Daniela Berenice León Medina Sec:15

Daniela Berenice León Medina Sec:15

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Oxidación: El termino oxidación se refie refiere re a la combinación del oxígeno con otro elemento; proceso mediante el cual hay perdida aparente de electrones de un átomo o un ion. Muchas reacciones de oxidación oxidación que

ocurren en el metaboli metabolismo smo se realizan por perdida de hidrogeno.. Una reacción de oxidación hidrogeno oxidación puede pue de ocurrir por cualquiera de estos tres mecanismos: Ganancia de oxígeno

Pérdida de hidrógeno

Pérdida de electrones

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Reducción: Proceso mediante el cual los átomos o iones adquieren electrones. Los hidrógenos o electroness que una molécula pierde otra molécula lo electrone debe ganar; una se oxida y la otra se reduce ( Reacción de óxido-reducción) Pérdida de oxígeno

Ganancia de hidrógeno

Ganancia de electrones

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POTENCIAL DE OXIDO-RE XIDO-REDUCC DUCCION: ION: El voltaje de los electrones que fluye f luye de una semicélula se le llama potencial de oxidoreducción o fuerza electromotriz. La La facilidad con la que un donador de electrones ( Agen  Agente te elect rones a un aceptor electrónico reductor) cede sus electrones ( Age  Agente nte oxidant oxidante e) se expresa como potencial redox del sistema; sis tema; se determina en voltios. voltios.

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El trabajo eléctrico producido será el resultado de la diferencia de potencial (E) por el número de electrones (N) transportados. Si el número de electrones expresa el número de moles (n) y la carga de un mol de electrones en faradios (F ) el trabajo eléctrico útil será igual al cambio de energía. F = -nF ΔF ΔF= cambio de energía libre F = equivalente de faraday 

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La energía liberada durante la oxidación de los nutrimentos energéticos se aprovecha en las mitocondrias en forma de H o electrones. SISTEMA DE TRANSFERENCIA de H y electrones catalizada por proteínas enzimáticas en la membrana mitocondrial interna. Los equivalentes reductores son extraídos de los sustratos del ciclo de Krebs o la β-oxidación de ácidos grasos y  transportados a través de la cadena hasta el ultimo aceptor de electrones, el oxigeno molecular para formar agua

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 Aquí se produce la mayor parte de la energía derivada de la respiración. Existen transportadores de electrones de la cadena respiratoria y los componentes generadores de ATP. El número de mitocondrias de un tejido refleja el grado de actividad metabólica aeróbica de el mismo

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Están formadas por una membrana externa y una membrana interna con muchas invaginaciones llamadas crestas mitocondriales. La membrana externa es muy sencilla esta compuesta el 50% por Fosfolípidos y colesterol y el 50% de proteínas, proteínas porina y contienen enzimas. La membrana interna constituida por 80% de proteinas y contiene todas las enzimas que intervienen en la cadena respiratoria, deshidrogenasas y sistema de sustrato y metabolicos entre el citosol y la matriz mitocondrial

N  A  D FP

 A  T P

C o Q

b

C1

 A  T P

c a

1

a3

3-4

o2

 A  T P

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Posee su propio DNA  Es impermeable a sustancias polares El numero de crestas es proporcional a la actividad metabólica de la célula. Espacio intermembranal Matriz mitocondrial es rica en enzimas, las del ciclo de Krebs, β-oxidación, DNA circular, ribosomas y  enzimas para la biosintesis de proteinas, codificadas por el genoma mitocondrial

Crestas mitocondriales Matriz mitocondrial

Cit b5 Cit b5 reductasa MAO  Acil-CoA sintetasa S. E. para elongacion de los a. grasos  Α -glicerofosfato  Acil transferasa Fosfolipasas Nucleosido difosfocinasa Fosfocolina transferasa

Piruvato deshidrogenasa Citrato sintetasa  Aconitasa Isocitrato deshidrogenasa α -Cetoglutarato Deshidrogenasa Fumarasa Malato deshidrogenasa Ornitina transcarbamilasa Carbamil fosfato sintetasa Glutamato deshidrogenasa  Aspartato aminotransferasa  Acil-CoA deshidrogenasa Enoil-CoA hidratasa β -OH Acil-CoA deshidrogenasa Tiolasa Citocromos (b, c1, c, a, a3) NADH-deshidrogenasa Ubiquinona  ATPasa, ATP sintetasa, FoF1 Flavoproteinas Β-OH butirato deshidrogenasa S. De elongacion de a. grasos, translocasas o permeasas especificas

M. externa

Espacio intermembranal  Adenilato cinasa Nucleosido difosfocinasa

M. interna

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El proceso consiste en la transferencia de sustratos reducidos que cederán, primero sus hidrógenos y luego los electrones hasta el oxígeno como aceptor final. Deshidrogenasas: Thuberg, inicio de la cadena respiratoria. Coenzimas de oxidorreducción:  Algunas deshidrogenasas poseen como coenzimas a derivados de la vitamina nicotinada. Nicotinamida adenina nucleótido(NAD+) Coenzima de deshidrogenasa es el NADP+; contiene un fosfato mas en la ribosa adenílica

Muchas deshidrogenasas utilizan coenzimas derivadas de la vitamina B2(rivoflavina) como son el flavin mononucleótido (FMN) y el flavin-adenín-dinucleótido (FAD)

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La CoQ (uboquinona) sirve como transportador movil que opera con deshidrogenasas ligadas a flavina como la NADH deshidrogenada. La coenzima Q no se une a proteinas, se aloja en la zona hidrofobica de la bicapa lipidica de la membrana int. Puede actuar como portador de electrones.  Acepta hidrógenos y se reduce a dihidroquinona (CoQH2), al reoxidarse cede 2 electrones al sistema de citocromos quedando dos protones libres en el medio. Los equivalentes de reducción (H) se extraen de los sustratos en el ciclo de Krebs, β-oxidación de ácidos grasoso indirectamente de la glucolisis y se dirige secuencialmente a su potencial redox.

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Los equivalentes de reducción se introducen a nivel de NAD+ o CoQ a partir de las reacciones de las deshidrogenasas ligadas a NAD+ o FAD. Este sistema de transporte esta dispuesto de tal manera que los miembros reducidos de los pares redox se oxidan por el miembro oxidado del siguiente componente del sistema

S-H educido

S xidado

NAD+

NADH

FMNH2

FMN

CoQ

FADH2

CoQ-H2

S-H2

Citocromos

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Los equivalentes reducidos (H) provenientes del sustrato de ciclo de Krebs, β-oxidación y otras vías metabólicas son catalizados por deshidrogenasas y llegan a la cadena transportadora.

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Son una clase de hemoproteinas que contiene hierro; este se encuentra altamente oxidado (Fe3+) o reducido (Fe2+) en la transferencia de electrones hacia el aceptor del oxígeno. El orden que actúan transportando electrones: Cit b cit c1 cit c cit a cit a3

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En las reacciones de transferencia de H del NADH a la CoQ se transportan 2 H (2 protones y 2 electrones)  Al llegar a la CoQH2 (dihidroquinona) se continúan transportando 2 electrones por los citocromos , pero un par de protones (H) se liberan al espacio intermembranal, el cual se acidifica. El transporte se inicia al ser captados por el citocromo b; el hierro oxidado (Fe3+) al aceptar un e- se transforma en hierro reducido (Fe2+)

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Durante la transferencia de H y e- desde NADH/NAD a la molécula de oxígeno se produce un descenso de potencial redox de 1.14V ; se produce un cambio de energía libre de 52.6 Kcal por mol. En reacciones de la cadena existe un sistema fosforilante acoplado que permite la síntesis de ATP, y  el resto de la energía liberada se pierde en forma de calor.

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El oxígeno determina el flujo eléctrico . Finalmente llegan al oxígeno 2 electrones que completaran su orbital con 8, pero lo dejan con carga negativa. ½ O2 + 2e½ O2= Los H producidos al ceder la CoQH2 los 2 e- de cada H al cit b son captados por el oxígeno iónico y forman agua: ½ O2-2 + 2H H2O

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La célula cuenta con 2 mecanismos generadores de  ATP que son:  A partir de compuestos con un contenido de energía mayor que ATP, Fosforilación a nivel de sustrato. Fosforilación oxidativa acoplada a la cadena respiratoria.

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 A nivel de sustrato: Intermediarios ricos en energía como el 1.3difosfoglicerato y fosfoenolpiruvato pueden transferir su fosfato de alta energía al ADP en reacciones catalizadas por la fosfogliceratocinasa y  piruvatocinasa. Dando como resultado la síntesis de  ATP.

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El flujo de electrones está íntimamente acoplado al proceso de fosforilación. Esto, en un sentido, impide el desperdicio ya que los electrones no fluyen a menos que exista la posibilidad de formación de fosfatos ricos en energía. Si el flujo de electrones no estuviera acoplado a la fosforilación, no habría formación de ATP y la energía de los electrones se degradaría en forma de calor. Puesto que la fosforilación del ADP para formar ATP se encuentra acoplada a la oxidación de los componentes de la cadena de transporte de electrones, este proceso recibe el nombre de fosforilación oxidativa. En tres transiciones de la cadena de transporte de electrones se producen caídas importantes en la cantidad de energía potencial que retienen los electrones, de modo que se libera una cantidad relativamente grande de energía libre en cada uno de estos tres pasos, formándose ATP.

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Fosforilación de ADP para dar ATP utilizando la energía liberada en la oxidación de las coenzimas de la cadena respiratoria. Los sitios de fosforilación son aquellos donde en la cadena respiratoria el cambio de energía libre es suficiente para permitir la síntesis de ATP acoplada al transporte eléctrico.

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(Slater, 1953) la naturaleza se imita a si misma; postula que la fosforilación se lleva acabo de una manera similar a la que ocurre a nivel de sustrato en la glucolisis. Existencia de un intermediario químico muy inestable como un potencial energético que actuaria como intermediario entre la c.r. y la síntesis de ATP. Sino hay ADP el intermediario no podría ceder su fosfato con la consecuente inhibición de la respiración.

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(Boyer-Chance, 1964) considera que como consecuencia del transporte eléctrico se libera energía que de alguna manera induce un cambio conformaional en la una proteína membranal. Haciendo que la proteína se coloque en un estado energético alto el cual vuelve a su estado normal cediendo su energía al ADP y Pi para formar ATP

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(Peter Mitchell 1961,1981)(Lehninger 1984) Compara los sistemas generadores de energía de la membrana mitocondrial con una batería electroquímica común; la energía se almacena en compartimientos debido ala separación de cargas, se puede establecer un gradiente electroquímico de protones a través de la membrana mitocondrial int. Durante el transporte electrónico.

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La membrana mitocondrial int. Es impermeable a protones. La cadena respiratoria esta situada en la estructura de la membrana, favorece la expulsión de protones. La síntesis de ATP se realiza en las partículas submitocondriales que funcionan con ATP sintetasa. Las partículas se activan por el retorno de protones al interior de la mitocondria del espacio intermembranal. Existencia de un sistema de difusión, que tiene por objeto disipar el gradiente de pH, sin eliminar el potencial de membrana.

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LA SINTESIS DE ATP TIENE LUGAR SIEMPRE QUE EXISTA UN GRADIENTE PROTÓNICO . Según este modelo, el transporte de electrones paso a paso, desde el NADH o el FADH2 hasta el oxígeno a través de los transportadores de electrones, da por resultado el bombeo de protones a través de la membrana mitocondrial interna hacia el espacio entre las membranas mitocondriales interna y externa.

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Este proceso genera un potencial de membrana a través de la membrana mitocondrial interna, ya que el medio que ocupa el espacio intermembranoso se carga positivamente. La diferencia en concentración de protones entre la matriz y el espacio intermembranoso representa energía potencial, resultado en parte de la diferencia de pH y en parte de la diferencia en la carga eléctrica de los lados de la membrana. Cuando los protones pueden fluir de regreso a la matriz, descendiendo por el gradiente protónico, se libera energía utilizable en la síntesis de ATP a partir de ADP y Pi.

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Los protones regresan a la matriz a través de conductos especiales situados en la membrana interna. Estos conductos están dados por un gran complejo enzimático, llamado ATP SINTETASA. Este complejo consta de dos proteínas: F0 y F1. Las partículas F0 están incluidas en la membrana mitocondrial interna y la atraviesan desde afuera hacia adentro. Se presume que poseen un conducto o poro interior que permite el paso de los protones. Las partículas F1 (que ya habíamos mencionado, al describir la estructura mitocondrial) son proteínas globulares grandes consistentes en nueve subunidades polipeptídicas unidas a las partículas F0 en el lado de la membrana que linda con la matriz.

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Se comprobó que propulsa la síntesis de ATP a partir de ADP y Pi. Conforme los protones descienden a lo largo del gradiente de energía, dicha energía utiliza para sintetizar ATP. De esta manera, el gradiente protónico que existe a través de la membrana mitocondrial interna acopla la fosforilación con la oxidación.