Objetivos Contest A Dos De Bio Energetic A Y Oxidoreduccion

GUÍA 1. Defina: Oxidación: es el proceso mediante el cual átomos traspasan electrones a otro átomo o molécula,(pérdida de electrones). La oxidación es movimiento, es cambio, es liberación de energía. Reducción: es el proceso electroquímico por el cual un átomo o ion gana uno o varios electrones Energía libre (G): es la porción de la energía total del sistema que es capaz de realizar trabajo útil. Los cambios en la energía libre se simbolizan como ΔG y representa la energía que queda disponible para trabajo químico útil: ΔG = ΔH - T ΔS en donde H es el contenido de calor; T es la temperatura y S es la entropía del sistema. Compuesto rico en energía: es aquel que cuando se rompe sus enlaces “ricos en energía”, sus productos adquieren formas más estables que el compuesto original. Potencial estándar de reducción (∆E°): es la medida de afinidad por los electrones. 2. Qué implica una reacción con: ∆G: negativo: es un proceso que transcurre de manera espontánea hacia el equilibrio en la dirección descrita, debido en parte a un aumento de la entropía o desorden del sistema. La reacción es exergónica. Ya que implica liberación de energía. ∆G positivo: es un proceso que transcurre de manera espontánea en la dirección inversa de la que esta descrita, debe aplicársele energía procedente de cualquier otra fuente para que pueda discurrir hacia el equilibrio. La reacción es endergónica.

∆G= 0: el proceso se encuentra en equilibrio y no existe un flujo neto en una u otra dirección de la reacción. 3. Cuánta energía se libera al hidrolizarse el ATP en ADP? Al hidrolizarse cada fosfato del ATP libera mucha energía, unas 12 kcal/mol en las condiciones celulares, y en condiciones experimentales, unas 7,3 kcal/mol. 4. Mencione dos compuestos con enlaces “rico-energéticos” mayores que el ATP. 1,3 difosfoglicerato y el fosfoenolpiruvato .Esto no estoy muy segura, porque el libro dice que pueden transferir su fosfato de elevada energía. 5. Si se tiene un par redox ( A y B), en donde el ∆E° para A= 0.17v y para B= -0,32v, n=2. Indique el ∆G para esa reacción.

-

Sería

suficiente

esta

energía

para

fosforilar

un

ADP

y

sintetizar ATP? Respuesta: ∆G = -n*F*∆E° donde: n = 2, F= constante de Faraday 96,5 KJ/mol ∆E° para A = -0.17v ∆G = -2*96.5 KJ/vmol * - 0.17 v

32.81 KJ/mol

∆E° para B = -0.32v ∆G = -2*96.5 KJ/vmol * - 0.32 v Aceptor – donador

61.76 KJ/mol

32.81 – 61.76 = -28.95 KJ/mol

No es suficiente porque se necesita -35.7 KJ/mol para sintetizar un ATP. 6. Esquematice la cadena respiratoria en la membrana interna de la mitocondria, indique: los integrantes de los complejos proteicos, los sitios del transporte de protones, los sitios de ingreso de los electrones por NADH y FADH2, el espacio intermembranal, la matriz mitocondrial. En la membrana mitocondrial interna se encuentran las proteínas transportadoras, principalmente los citocromos, que forman la cadena

respiratoria. Estas proteínas se ensamblan en cinco complejos multiproteícos, denominados I, II, III, IV y V. Complejo I, NADH-deshidrogenasa, NADH-coenzima Q reductasa o NADH-ubiquinona oxidoreductasa

Complejo II, Succinato deshidrogenasa o Succinatocoenzima Q reductasa

RECIBE LOS ELECTRONES DE LA RECIBE LOS ELECTRONES DE LA OXIDACIÓN DEL NADH Y LOS PASA A LA OXIDACIÓN DEL FADH2 Y LOS PASA A LA COENZIMA Q, LA CUAL SE DESPLAZA COENZIMA Q. LIBREMENTE A TRAVÉS DE LA MEMBRANA INTERNA MITOCONDRIAL. Complejo III, Citocromo c-coenzima Q oxidoreductasa o Complejo citocromo bc1 Recibe los electrones de la reoxidación del coenzima Q y los transfiere al citocromo c, en transportador electrónico proteico que también puede desplazarse por la membrana

Complejo IV o Citocromo oxidasa Acopla la oxidación del citocromo c con la reducción del oxígeno molecular a agua.

Las reacciones globales de los complejos I, II, III y IV son exergónicas y la energía liberada en ellas crea un gradiente de protones a través de la membrana interna mitocondrial al resultar los protones

bombeados al espacio intermembrana. Este gradiente de protones libera la energía suficiente para que tenga lugar la síntesis de ATP por la ATP sintasa. Complejo V o ATP sintasa Permite el retorno de los protones al espacio de la matriz mitocondrial a través de un canal específico. La energía liberada por este proceso exergónico impulsa la síntesis endergónica de ATP a partir de ADP y Pi

7. Cuál es el % de eficiencia de la cadena respiratoria? Porqué el NADH no entrega directamente los electrones al O2 sin tener que pasar por la cadena respiratoria? Respuesta: 8. Cómo se forma la fuerza protón-motriz y cuál es su importancia?

Respuesta: las mitocondrias pueden bombear protones desde la matriz hasta el espacio intermembrana. En las mitocondrias el valor de pH en el exterior es menor al de la matriz. Este gradiente de pH genera también un potencial eléctrico

debido al movimiento neto de

protones con carga positiva hacia el exterior a través de la membrana externa. El gradiente de pH y el potencial de membrana contribuyen ambos a producir un gradiente electroquímico de H+ denominado fuerza protón motriz. Es decir, en la mitocondria hay cargas positivas en el espacio intermembrana y cargas negativas en la matriz mitocondrial, esta diferencia de cargas que hay a través de la membrana es una fuerza que mueve los protones a querer volver a entrar a la mitocondria.

9. Cuál es la función del complejo Fo-F1? Porqué se dice que la

fosforilación

oxidativa

está

acoplada

a

la

cadena

respiratoria? Respuesta: Es un complejo proteico, los protones solo pueden entrar por ahí. Fo es una proteína integral de membrana, atraviesa la membrana de lado a lado. F1 tiene actividad enzimática, la cual es de ATPsintasa, generalmente se dice que es una ATPasa, fosforila un ADP para sintetizar ATP. Esta acoplada porque es necesaria la cadena respiratoria para que se dé la fosforilación oxidativa ya que si no hay transporte de electrones hacia el oxígeno, no va a ver transporte de protones hacia el espacio intermembranal. Cada 4 protones que pasan por el complejo Fo-F1 se sintetiza un ATP 10. Cuántos ATP se sintetizan por cada NADH que entrega sus electrones a cadena respiratoria y cuántos por cada FADH2? Respuesta:

Por cada NADH: 10 protones, 2.5 ATP Por cada FADH2: : 6 protones, 1.5 ATP 11. Cómo se regula la velocidad del transporte de electrones en la cadena respiratoria? Respuesta: La velocidad depende de las concentraciones de ATP y ADP. La misma concentración de ATP y ADP y la velocidad de transporte de e- hacia el oxígeno es un mecanismo clave en la regulación de la síntesis de ATP.

Asimismo el transporte de protones para que se de la fuerza

protón motriz y así estos ingresen hacia la formación de ATP depende la concentración de ATP y ADP. Si hay mucho ATP se hace más lento o disminuye el paso de e- por la cadena respiratoria. Se puede medir el consumo de oxígeno, la formación de agua o la síntesis de ATP para saber cuál es la velocidad de transporte de e-. Es entonces esa relación de ATP –ADP la que regula la velocidad con la que se da el transporte de e- y la cantidad de fuerza protón motriz para la síntesis de ATP. Si hay poco ATP y mucho ADP (porque el ATP se degrada) se internaliza una señal y aumenta la velocidad de transporte de e-.Nunca se va a tener un exceso de ATP o de nucleótidos en grandes cantidades porque siempre se está nivelando y disminuyendo cuando se necesita. 12. Cuál es la diferencia entre un inhibidor y un desacoplante de la cadena respiratoria? Respuesta: Un inhibidor son sustancias que bloquean el paso de los e-. Un desacoplante sería el que no permite el acoplamiento (una cosa no se puede dar sin la otra).

13. Cuál es el efecto sobre: a) consumo de O 2; b) síntesis de H2O: c) síntesis de ATP de los siguientes compuestos: a. Rotenona:

La rotenona es un compuesto producido por plantas tóxico que inhibe el paso de los e- del complejo I al complejo Q. Si se mide consumo de oxígeno en presencia y en ausencia de rotenona se ve que no se inhibe del todo porque todavía entraba FADH2 al complejo II. La formación de agua disminuye y la síntesis de ATP disminuye al igual que la del oxígeno. b. Antimicina A: La antimicina A es otro compuesto producido por ciertos hongos e inhibe el complejo III (entre el citocromo B y el C1), lo cual bloquea el consumo de oxígeno, se bloquea el paso de e-; la síntesis de ATP se detiene. No hay paso de protones tampoco. Por lo tanto se bloque el consumo de O2, síntesis de H2O y síntesis de ATP. c. Azida de Sodio: Actúan entre el complejo IV y la entrega de los e- al oxígeno. No se forma agua directamente. Todo se bloquea porque los complejos se quedan con los e-. Son muy tóxicos, no sólo afecta la respiración celular sino que desplaza el oxígeno en la hemoglobina y se une al grupo hem. No hay síntesis de ATP, consumo de O2 ni producción de agua. d. 2,4 dinitrofenol: Es un desacoplante de la cadena respiratoria. Si no hay fuerza protón motriz no hay síntesis de ATP porque los e- no van a querer entrar. Se dice que este compuesto adelgaza porque transporta protones del espacio intermembranal hacia la matriz mitocondrial. Ese gradiente se disipa, ya no hay cambio de pH ni diferencia de cargas. Si no hay gradiente y lo protones no entran por F0 y F1 se diminuye la concentración de ATP, aumenta la cadena respiratoria, los e- vienen del metabolismo de carbohidratos y de los ácidos grasos y las personas se enflaquecen. Empezaron a morir ciertas personas porque

había aumentos drásticos de temperatura. Esto comprobó que la fosforilación oxidativa está acoplada a la cadena respiratoria. e. Oligomicina: es un componente que bloquea el ingreso de protones y la síntesis de ATP, la cadena de paso de e- podría aumentar pero llega un momento en el que se bloquea porque no pueden pasar los e- al oxígeno. 14. Cuáles traslocasas son indispensables para que se realice la fosforilación oxidativa? Qué tipo de transporte realizan? Respuesta: La síntesis continuada de ATP en la matriz mitocondrial requiere que el ADP citosólico formado durante las reacciones que consumen energía sea transportado de nuevo a través de la membrana interna a la matriz, en donde se convierte en ATP. De modo parecido, el ATP recién sintetizado se ha de transportar hacia el citosol a través de la membrana interna para responder a las necesidades energéticas de la célula. Este intercambio de nucleótidos de Adenina, que son moléculas

hidrofílicas

muy

cargadas

esta

catalizado

por

una

nucleótido de adenina translocasa muy específica localizada en la membrana interna. Se sugiere que la enzima esta alternativamente de cara a la matriz o de cara al espacio intermembrana durante el proceso de transporte. La traslocasa favorece el movimiento hacia fuera del ATP y hacia adentro de ADP. (antiporte). Una segunda traslocasa es la fosfato traslocasa, que transporta fosfato citosólico al interior de la matriz junto con un protón. Este cotrasnporte paralelo también necesita el gradiente de protones ya que transporta fosfato y protones a la matriz. Este transporte de ADP y fosfato requiere una fracción

significativa

de

la

energía

presente

en

el

gradiente

electroquímico producido durante la transferencia electrónica. Así, la fuerza protón motriz proporciona energía para la síntesis de ATP por la ATP

sintasa

así

como

necesarios.(simporte)

para

la

captación

de

los

sustratos

Las proteínas translocasas que son muy importantes para el mantenimiento de la materia prima. Si el ADP se une al P para formar ATP necesito ambos componentes; de nada me sirve sintetizar ATP si ese ATP se queda ahí y no va al citoplasma. Mecanismo que saca el ATP y mete el ADP es un mecanismo antiporte. También necesitamos grupos fosfato que van a favor del gradiente de protones y es un mecanismo simporte. En la matriz mitocondrial es donde se dan la mayoría de oxidación de los compuestos. 15. Qué es la UCP-1, dónde se encuentra, cómo se activa y por qué su activación produce calor? Respuesta: Las proteínas desacoplantes (UCP, Uncoupling Carrier Protein) son miembros de la superfamilia de proteínas transportadoras de la mitocondria. Se

encuentran en

la

membrana

interna de

la

mitocondria y actúan en la cadena respiratoria desacoplando la síntesis de ATP, produciendo en su defecto liberación de calor. UCP1 (termogenina) presente en tejido adiposo pardo (TAP), fue la primera descripta en la década del ´70 luego de numerosos estudios acerca de la baja eficiencia energética de la gran cantidad de mitocondrias presentes en los adipocitos del TAP, se descubre que cumplen un rol importante en la producción de calor (termogénesis). Su función esta relacionada entonces, con la termogénesis adaptativa y la regulación del peso. Es activada en respuesta al frío y la sobrealimentación. Y disminuye su activación en respuesta al ayuno.