Bioenergética y metabolismo

Bioenergética y Metabolismo Oxidativo
La oxidación de los combustibles metabólicos es fundamental para la vida. La mayor parte de la energía se obtiene por las reacciones de oxidación-reducción que ocurren en las mitocondrias.
Oxidación como fuente de energía. La oxidación del combustible se divide en dos estadíos generales: 1. Producción de coenzimas de nucleótidos reducidos durante oxidación y2. Síntesis de ATP a partir de energía libre proporcionada por la oxidación de estas coenzimas reducidas.
Energía Libre de Gibbs (∆G). Cantidad máxima de energía que puede obtenerse a partir de una reacción a temperatura y presión constantes. Sus unidades son: kcal/mol (kJ/mol). La ecuación de Gibbs es: ∆G°´=- RT InK´eq.
Conservación de la energía por acoplamiento del ATP. Casi la mitad de laenergía obtenida en la oxidación de los combustibles metabólicos se canaliza hacia la síntesis de ATP que es la moneda de cambio de energía de los seres vivos. El ATP esta conformado por una base púrica, adenina, azúcar de cinco carbonos, ribosa y grupos fosfato α, β y γ. Tiene dos enlaces de anhídrido de alta energía, porque su hidrólisis produce una variación negativa de energía libre. Alutilizar el ATP en trabajo metabólico los enlaces de energía se rompen y el ATP se convierte en ADP o AMP. Las principales coenzimas de oxidación-reducción que participan en la transducción de energía de los combustibles al ATP son NAD+ (nicotinamida-adenina-dinucleótido), FAD (flavina-adenina-dinucleótido) y FMN (flavina-mononucleótido). Durante el metabolismo de la energía, se transfieren loselectrones de los carbohidratos y las grasas a estas coenzimas y pasan a sus formas reducidas: NADH, FADH2, y FMNH2).
Síntesis mitocondrial del ATP a partir de las coenzimas reducidas. La producción de energía a partir de los ácidos grasos ocurre solo en la mitocondria. En la membrana interna de la mitocondria ocurre la fosforilación oxidativa, que es el proceso en que se oxidan las coenzimas denucleótido reducidas y se sintetiza ATP.
Sistema mitocondrial de transporte de electrones. También se le llama cadena de transporte de electrones o cadena respiratoria, se localiza en la membrana mitocondrial interna. Esta formado por varios complejos de proteínas grandes y por dos pequeños componentes independientes: ubiquinona y citocromo c. Los electrones son conducidos a través de un sistema en unasecuencia definida y son canalizados hacia la cadena de transporte de electrones por diversas flavoproteínas.
Las flavoproteínas contienen grupos prostéticos FAD o FMN. Estos contienen la vitamina hidrosoluble riboflavina. La deficiencia de riboflavina altera la función de las flavoproteínas. La ubiquinona (coenzima Q10) transfiere electrones al complejo III. Los complejos hierro- azufre participanen las reacciones tipo redox.
Complejo III citocromo c-reductasa. Los electrones de la ubiquinona son transferidos a través de dos clases de citocromo b, a un centro FeS, al citocromo c1, y finalmente al citocromo c; éste proporciona la suficiente variación de energía y de bombeo de protones para sintetizar cerca de un mol de ATP.
Complejo IV. Citromo c-oxidasa se encuentra como dímero en lamembrana mitocondrial. El cobre es un componente común de enzimas oxidasas. Los citrocromos son proteínas que contienen grupos hemo.
Gradiente de protones y síntesis de ATP. Según la hipótesis quimiosmótica, las mitocondrias producen ATP utilizando la energía libre procedente del gradiente de protones.
Relaciones P:O y control respiratorio. Esta relación es una medida del número de fosfatos de altaenergía (es decir, de la cantidad de ATP) sintetizados por cada átomo de oxígeno (1/2 O2) consumido o por cada mol de agua producido.
La relación P:O se puede calcular a partir de la cantidad de ADP utilizado para sintetizar ATP y de la cantidad de oxígeno captado por las mitocondrias. En condiciones normales la oxidación y la fosforilación están muy acopladas: los sustratos se oxidan, los...