Chapter 18 QUIMICA BIOLOGICA II Bioenergética Metabolismo 2013 Dra. Ma. Victoria Aguirre Prof. Titular Qca Biológica II FaCENA UNNE

Outline Objetivos * Distinguir las etapas y características del metabolismo * Destacar la importancia de las reacciones redox en bioenergética Conocer las propiedades del ATP Describir las etapas y el funcionamiento de la cadena respiratoria

Why are both Photosynthesis and Cell Respiration important to Ecosystems? Light is the ultimate source of energy for all ecosystems Chemicals cycle and Energy flows Photosynthesis and cellular respiration are opposite reactions

Metabolism El metabolismo comprende: CATABOLISMO ANABOLISMO ANFIBOLISMO

Organization in Pathways VIAS  pasos secuenciales de reacciones químicas Las enzimas pueden estar: Aisladas Formando un complejo multienzimático Integradas a membranas

Reacciones redox en el Metabolismo NAD+ recolecta electrones liberados en el catabolismo Catabolismo es oxidativo – los substratos pierden equivalentes reductores, usualmente H+ Anabolismo es reductivo - NADPH provee el poder reductor (electrones) para las reacciones

La respiración celular es un conjunto de reacciones REDOX C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O Oxidación es la pérdida de electrones o H+ Reducción es la ganancia de electrones o H+ La Glucosa se oxida cuando los e- y H+ se transfieren a las coenzimas NAD+ y FAD . La Glucosa se oxida en una serie de pasos redox de manera de liberar de a poco la E para formar ATP. OXIDACION (Reduction) REDUCCION

Coenzimas de Nicotinamida Transfieren 2 electrones Transfieren un ión hidruro (H-) desde y hacia los diferentes sustratos Dos importantes coenzimas son: Nicotinamida adenin dinucleotido (NAD+) Nicotinamida adenin dinucleotido fosfato (NADP+)

NAD+/ NADH + H+

Nucleótidos de flavina Formas activas de la vitamina B2 Comprenden: Flavin mononucleotido (FMN) y flavin adenina dinucleotido (FAD)

Phosphoric Acid Anhydrides ¿Por qué el ATP es la molécula mas importante de intercambio energético? La gran liberación de E libre de hidrólisis se debe a: Repulsión electrostática de grupos Estabilización de los productos por solvatación y resonancia Posición intermedia de las DG de hidrólisis Efecto quelante del Mg2+ Efecto del pH sobre los productos ionizados

Partes de la Mitocondria

CADENA DE TRANSPORTE ELECTRONICO

Isoalloxazine FMNH (semiquinone) FMNH2 (hydroquinone) 2H+ 2e- -H+, -e- 1 5 Isoalloxazine 2H+ 2e- -H+, -e- H FMNH (semiquinone) H FMNH2 (hydroquinone) -H+, -e-

+ 1 e- - + 1 e-, +2H+ Isoprenoid unit Semiquinone ( Q- ) H Ubiquinol ( QH2 )

Citocromos Proteínas que contienen HEM Clasificadas como a, b o c según el espectro de absorción característico La CTE consta de los citocromos : a- a3, b566 (bL) - b562 (bH). c y c1 Transportan un electrón por Fe hémico a, a3, b566,, b562,, y c1 son proteínas integrales de membrana c es una proteína de membrana periférica sobre la cara externa de la membrana mitocondrial interna

Standard redox potentials of mitochondrial oxidation-reduction components Substrate or complex Eo’ (V) NADH -0.32 Complex I FMN Fe-S clusters -0.30 -0.25 - -0.05 Succinate + 0.03 Complex II FAD 0.0 -0.26 – 0.00 QH2/Q +0.04 Complex III Cyt B560 Cyt b566 Cyt c1 +0.28 - 0.1 + 0.05 + 0.22 Cytochrome c + 0.23 Complex IV Cyt a CuA Cyt a3 CuB + 0.21 + 0.24 + 0.39 + 0.34 O2 + 0.82

COMPLEJOS DE LA CADENA DE TRANSPORTE Complejo I: NADH-Q reductasa DE0' = + 0.32 V DG = -70 kJ/2e-  Posee por lo menos 34 polipéptidos FMN, 2Fe-2S y centros 4Fe-4S , la CoQ se mueve por la MMI MW = 880kD Resultado neto 2 e- se transfieren del NADH a la CoQ y 4 H+ de matriz al espacio intermembrana

Complejo II: Succinato deshidrogenasa-Q reductasa   DE0' = + 0.015 V DG = -2.9 kJ/2e- Posee : FAD, un centro Fe-S Sitio de descarga de glicerol 3-P deshidrogenasa Resultado neto : Transporte de 2 e- desde FADH2 a la CoQ Sin translocación de protones

Complejo III: Citocromo C reductasa DE0' = + 0.25 V DG = -37 kJ/2e- Posee: Citocromo b (bL and bH), Citocromo c1, proteínas Fe-S no hémicas y otras proteínas adicionales   Resultado neto: Transporte de 2 e- de CoQH2 al citocromo c 2 H+ son capatados desde matriz y 4 H+ se traslocan al espacio intermemebrana 

Complejo IV: Citocromo oxidasa DE0' = + 0.57 V DG = -110 kJ/2e- Posee: 10 subunidades, Citocromos a y a3, Resultado neto: Pasan 4 e- desde 4 citocromos c para formar 2 H2O Se captan 4 H+ de matriz y se translocan 2 H+ al espacio intermembrana 

Espacio intermembrana Cadena de transporte electrónico H+ H+ H+ H+ C III Cyt c Cyt c C I C IV CoQ CoQ e- H2O NADH + H+ H+ 2H+ + ½ O2 H+ H+ NAD Resumen de los H+ translocados por cada par de electrones Complejo Matriz Espacio intermembrana I -5 +4 III -2 IV -4 +2 II

Inhibidores de CTE y desacoplantes de la fosforilación oxidativa