reacción global de la glicólisis Fase I. Inversión de energía o fase preparatoria
C6H1206 + 2 ATP → 2 G3P + 2 ADP Fase II. Rendimiento energético: 2 G3P + 4 ADP + 2 Pi + 2NAD+ → 2 Piruvato + 4 ATP + + 2 NADH + 2H+ + 2H20
Reacción global ( I + II): C6H1206 + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ → 2 Piruvato + 2 ATP + + 2 NADH + 2 H+ + 2 H20
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El piruvato (C3H3O3)
§ En la glicolisis se producen dos moléculas de piruvato:
Glucosa (C6H12O6) 2 piruvato (C6H6O6) § La conversión de glucosa a piruvato libera ~5% de la
energía química potencial de la molécula de glucosa; parte de la energía de la oxidación se conserva como 2ATP y 2 NADH+2H+; el resto de la energía original está presente en los 2 piruvatos
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DESTINO DEL PIRUVATO
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DEPENDE DE LA RUTA UTILIZADA PARA REOXIDAR EL
NADH
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¿Por qué se debe reoxidar el NADH a NAD+? § Para que la glicolisis se pueda repetir es necesario reoxidar el
NADH citosólico a NAD+
§ El citoplasma tienen cantidades limitadas de NAD+
§ Existen dos formas de reoxidar el NADH citosólico: Respiración anaeróbica Respiración aeróbica § La respiración aeróbica requiere de una membrana plasmatica
(bacterias) o de una mitocondria (eucariotas) y de la presencia de oxígeno
§ La membrana interna mitocondrial es impermeable al NADH citosólico, por lo que es reoxidado a nivel de la membrana interna mitocondrial (sistema de lanzaderas)
§ La matriz mitocondrial también tiene una cantidad limitada de NAD+
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Glucosa
2 Piruvato + 2 NADH + H+
2 Acetil-CoA
6C02 +6H20 + 36 o 38 ATP
2 NAD+ + 2 Etanol + CO2 2 Lactato + 2 NAD+
Glicólisis
Respiración anaeróbica Respiración anaeróbica
6 O2
Respiración aeróbica
Fermentación láctica Contracción muscular vigorosa; glóbulos rojos; otras células; algunos microorganismos
Fermentación alcohólica Levadura
En muchas bacterias, plantas y animales
NAD+
NAD+ ←NADH FAD ←FADH2
Reutilización del NAD+ Reutilización del NAD+
2 ATP
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FASE II. OXIDACIÓN DEL PRIUVATO A ACETIL-COA
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OXIDACIÓN DEL PIRUVATO
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El piruvato es transportado hacia la mitocondria, y liberado dentro de la matriz mitocondrial
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Oxidación del piruvato
Reacción global: 2 Piruvato + 2NAD++2CoASH →2Acetil-CoA + 2NADH + 2 H+ + 2 CO2 2 Piruvato (C6H6O6) 2 Acetil-CoA (C2H3O x 2 = C4H6O2)
Descarboxilación oxidativa 3C 2C
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FASE III. OXIDACIÓN DEL ACETIL-COA POR LAS ENZIMAS EL CICLO
DEL ÁCIDO CÍTRICO
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§ Se efectúa la oxidación de los dos acetil-CoA § En cada vuelta del ciclo se oxida un acetil-CoA y se
liberan 2 CO2
§ En dos vueltas se oxidan los dos Acetil-CoA, por lo se liberan 4 C02, en este punto se ha oxidado totalmente la glucosa
§ La energía de la oxidación se conserva como: Por Acetil-CoA: 2 Acetil-CoA: 3 NADH+ 3H+ x 2 = 6 NADH + 6 H+
1 FADH2 x 2 = 2 FADH2 1 ATP x 2 = 2ATP § Se regenera el oxalacetato, el iniciador del ciclo
Resumen del ciclo de Krebs PROPEDÉUTICO DE ODONTOLOGÍA, UCV
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Resumen del ciclo del ácido cítrico
Oxalacetato
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El ciclo del ácido cítrico
§ También se conoce como ciclo de Krebs o ciclo de los
ácidos tricarboxílicos (TCA) § Ocurre en ausencia de oxígeno § Consta de ocho reacciones consecutivas § Cada reacción es catalizada por una enzima
específica § Todas las enzimas -excepto una- se encuentran en
la matriz mitocondrial: La succinato deshidrogenasa es una proteína
parcialmente embebida en la membrana interna mitocondrial, su sitio activo (lado catalítico) se encuentra expuesto hacia la matriz mitocondrial
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Reacciones del ciclo del ácido cítrico PROPEDÉUTICO DE ODONTOLOGÍA, UCV D. Stojanovic de Malpica, Ph D
La primera reacción del ciclo del ácido cítrico
2C 4C 6C
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Fases de la respiración aeróbica
Productos
I. Glicólisis 2 Piruvato 2 NADH + 2 H+ 2 ATP citosol
II. Oxidación del piruvato (dos por glucosa)
2 Acetil-CoA 2 NADH + 2H+
2 CO2 matriz mitocondrial
III. Oxidación del Acetil-CoA en el ciclo del ácido cítrico (dos por glucosa)
4CO2 6 NADH + 6 H+ 2 FADH2 2 ATP matriz mitocondrial
Conservación de la energía en la respiración aeróbica
Las coenzimas (10 NADH + H+ y 2 FADH2) contienen la mayor parte de la energía libre que tenía la molécula de
glucosa
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¿CUÁL ES EL DESTINO DE LAS COENZIMAS NADH Y FADH2 ?
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Los NADH Y FADH2, deben ser oxidados de nuevo
Para ello, tienen que ceder sus electrones a otras moléculas
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Fosforilación oxidativa Cadena respiratoria
El catabolismo de la glucosa PROPEDÉUTICO DE ODONTOLOGÍA, UCV
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§ Las coenzimas reducidas donan sus electrones a la cadena respiratoria en la membrana interna mitocondrial, la cual transporta los electrones hasta el oxígeno que se reduce a agua
§ La transferencia de electrones esta acoplada a la síntesis de ATP (fosforilación oxidativa)
Fase IV. Transporte de electrones y fosforilación oxidativa
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La cadena respiratoria § También se conoce como cadena transportadora de electrones
(CTE)
§ Consiste de un conjunto transportadores de electrones situados en la membrana interna de la mitocondria en células eucariotas; en bacterias aeróbicas se localiza en la membrana plasmática
§ Una unidad de respiración mitocondrial consiste de una CTE y una ATP sintasa, la enzima responsable de la síntesis del ATP
§ La función de la unidad de respiración es sintetizar ATP a expensas de la transferencia de energía aportada por las coenzimas reducidas
§ La CTE está formada por cuatro complejos enzimáticos (I, II, III y IV), el citocromo c y la ubiquinona o coenzima Q
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Complejos enzimáticas I, II, III y IV § Las proteínas de los complejos I, III, y IV son proteínas
integrales de la MIM § Las proteínas del complejo II están parcialmente embebidas
del lado interno de la membrana MIM § Subunidades proteínicas específicas de los complejos
enzimáticos contienen los grupos prostéticos (uno o más) responsables de las reacciones redox en los complejos enzimáticos, tales como: FAD, centros de Fe-S, el FMN, el ión cobre
§ En caso de varios grupos prostéticos en un mismo complejo enzimático la transferencia de electrones se efectúa secuencialmente; posteriormente son transferidos al próximo componente de la cadena respiratoria
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NADH+H+ NAD+
Espacio intermembrana
Matriz mitocondrial
FADH2+H+ FAD 2H+ + 2e-
+1/2O2 →H20
La cadena transportadora de electrones o cadena respiratoria en la membrana interna mitocondrial
Q y Cit c son los componentes móviles de la cadena respiratoria
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NADH+H+ NAD+
Espacio intermembrana
Matriz mitocondrial
FADH2+H+ FAD 2H+ + 2e-
+1/2O2 →H20
Q y Cit c son los componentes móviles de la cadena respiratoria
FMN → Fe-S Fe-S
Cit b→ FeS → cit c1 aa
aa3
Cu2A
Cu2+B
Transferencia de electrones mediante reacciones redox en los grupos prostéticos de los componentes de la cadena
respiratoria
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Reacciones redox en el complejo I PROPEDÉUTICO DE ODONTOLOGÍA, UCV
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La ubiquinona o coenzima Q
§ Es una benzoquinona
§ Es un lípido soluble con una larga cadena isoprenoide
§ Cataliza reacciones redox
del tipo: AH2 + Q → A + QH2 § Es una molécula pequeña que
se mueve con relativa facilidad en la MIM de un componente a otro
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Secuencia de la transferencia de electrones en la cadena respiratoria
Complejo I
Complejo II
Complejo III
Complejo IV
NADH deshidrogenasa: acepta un par de protones y dos electrones del NADH + H+ y los transfiere a la coenzima Q
Succinato deshidrogenasa (ciclo del ácido cítrico): acepta un par de protones y dos electrones del FADH2 y los transfiere a la Coenzima Q
Oxidoreductasa (citocromo b-C1): cataliza el paso secuencial de electrones procedentes de QH2 (ubiquinol) al citocromo b, citocromo c1 y luego al citrocromo C
Citocromo oxidasa: formado por los citocromos a y a3; recogen un par de electrones del citocromo C y los ceden a un átomo de oxígeno que junto con dos H+
de la Matriz forma agua
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NADH+H+ NAD+
Espacio intermembrana
Matriz mitocondrial
FADH2+H+ FAD 2H+ + 2e-
+1/2O2 →H20
FMN → Fe-S Fe-S
Cit b→ FeS → cit c1 aa
aa3
Cu2A
Cu2+B
Transporte de electrones en la CTE
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Los citocromos § La mayoría son proteínas integrales de la membrana interna
mitocondrial § Contienen un grupo hemo que consiste de un anillo de
porfirina que contiene un átomo de Fe2+ central coordinado a cuatro átomos de nitrógeno
§ El átomo de hierro participa en reacciones de oxido reducción del tipo F2+ → Fe3+
§ Existen varios tipos de citocromos según la clase de grupo hemo que presenten (b, c, c1, , a , a3)
§ Los grupos hemos varían en estructura y tipo de grupos químicos unidos al anillo de porfirina, están unidos fuertemente a la proteína (grupos prostéticos)
§ El citocromo c es una proteína globular que se encuentra en el lado externo de la membrana interna mitocondrial; contiene el grupo hemo c unido covalentemente a la proteína; es la única proteína móvil de la cadena respiratoria
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Estructura del grupo hemo de los citocromos
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Flujo de electrones en la cadena respiratoria
§ La transferencia de electrones en la cadena respiratoria requiere que todos componentes de la cadena transportadora de electrones se encuentren en estado oxidado
§ Las coenzimas transportadoras de electrones NAD+ y FAD deben estar en estado reducido, como: NADH + H+ y FADH2, respectivamente
§ El orden de transferencia de electrones esta determinado por el potencial de oxido de reducción
(Eo) de todos los componentes de la cadena respiratoria que participan en la reacción redox
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Flujo de electrones en la CTE
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¿Porqué el NADH y el FADH2, no ceden "directamente" sus electrones al oxígeno y utilizan tantos "intermediarios" ? § Porque la reducción directa del oxígeno a agua puede ser explosiva § La CTE permite que la energía aportada por el NADH se libere gradualmente, de forma controlada, que se aprovecha para sintetizar ATP
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Inhibidores de la cadena respiratoria
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La FOSFORILACIÓN OXIDATIVA
(QUIMIÓSMOSIS)
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La Fosforilación oxidativa (FO) se
refiere a la síntesis de ATP acoplada al transporte de electrones en la CTE
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La hipotésis quimiosmótica de Mitchell § Peter Denis Mitchell (1920-1992), Bioquímico Inglés fue
galardonado con el Premio Nobel de Química en el año 1978
§ Peter Mitchell propuso la "hipótesis quimiosmótica" en 1961
§ La teoría sugiere que la mayor parte de la energía necesaria para sintetizar ATP en la respiración celular, proviene de un gradiente electroquímico existente entre la membrana interna y el espacio intermembrana de la mitocondria
§ El gradiente electroquímico se forma por la transferencia de los electrones desde el NADH y el (FADH2) al oxígeno molecular en la cadena respiratoria
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Modelo quimiosmótico de Mitchel: mecanismo de la FO
ATPsintasa
4 H+ 4 H+ 2H+
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La ATP sintasa: Matriz Mitocondrial
Membrana interna mitocondrial
Espacio intermembrana
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Número de moléculas de ATP sintetizadas a partir del NADH + H+ y el FADH2 por la ATP
sintasa El retorno de cuatro (4) H+ desde el espacio intermembrana hacia la matriz mitocondrial, a través de Fo de la ATP sintasa permite la síntesis de un ATP:
4H+ + ADP + Pi → ATP
NADH + H+ = 3 ATP (10 H+ bombeados por la CTE) FADH 2 = 2 ATP (6 H+ bombeados por la CTE)
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Etapa respiración celular
Productos
Cantidad total de ATP
producidos
Glicólisis 2 NADH + H+ 2 ATP citosol
4 ó 6* 2
Oxidación del piruvato (dos por glucosa)
2 NADH + 2H+
matriz mitocondrial 6
Ciclo del ácido cítrico (dos Acetil-CoA por glucosa)
6 NADH + 6 H+ 2 FADH2 2 ATP matriz mitocondrial
18 4 2
Rendimiento total por molécula de glucosa oxidada 36-38 ATP
Rendimiento energético de la respiración celular
*Depende del tipo de lanzadera del NADH citosólico a la MIM Eficiencia: el 40% de la energía libre de la oxidación de la glucosa se conserva en los 36-38 ATP sintetizados
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Resumen de la respiración aeróbica PROPEDÉUTICO DE ODONTOLOGÍA, UCV
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La cadena respiratoria
Animación: http://dl.dropbox.com/u/46910322/METABOLISMO/CADENA_transp.swf
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METABOLISMO CENTRAL
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Proteínas Polisacáridos Lípidos Catabolismo de Combustibles orgánicos
Aminoácidos Glucosa Glicerol Ácidos Grasos
Digestión
Piruvato
Acetil CoA
Ciclo de
Krebs
Productos comunes de degradación
NH3 H2O CO2
Productos finales del catabolismo
Síntesis de ATP ATP
O2
Moneda Energética
∑NADH +2H+
∑FADH2
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Rendimiento de la oxidación de combustibles orgánicos ricos en energía libre
Tipo de nutriente orgánico ∆G´o
ATP
Glucosa + 6 O2 → 6CO2 + 6 H20
-2840
36-38
Palmítico + 23 O2 → 16CO2 + 16 H20
-9770
110
(Alanina): Piruvato + 3 O2 → 3 CO2 + 3H20 -1400? 15
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