LA CADENA RESPIRATORIA Y Fosforilacin oxidativa

UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUZ GALLO

BioenergticaFACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA E INDUSTRIAS ALIMENTARIAS

INTEGRANTES :Campos Nuez VernicaCervera Cieza GabrielaDaz Cubas Eslyn N.Smame Ramrez JessicaBIONERGTICA La Bioenergtica o termodinmica bioqumica, es el estudio de los cambios de energa que acompaan a relaciones bioqumicas .

Disciplina cientfica que estudia en los seres vivos, todo lo relativo alas transformaciones de la energa, su transferencia y los mecanismosreguladores implicadas en ellaLos sistemas biolgicos se conforman a las leyes de la TermodinmicaLa primera ley de la termodinmica Establece que la energa total de un sistema, incluso sus alrededores, permanece constante.La energa no se pierde ni se gana durante cambio alguno; sin embargo si se puede transferir de una porcin del sistema a otra o se transforma en otra energa.SEGUNDA LEY DE LA TERMODINMICAEstablece que para que un proceso ocurra de manera espontnea, es necesario que LA ENTROPA total de un sistema aumente.En condiciones de temperatura y presin constantes, el vinculo entre el cambio de energa libre(G) de un sistema que esta reaccionando y el cambio de entropa (S), estas se expresan por medio e la ecuacin, que combina alas dos leyes de la termodinmica:G = H - TSLOS PROCESOS ENDERGONICOS PROCEDEN POR MEDIO DE ACOPLAMIENTO A PROCESOS EXERGNICOS REACCIONES EXERGNICAS(Liberan energa libre)REACCIONES ENDERGNICAS (Requieren energa libre)ATPTRANSPORTADOR DE ENERGA

LOS FOSFATOS DE ALTA ENERGIA TIENEN UNA FUNCIN FUNDAMENTAL EN LA CAPTACIN Y LA TRANSFERENCIA DE ENERGA El ATP tiene una funcin fundamental en la transferencia de energa libre desde los procesos exergnicos hacia los endergnicos.El ATP es un nuclesido trifosfato que contiene adenina, ribosa y tres grupos fosfato.

L a importancia de los fosfatos en el metabolismo intermediario se hizo evidente con el descubrimiento de la funcin del ATP , DIFOSFATO DE ADENOSINA ( ADP) y FOSFATO INORGNICO (P) en la GLUCLISIS.

EL VALOR INTERMEDARIO PARA LA ENERA LIBRE DE HIDRLISIS DEL ATP TIENEN GRAN IMPORTANCIA BIOENERGTICA Muestra la energa libre de la hidrolisis de diversos fosfatos importantes desde el punto de vista bioqumico.El valor para la hidrlisis del fosfato terminal del ATP divide la lista en dos grupos:LOS FOSFATOS DE ALTA ENERGA

CAMBIO DE ENERGA LIBRE EN LA HIDROLISIS DE ATP A ADPEstructura del ATP, ADP Y AMP ,Que muestra la posicin y el numero de fosfatos de alta energaCONSERVACIN DE ENERGA O CAPTACIN DE ENERGA EL ATP PERMITE EL ACOPLAMIENTO DE REACCIONES DESFAVORABLES EN EL ASPECTO TERMODINMICO, A FAVORABLESLa fosforilacin de glucosa hacia glucosa-6-fosfato, la primera reaccin de la gluclisis , es muy endregonica y no puede proceder en condiciones fisiolgicasGlucosa + Pi Glucosa6-fosfato+H20Para que tenga lugar, la reaccin debe acoplarse con ora reaccin ms exergnica, como la hidrolisis del fosfato terminal del ATP.ATP ADP + Pi(1)(2)Cuando (1) y (2) se acoplan en una reaccin catalizada por hexacinasa, la fosforilacin de la glucosa procede con facilidad en una reaccin exergnica que en condiciones fisiolgicas es irreversibleCUANDO EL ATP FORMA AMP , SE PRODUCE PIROFOSFATO INRGANICO (Ppi)El ATP tambin puede hidrolizarse de manera directa hacia AMP, con la liberacin de PPi ATP + CoA SH+R COOH ACIL - CoASINTETASAAMP + Ppi + R CO - SCoAEsta reaccin se acompaa de perdida de energa libre como calor, lo que asegura que la reaccin de activacin ir hacia la derecha.INTRODUCCIN:Qumicamente la OXIDACIN se defina como la perdida de electrones y la REDUCCIN como la ganancia de ellos, esto se ilustra mediante la oxidacin del ion frrico.Consecuentemente, la oxidacin va siempre acompaada por la reduccin de un aceptor de electrones. Este principio de oxido-reduccin se aplica igualmente a los sistemas bioqumicos y es un proceso importante en la comprensin de la Oxidacin Biolgica.

OXIDACION BIOLOGICALas clulas oxidan los nutrientes orgnicos para generar ATP, necesario para su trabajo til. Perdida de electrones = Oxidacin A A + + e-Ganancia de electrones = Reduccin reducido oxidado El flujo de electrones en el metabolismo se canaliza a travs deintermediarios metablicos y de transportadores (COENZIMAS REDOX) que convierten la energa del flujo de e- ( Eo) en energa qumica ( Go): ATP. A+ B + A+ + B reducido oxidado oxidado reducidoA: pierde e-, se oxida ReductorB: gana e-, se reduce Oxidante

OXIDO-REDUCCION BIOLOGICALOS CAMBIOS DE ENERGIA LIBRE PUEDEN EXPRESARSE EN TERMINOS DE POTENCIAL REDOXEn acciones que conllevan OXIDACION Y REDUCCION, el cambio de energa libre es proporcional a la tendencia de los reactivos a donar electrones o aceptarlos. De esta manera, adems de expresar cambio de energa libre en cuanto a ( G), es posible, de un modo anlogo, expresarlo de manera numrica como un POTENCIAL DE OXIDACION-REDUCCION O REDOX. El potencial redox de un sistema ( Eo) por lo general se compara con el potencial del electrodo de hidrogeno (0.0 voltios a PH de 0.0). Sin embargo , para sistemas biolgicos, el potencial de redox( Eo) por lo general se expresa a PH de 0.7.PH a la cual el potencial del electrodo de hidrogeno es de -0.42V.LAS OXIDASAS USAN OXIGENO COMO UN ACEPTOR DE HIDROGENO Las oxidasas catalizan la eliminacin de hidrgeno desde un sustrato usando oxigeno como un aceptor de hidrogeno . Forman agua o perxido de hidrgeno como un producto de reaccin.ALGUNAS OXIDASAS CONTIENEN COBRE:La citocromo oxidasa es una hemoprotena ampliamente distribuida en muchos tejidos , que tienen al grupo prosttico hem tpico presente en la mioglobina , hemoglobina y otros citocromos. Es el componente terminal de la cadena de acarreadores respiratorios encontrados en mitocondrias y transfiere electrones originados por la oxidacin de molculas de sustrato por deshidrogenasas hacia un aceptor final, oxigeno. La accin de la enzima es bloqueada por monxido de carbono, cianuro y sulfuro de hidrgeno y ello causa envenenamiento al prevenir la respiracin celular.

OTRAS OXIDASAS SON FLAVOPROTEINAS

Las enzimas flavoprotenas contiene flavina mononucletido (FMN)o flavina adenina dinucletido(FAD), como grupos prostticos .FMN y FAD se forman en el cuerpo a partir de la vitamina riboflavina; por lo regular estn unidas a modo estrecho aunque no covalentes a sus protenas opoenzimas respectivas. Las metaloflavoprotenas contienen uno o mas metales como cofactores esenciales . Los ejemplos de enzimas flavoprotenas son:

L- aminocido oxidasa .- ( se encuentra en los riones)Xantina oxidasa .-(importante en animales uricotlicos)Aldehdo deshidrogenasa.-(presente en hgados de mamferos)

LAS DSHIDROGENASAS NO PUEDEN USAR OXIGENO COMO ACEPTOR DE HIDROGENO.

En esta clase incluye un gran numero de enzimas. Desempean dos funciones principales:

1)Transferencia de hidrogeno desde un sustrato hacia otro en una reaccin de oxidacin - reduccin acoplada .suelen emplear coenzimas o acarreadores de hidrogeno comunes Ejemplo:

NAD+

Este tipo de reaccin la cual permite que el sustrato se oxide a expensas de otro , es de particular utilidad para que ocurran procesos oxidativos en ausencia de oxigeno como la fase anaerbica de la glucolisis.

2)Transferencia de electrones en la cadena respiratoria del transportador de electrones desde sustrato hacia oxigeno.MUCHAS DESHIDROGENASAS DEPENDEN DE COENZIMAS NICOTINAMIDAEstas deshidrogenasas usan nicotinamida adenina dinucletido(NAD+) o nicotinamida adenina dinucletido fosfato(NADP+)- o ambas que se forman en el cuerpo a partir de la vitamina niacina. Las coenzimas son reducidas por el sustrato especifico de la deshidrogenasa, y reoxidas por un aceptor de electrones idneo. Pueden disociarse de manera libre y reversible desde sus apoenzimas respectivas.

OTRAS DESHIDROGENASAS DEPENDEN DE LA RIBOFLAVINALos grupos flavina vinculadas con estas deshidrogenasas son similares a la FMN y FAD que ocurren en oxidasas . Por lo general estn mas estrechamente unidos a sus apoenzimas que las coenzimas nicotinamida . Casi todas las deshidrogenasas enlazadas con riboflavina estn relacionadas con el transporte de electrones en la cadena respiratoria . La NADH deshidrogenasa acta como acarreador de electrones entre en NADH y los componentes de potencial de redox ms alto.LOS CITOCROMOS TAMBIEN PUEDEN CONSIDERARSE DESHIDROGENASASLos citocromos son hemoprotenas que contienen hierro en las cuales el tomo de hierro oscila entre Fe3+ y Fe2+ durante la oxidacin y reduccin . Excepto por la citocromo oxidasa, se clasifican como deshidrogenasas. En la cadena respiratoria , participan como acarreadores de electrones desde la flavoprotenas por un lado hacia citocromo oxidasa por el otro. Varios citocromos identificables se encuentran en la cadena respiratoria , citocromo (b,c1,c)y citocromo oxidasa .

LAS HIDROPEROXIDASAS USAN PEROXIDO DE HIDROGENO O UN PEROXIDO ORGANICO COMO SUSTRATOLas hidroperoxidasas protegen al cuerpo contra perxidos perjudiciales.Dos tipos de enzimas que se encuentran tanto en animales como en vegetales caen dentro de esta categora: peroxidasas y catalasa

LAS PEROXIDASAS REDUCEN PEROXIDO USANDO DIVERSOS ACEPTORES DE ELECTRONES

Las peroxidasas se encuentran en la leche y en los leucocitos, las plaquetas y otros tejidos comprendidos en el metabolismo de eicosanoides . El grupo prottico es protehem. En la reaccin catalizada por peroxidasa, el perxido de hidrogeno se reduce a expensas de varias sustancias que actan como aceptores de electrones , como ascorbato, quinonas y citocromo c . La reaccin catalizada por peroxidasa es compleja , pero la reaccin general es como sigue:

H2 O2 + AH2 2H2 O + A

PEROXIDASALA CATALASA USA PEROXIDO DE HIDROGENO COMO DONADOR Y ACEPTOR DE ELECTRONESLa catalasa es una hemoprotena que contiene cuatro grupos hem. Adems de poseer la actividad de peroxidasa, puede emplear una molcula de H2O2 como sustrato donador de electrones , y otra molcula G2O2 como un oxidante o aceptor de electrones.

2H2 O2 2H2 O2 + O2

La catalasa se encuentra en la sangre , medula sea ,riones , hgado. Funciona para destruir el perxido de hidrogeno formado por la accin de oxidasas .CATALASALAS OXIGENASAS CATALIZAN LA TRANSFERENCIA E INCORPORACION DIRECTAS DE OXIGENO HACIA UNA MOLECULA DE SUSTRATOLas oxiegenasas se encargan de la sntesis o degradacin de muchos tipos diferentes de metabolitos . Catalizan la incorporacin de oxigeno hacia una molcula se sustrato en dos pasos: 1)El oxigeno se une a la enzima en el sitio activo 2)El oxigeno unido se reduce o transfiere hacia el sustrato .Las oxigenasas pueden dividirse en dos grupos subgrupos: Dioxiogenasas Monooxigenasas

LAS DIOXIGENASAS INCORPORAN AMBOS ATOMOS DE OXIGENO MOLECULAR HACIA EL SUSUTRATO

La reaccin bsica catalizada por dioxigenases se muestra a continuacin: A + O2 A O2

Los ejemplos son las enzimas hepticas, homogentisato dioxigenasa(oxidasa) y 3-hidroxiantranilato dioxigenasa(oxidasa) L-triptfano dioxigenasa(triptfano pirrolasa),que utiliza hem.

LAS MONOOXIGENASAS( OXIDASAS DE FUNCION MIXTA,HIDROXILASAS) INCORPORAN SOLO UN ATOMO DE OXIGENO MOLECULAR HACIA EL SUSTRAROEl otro tomo de oxigeno se reduce ;para este producto se requiere un donador de electrones adicional o cosustrato(Z).A H + O2 + ZH2 A OH + H2O + ZLA CADENA RESPIRATORIA Y Fosforilacin oxidativa Se da en las mitocondrias, el sistema que aporta la energa para la sntesis de ATP por la ATPsintetasa utiliza el flujo de protones H+ para su activacin,lo que se conoce como cadena respiratoria o cadena de transporte de electrones.CADENA RESPIRATORIA La cadena est formada por una serie de enzimas diseadas por la evolucin para aceptar y ceder electrones, o sea, que su funcin es la de reducirse (aceptar electrones) y oxidarse (perder electrones). El aceptor final de los electrones que viajan por la cadena respiratoria es el oxgeno. De hecho, la mayor parte del oxgeno que nosotros respiramos se usa para aceptar los electrones que pasan por la cadena respiratoria; despus de que un tomo de oxgeno recibe dos electrones, ste reacciona con dos H+ y forma una molcula de agua.

Figura 1. Diagrama que muestra la convergencia del poder reductor (H2) desde molculas reducidas (aminocidos, glcidos y cidos grasos) hasta el oxgeno. Parte de la energa liberada se conserva como ATP.El ATP es un mononucletido que acumula la energaA travs de los transportadores de la cadena respiratoria ocurren reacciones de xido reduccin, que liberan la energa necesaria para la sntesis de ATP, segn se representa en la Figura 1. Esta molcula es el reservorio de energa comn en animales, vegetales, hongos y bacterias.El ATP est formado por adenina, ribosa y tres grupos fosfatos: es un nucletido trifosfato (Fig.2). Tambin son mononuclotidos, pero mono y difosfato, el AMP y el ADP.

la cadena respiratoria en las clulas eucariotas ocurre en mitocondrias

La mitocondria en un organelo presente en las clulas de vegetales, animales y hongos, es decir en todas las eucariotas. Su nmero por clula es variable, y est limitada por dos membranas, una externa y otra interna. Estas membranas delimitan dos espacios: la cmara externa o espacio intermembrana y la matriz En la membrana interna se localiza la cadena respiratoria, que consta de una serie de transportadores de electrones como el NAD, CoQ, citocromos y diversas enzimas. En las bacterias la cadena respiratoria est asociada a la membrana celular.

La cadena respiratoria siempre est asociada a una membrana, porque para su funcionamiento es necesario un ordenamiento espacial bien definido de los transportadores y protenas que la integran.

El ciclo de krebs

Fosforilacin oxidativa La fosforilacin oxidativa es la transferncia de elctrones de los equivalentes reducidos NADH y FADH, obtenidos en la gluclisis y en el ciclo de Krebs hasta el oxgeno molecular, acoplado con la snteses de ATP. Este proceso metablico est formado por un conjunto de enzimas complejas, ubicadas en la membrana interna de las mitocondrias, que catalizan varias reacciones de xido-reduccin, donde el oxgeno es el aceptor final de electrones y donde se forma finalmente agua.

La fosforilacin oxidativa es un proceso bioqumico que ocurre en las clulas. Es el proceso metablico final (catabolismo) de la respiracin celular, tras la gluclisis y el ciclo del cido ctrico. De una molcula de glucosa se obtienen 38 molculas de ATP mediante la fosforilacin oxidativa.Dentro de las clulas, la fosforilacin oxidativa se produce en las membranas biolgicas. En procariotas es la membrana plasmtica y en eucariotas es la membrana interna de las dos de que consta la mitocondrial. El NADH y FADH2, molculas donadores de electrones que "fueron cargadas" durante el ciclo del cido ctrico, se utilizan en un mecanismo intrincado (que implica a numerosas enzimas como la NADH-Q reductasa, la citocromo c oxidasa y la citocromo reductasa), gracias a la bomba H+ que moviliza los protones contra un gradiante de la membrana.

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