LIC. NUTRICIÓN
ANALISTA BIOLÓGICO
QUÍMICA BIOLÓGICA
2014
LIC. NUTRICIÓN – ANALISTA BIOLÓGICO
QCA. BIOLÓGICA
PROGRAMA ANALITICO Y/O DE EXAMEN
Bolilla 3
Cadena respiratoria. Ubicación celular. Componentes de la
cadena respiratoria. Función. Importancia de Vitaminas y
Minerales.
Fosforilación oxidativa: Síntesis de ATP. Acción de
Inhibidores: Desacoplantes, inhibidores de la fosforilación,
inhibición del transporte electrónico. Control respiratorio.
Sistema microsómico: Metabolismo de xenobióticos.
Antes de estudiar ……
CADENA RESPIRATORIA
Veremos ….
HERRAMIENTAS PARA SU COMPRENSIÓN
Vitaminas que participan:
Niacina (NAD), Riboflavina (FAD)
Minerales indispensables: Hierrro
Concepto de Oxidación y Reducción:
Oxidaciones biológicas
Mitocondrias: estructura, función
ATP: contenido energético
NUTRIENTES
Repasemos…..
• MACRONUTRIENTES.
Grasas, Carbohidratos y Proteínas
• MICRONUTRIENTES.
Vitaminas y los Minerales
FUNCIONES DE LAS VITAMINAS
• Regulan procesos CELULARES
• Actúan como coenzimas o grupo prostético de las
ENZIMAS.
• ANTIOXIDANTES
• Están implicadas en los procesos de CRECIMIENTO y
DIFERENCIACION CELULAR
CLASIFICACION DE LAS VITAMINAS
SEGÚN SU SOLUBILIDAD
HIDROSOLUBLES
•No se acumulan en el organismo
•Se disuelven en agua
•Se eliminan rápidamente
•Es preciso aportarlas diariamente
VIT C – COMPLEJO B
B1 – B2 – B3 – B6 – B12 – BIOTINA
AC. PANTOTENICO - AC. FOLICO
Carnes, vísceras, huevo, leche,
legumbres, cereales, levaduras, Frutos
frescos y secos, Cítricos , vegetales de
hojas verdes
LIPOSOLUBLES
•Se acumulan en el organismo
•No se disuelven en agua
•Se almacenan en hígado y tejido
graso
A D E K
Aceites , lacteos y derivados
y huevo
VITAMINAS HIDROSOLUBLES
Vitamina C, Vitaminas del Complejo B: B12,
B2, B6, niacina, ácido fólico, biotina y ác.
Pantoténico.
• No se acumulan en el cuerpo.
• Se transportan en la sangre unidas a
proteínas plasmáticas.
• Regulan los procesos que producen energía
metabólica.
Funciones de las Vitaminas
del complejo B
Vitamina
Coenzima
Función
B1 Tiamina
Tiamina Pirofosfato Descarboxilación oxidativa
B2 Riboflavina FAD, FMN
Oxido- reducción
B3 Niacina
NAD, NADP
Oxido reducción
B5 Ac Pantoténico Coenzima A
Transferencia de grupos acil
B6 Piridoxal
Piridoxal fosfato
Transanminación
Biotina
Biotinil
Carboxilación
Acido fólico Tetra hidrofolato
Transferencia de unidades
de un carbono
B12
Cianocobalamina
Metilación
NIACINA O VITAMINA B3
RIBOFLAVINA O VITAMINA B2
R
│
+
│
H
Nicotinamida
NAD (NADP)
Riboflavina
FAD (FMN)
Intervienen como cofactor enzimático en el
metabolismo energético de macronutrientes
•
RESUMEN DE LAS VITAMINAS HIDROSOLUBLES
• Se encuentran en alimentos de origen Vegetal y Animal
a excepción de la B12 que solo en estos últimos.
• Son solubles en agua por lo que se absorben y se
transportan unidos a proteínas
• No se almacenan en los tejidos por mucho tiempo a
excepción de la Vitamina B12
• Se excretan por orina ó heces
• La mayoría está formando parte de Coenzimas que
actúan en el metabolismo energético
BIOELEMENTOS
• ELEMENTOS PRIMARIOS
O, C, H,N,
• ELEMENTOS SECUNDARIOS
(Macroelementos)
Fe, F, Cu, I, Mn
(Microelementos)
Zn, Co, Mo, Se,
Cr y Si
• OLIGOELEMENTOS
• ELECTROLITOS
Ca, P, S, Mg
Na+,
Cl+, K+
DISTRIBUCIÓN DEL HIERRO
• HEMOBLOBINA 63%
• MIOGLOBINA
• CITOCROMOS
• PROTEINAS Fe-S
Transporte de O2
Transporte de e-
• CATALASAS Y PEROXIDASAS
• FERRITINA
Eliminacion de EROS
Almacenamiento
FUENTES NATURALES DE HIERRO
• ALIMENTOS DE ORIGEN ANIMAL Y VEGETALES
VERDES Y LEGUMBRES
Concepto de
Oxidación y Reducción:
Oxidaciones Biológicas
FLUJO DEL MATERIA Y
ENERGÍA
EN LA BIÓSFERA
SOL
AUTÓTROFOS
FOTOSINTÉTICOS
CO2, H2O
O2 ,
GLÚCIDOS
HETERÓTROFOS
GLÚCIDOS
LÍPIDOS
PROTEÍNAS
DEGRADACIÓN POR OXIDACIÓN
(Vía Glicolítica,
Ciclo de Krebs)
TRANSPORTADORES ELECTRÓNICOS REDUCIDOS
(NADH, FADH2)
ADP
ATP
TRANSPORTE ELECTRÓNICO
MITOCONDRIAL
Y
FOSFORILACIÓN OXIDATIVA
TRANSPORTADORES ELECTRÓNICOS OXIDADOS
(NAD+, FAD)
O2
H2O
Desde el punto de vista químico
OXIDACIÓN
REDUCCIÓN
• Ganancia de oxígeno
• Pérdida de oxígeno
• Pérdida de electrones
• Ganancia de electrones
• Pérdida de hidrógeno
• Ganancia de hidrógeno
(en compuestos orgánicos)
Este principio de OXIDO- REDUCCIÓN se aplica a los sistemas
bioquímicos y es un concepto importante para la comprensión de la
naturaleza de las oxidaciones biológicas.
El uso principal del OXÍGENO es en la RESPIRACIÓN
Y ESTE ES EL PROCESO POR EL CUAL LAS CÉLULAS OBTIENEN
ENERGÍA EN FORMA DE ATP
OXIDACIÓN-REDUCCIÓN
OXIDACIÓN
O2
+
-
REDUCCIÓN
e-
H
-
O2
+
+
H
e-
EN LOS SISTEMAS REDOX
LOS CAMBIOS DE ENERGÍA LIBRE
PUEDEN EXPRESARSE EN TÉRMINOS DEL
POTENCIAL DE
OXIDACIÓN – REDUCCIÓN
POTENCIAL DE REDUCCIÓN
• POTENCIAL DE REDUCCIÓN (E)
DE UN ELEMENTO, ION O COMPUESTO
ES SU TENDENCIA A GANAR ELECTRONES
FRENTE A OTRO ELEMENTO, ION O COMPUESTO
REACCIÓN REDOX
2 Na + Cl2
2 NaCl
HEMIRREACCIONES
2 Na+ + 2 e-
2 Na
Cl2
+ 2 e-
2 Cl-
Oxidación
Reducción
CUPLA REDOX
• La forma oxidada y reducida en cada hemirreacción
constituyen un par o cupla redox
Na+/Na , Cl/Cl- (Sentido de la reducción)
E´o : Potencial de reducción Estándar: Se determina en
comparación con el potencial de Hidrógeno = 0
A 25°C , concentración1M, pH 7 en sistemas
biológicos.
Signo positivo (+) : par redox con mayor tendencia que
el hidrógeno a sufrir reducción
Signo negativo (-): par redox con menor tendencia que
el hidrógeno a sufrir reducción
Potenciales de reducción estándar
2 H+ + 2 e- → H2
-0.42 V
NAD+ + H+ + 2 e- → NADH
-0.32 V
S + 2 H+ + 2 e- → H2S
-0.23 V
FAD + 2 H+ + 2 e- → FADH2
-0.22 V
Acetaldehído + 2 H+ + 2 e- → etanol
-0.20 V
Piruvato + 2 H+ + 2 e- → lactato
-0.19 V
Cu+ → Cu2+ + e-0.16 V
Citocromo b (Fe3+) + e- → citocromo b (Fe2+)
+ 0.075 V
Citocromo c1 (Fe3+) + e- → citocromo c1 (Fe2+) + 0.22 V
Citocromo c (Fe3+) + e- → citocromo c (Fe2+)
+ 0.235 V
Citocromo a (Fe3+) + e- → citocromo a (Fe2+)
+ 0.29 V
Fe3+ + e- → Fe2+
+ 0.77 V
½ O2 + 2 H+ + 2 e- → H2O
+ 0.82 V
EN LOS SISTEMAS BIOLÓGICOS
• LAS ENZIMAS QUE INTERVIENEN EN LOS
PROCESOS REDOX
SE DENOMINAN
• OXIDORREDUCTASAS
OXIDORREDUCTASAS
Catalizan reacciones de óxido- reducción
Ared + Box
Aox + Bred
A : es el reductor o dador electrónico; en el curso
de la reacción se oxida (pierde electrones)
B : es el oxidante o aceptor electrónico; en el curso
de la reacción se reduce (gana electrones)
En las reacciones redox, siempre tienen que estar
presentes a la vez el aceptor y el dador electrónico
DISTINTAS FORMAS EN QUE SE TRANSFIEREN
ELECTRONES EN LA CELULA
1.- Transferencia de 1 e-: Fe +++
Fe++
2.- Transferencia de un átomo de hidrógeno
(H+ + e-): AH2 + B
A + BH2
3.- Transferencia de un ion Hidruro (:H-) porta 2 eAH2 + NAD+ → A + NADH + H+
4.- Transferencia de e- desde un reductor orgánico al
oxígeno: R-CH3 + ½ O2
RCH2-OH
Representación esquemática de una oxidación biológica
Sustrato
H2
Sox
A
(OX)
BH2
(RED)
AH2
(RED)
Energía
S
C
(OX)
B
(OX)
E
H2O
CH2
(RED)
½ O2
E
E
Escala de Potencial de Reducción
E´o (-)
E´o (+)
O2
Flujo de electrones en las oxido-reducciones
biológicas
OXIDORREDUCTASAS (DESHIDROGENASAS)
• Deshidrogenasas ligadas a NAD ó nicotinamídicas
H-
AH2 + NAD+
A + NADH + H+
(en la matriz mitocondrial)
• Deshidrogenasas ligadas a FAD ó flavínicas
AH2 + FAD (FMN)
A + FADH2 (FMNH2)
e- + H+
LA MITOCONDRIA
FÁBRICA DE ENERGÍA CELULAR
ES EL SITIO DONDE TIENEN LUGAR
EL TRANSPORTE ELECTRÓNICO Y
LA FOSFORILACIÓN OXIDATIVA
¿En qué sitio celular ocurre
la Cadena Respiratoria?
MITOCONDRIA
Microfotografía electrónica
Esquema
Anatomía bioquímica
de la
Mitocondria
Lehninger A. L., 4ª Edic. 2007
CADENA DE TRANSPORTE ELECTRÓNICO
• Cadena Respiratoria o Cadena de Transporte
Electrónico: Grupos de moléculas aceptores de
hidrógeno y/o e- (H y e- : “Equivalentes de
Reducción”) dispuestos en la membrana mitocondrial
interna.
• Los componentes actúan secuencialmente en orden
creciente según sus potenciales de reducción.
• Reciben equivalentes de reducción de NADH Y
FADH2 producidos en la matriz.
• La energía que se libera durante la transferencia
electrónica está acoplada a varios procesos
endergónicos entre los que se destaca la
síntesis de ATP.
La Cadena de Transporte de Electrones comprende
dos procesos:
1.- Los electrones son transportados a lo largo de la
membrana, de un complejo de proteínas
transportadoras a otro.
2. Los protones son translocados a través de la
membrana, desde el interior o matriz hacia el espacio
intermembrana de la mitocondria.
Esto determina la formación de un
gradiente de protones.
El oxígeno es el aceptor terminal del electrón,
combinándose con electrones e iones H+
para producir agua.
COMPONENTES DE LA CADENA DE
TRANSPORTE ELECTRONICO
• FLAVOPROTEINAS: FMN o FAD: Transportan 2 e- y 2 H+
• PROTEINAS FERROSULFURADAS: transportan e- (Fe+++ Fe++)
• COENZIMA Q o UBIQUINONA: Quinona isoprenoide no
proteica. Transporta 1 e- y libera 2 H+.
• CITOCROMOS b, c, c1, a, a3: Proteínas que contienen un
grupo hemo. Transportan 1 e-
Componentes de la Cadena de transporte
electrónico
Complejo enzimático
Grupos prostéticos
Complejo I (NADH deshidrogenasa) FMN, FeS
Complejo II(succinato deshidrogenasa) FAD,FeS
Complejo III (citocromo bc1)
Hemo, FeS
Citocromo c
Hemo
Complejo IV (citocromo oxidasa) Hemo, Cu
Complejo II
Fumarato
FAD
NADH
II
Succinato
Fe-S
eNAD+
SUCCINATO
DESHIDROGENASA
FMN
I
Fe-S
Coenzima
Q
Complejo I
NAD UBIQUINONA
REDUCTASA
Fe
Fe-S
Fe
Fe
Cit.c
Fe
Cit.b /Centro Fe-S/ Cit c1
CITOCROMO C –
COENZIMA Q OXIDO
REDUCTASA
Cit.a
Fe/Cu
Complejo III
IV
Complejo IV
CITOCROMO
OXIDASA
Cit a3
Fe/Cu
O2
Reacciones que proveen de NADH a la cadena
respiratoria
• Piruvato deshidrogenasa
• Isocitrato deshidrogenasa
CICLO DE KREBS
• Malato deshidrogenasa
• a-cetoglutarato deshidrogenasa
Sustrato + NAD+
Producto + NADH + H
CR
REACCIONES DEL COMPLEJO I
NADH + H+
NAD+ + 2 e- + H+ (Eo= - 0,32 V)
FMN + 2 e- + 2 H+
FMNH2
(Eo= - 0,22 V)
NADH + H+ + FMN → FMNH2 + NAD+
Camino de los equivalentes de reducción en el
Complejo I
COMPLEJO II
•
•
•
•
Succinato-coenzima Q oxidorreductasa
Coenzima: FAD
Proteínas ferrosulfuradas
Transfiere equivalentes de reducción desde succinato a la
coenzima Q
Succinato + E-FAD
Fumarato + E-FADH2
E-FADH2 + Prot-Fe+++
E-FAD + Prot-Fe++
Prot-Fe++
+
CoQ
Prot-Fe+++ + CoQH2
CAMINO DE LOS ELECTRONES desde el
COMPLEJO III al O2
CoQH2
CoQ
Fe+++
Fe++
Fe+++
Fe++
Fe+++
Fe++
Cit.
b566
Cit.
b562
Fe-S
Cit.
c1
Cit.
c
Cit.
a.a3
Fe++
Fe+++
Fe++
Fe+++
Fe++
Fe+++
Complejo III
½ O2 + H+
Complejo IV
H2O
Cadena de Transporte de Electrones. Feduchi, Blasco, Romero, Yañez. Bioquímica. 1° Edición
Gracias!.....
Seguimos en la próxima clase…..
BIBLIOGRAFIA
• “Nutrición”-Texto y Atlas –Autores: Biesalski.GrimmEd. Panamericana-Año 2007
• “Química Biológica”- Autor: Antonio blanco- Editorial
El Ateneo-Reimpresión 8° edic.-2007
• “Lo Esencial en metabolismo y Nutrición”-Cursos
Crash de Mosby- Autor: Sarah Benyon-Ed. Harcourt
Brace- 1°Ed. 1998
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