Lic. Cs. BIOLÓGICAS
Prof. en BIOLOGÍA
Lic. BIOTECNOLOGÍA
QUÍMICA BIOLÓGICA
2015
Blog para el intercambio de información
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Área de Química Biológica - Universidad Nacional de San Luis
Licenciatura en Bioquímica
Farmacia
Biología Molecular
Ingeniería en Alimentos
Analista Biológico
Optativo en plantas
Licenciatura en Nutrición
Licenciatura en Química
Licenciatura en Ciencias Biológicas - Prof. en Biología y Lic. en
Biotecnología
LIC. CS. BIOLÓGICAS – PROF. BIOLOGÍA – LIC. BIOTECNOLOGÍA
QCA. BIOLÓGICA
PROGRAMA ANALITICO Y/O DE EXAMEN
BOLILLA 2:
Transporte electrónico mitocondrial. Fosforilación oxidativa. Mitocondrias.
Cadena respiratoria. Localización. Balance energético. Desacoplantes: proteínas
desacopladoras. Inhibidores. Síntesis de ATP. Hipótesis quimiosmótica.
Translocasas. Regulación de la fosforilación oxidativa. Oxidasa alternativa en
vegetales. Luciferina-luciferasa.
Transporte electrónico cloroplástico. Fotofosforilación y fotosíntesis. Proceso en
plantas superiores. Reacciones luminosas. Captación de la energía luminosa.
Cloroplastos y pigmentos. Transporte electrónico cíclico y no cíclico. Síntesis de ATP
por fotofosforilación.
Similitudes entre fosforilación oxidativa y fotofosforilación.
Concepto unificador de la teoría quimiosmótica.
Otros organismos fotosintetizadores.
Sistema microsomal de transporte electrónico. Formación de compuestos oxígenoreactivo. Radicales libres. Sistemas de protección.
Antes de profundizar…………….
HAGAMOS UN DIAGNÓSTICO
DE NUESTROS CONOCIMIENTOS PREVIOS…..
¿ QUÉ RECORDAMOS DE CURSOS ANTERIORES
SOBRE
CADENA RESPIRATORIA ?
Antes de estudiar ……
CADENA RESPIRATORIA
Veremos ….
HERRAMIENTAS PARA SU COMPRENSIÓN
Concepto de Oxidación y Reducción:
Oxidaciones biológicas
Mitocondrias: estructura, función
ATP: contenido energético
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
COENZIMAS (NADH, FADH2)
ADP
ATP
TRANSPORTE ELECTRÓNICO
MITOCONDRIAL
Y
FOSFORILACIÓN OXIDATIVA
TRANSPORTADORES ELECTRÓNICOS OXIDADOS
COENZIMAS (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 , concentración 1M, pH 7 en sistemas biológicos.
E´o con:
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
Cadena
Respiratoria
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+
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
•
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
BIBLIOGRAFIA
• “Química Biológica”- Autor: Antonio blanco- Editorial
El Ateneo-Reimpresión 8° edic.-2007
• “Química Biológica”-Lehninger A. L., 4ª 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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