UNIVERSIDAD DE CARABOBO FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD ESCUELA DE MEDICINA “DR. WITREMUNDO TORREALBA” DEPARTAMENTO DE BIOQUÍMICA Y FISIOLOGÍA SEDE ARAGUA.

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1 UNIVERSIDAD DE CARABOBO FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD ESCUELA DE MEDICINA “DR. WITREMUNDO TORREALBA” DEPARTAMENTO DE BIOQUÍMICA Y FISIOLOGÍA SEDE ARAGUA BACHILLERES: José Pérez Eleanny Pérez Kimberley Pernia PROFESORA: MARTHA PERNALETE MAYO, 2012 Producción Aeróbica de ATP

2 Objetivos específicos: 8- Aplicar el concepto de potencial redox para predecir la direccion de flujo de electrones en una reacción de oxido reducción. 9- Aplicar la relación matemática entre el potencial redox y la variación de energía libre para la resolución de problemas bioquímicos. 10- Analizar la importancia de la cadena respiratoria como proceso exergonica en los organismos aeróbicos.

3 -Potencial estándar de reducción, para redox. Dados 2 pares redox, calculo de la diferencia de potencial estándar de reacción. - Relación matemática entre la variación de energía libre estándar y la diferencia de potencial estándar, de reducción. - Calculo de la variación de energía libre estándar que ocurre por el flujo de electrones a través de la cadena respiratoria y compararla con la cantidad de energía que se necesita para sintetizar 3 moles de ATP. - Secuencia de transportadores electrónico y análisis de las diferencias de potencial redox entre los intermediarios. Contenido

4  REACCIÓN OXIDACIÓN-REDUCCIÓN: - DONANTE (REDUCTOR) - ACEPTOR (OXIDANTE) http://docencia.izt.uam.mx/japg/RedVirtualJAP /CursoDRosado/3_EnzimologiayBioenergetica/ 4Potencial-Redox.pdf

5  DIRECTAMENTE COMO ELECTRONES  EN FORMA DE ÁTOMOS DE HIDRÓGENOS  EN FORMA DE ION DE HIDRURO  COMBINACIÓN DIRECTA CON EL OXÍGENO Lehninger. cuarta edición

6  UNA MOLÉCULA A SIDO OXIDADA CUANDO GANA OXÍGENO Y PIERDE HIDRÓGENO  UNA MOLÉCULA A SIDO REDUCÍDA CUANDO PIERDE OXÍGENO Y GANA HIDRÓGENO Equilibrio Redox pdf.

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8  CO 2 REDUCIDO GANAR ELECTRÓNES  H 2 O OXIDA PERDER ELECTRÓNES ALMACENAN ENERGÍA LIBRE PRODUCIDA POR LA OXIDACIÓN DE LOS CARBOHIDRATOS Y DE OTROS COMPUESTOS ORGÁNICOS EN FORMA DE ATP. OBTIENE LA ENERGÍA DE REACCIONES INTRAMOLECULARES DE OXIDACIÓN DE DISTINTAS MOLESCULAS ORGÁNICAS. http://docencia.izt.uam.mx/japg/RedVirtualJAP/CursoDRosado/3_EnzimologiayBioenergetica/4Pot encial-Redox.pdf

9 LAS CELULAS VIVAS TIENE UN “CIRCUITO”BIOLÓGICO ANÁLOGO CON UN COMPUESTO RELATIVAMENTE REDUCIDO TAL COMO ES LA GLUCOSA COMO FUENTE DE ELECTRONES. Lehninger. cuarta edición

10  SEMICELDA: ES UN CONJUNTO FORMADO POR EL RESIPIENTE QUE CONTIENE SUMERGIDO EL METAL EN SU FORMA NORMAL (REDUCIDA) Equilibrio Redox pdf.

11 TAL ES EL CASO DEL NADH, NADPH, FMN Y FAD SON COENZIMAS HIDROSOLUBLES QUE EXPERIEMENTAN OXIDACIÓN Y REDUCCIÓN REVERSIBLES EN MUCHAS DE LAS REACCIONES DE TRANFERENCIA DE ELECTRONES.  EL NICOTINAMIDA ADENINA DINUCLEOTIDO (NAD+ EN SU FORMA OXIDADA )  LA NICOTINAMIDA ADENINA DINUCLEOTIDO FOSFATO (NADP+) Lehninger. cuarta edición

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13  MAS NEGATIVO, MAYOR SERA LA TENDENCIA DEL COMPONENTE REDUCTOR A PERDER ELECTRONES.  MAS POSITIVO, MAYOR SERA LA TENDENCIA DEL COMPUESTO OXIDANTE A ACEPTAR ELECTRONES http://docencia.izt.uam.mx/japg/RedVirtualJAP/CursoDRosado/3_EnzimologiayBioener getica/4Potencial-Redox.pdf

14 G E G= -n FE o n: número de electrones transferidos o F: constante de Faraday (96.5kj) o E: estándar del aceptor de electrones menos el estándar del donador de electrones G = -n F [E( aceptor)- E (donador )] ‘ http://docencia.izt.uam.mx/japg/RedVirtualJAP/CursoDRosado/3_EnzimologiayBioenergetica/4Potencial-Redox.pdf

15 E O L S O R E S U D E P T E E T L I C F E A F A F C T L N C N N X U K U C C K D T D H J I I L X A E L O A O Y Z D R N O L N W M Z X W P O T E N

16 Diferencias entre pares redox. A oxi + B red A red + B oxi Par A E = + 250 mV Par B E = - 415 mV Cuanto mayor (positiva) sea la ∆E 0´ mas hacia la derecha estará desplazada esta reacción en el equilibrio. Lehninger. cuarta edición

17 Cambios de energía libre en las reacciones de Oxidación – Reducción.

18 Bioquímica Mathews 3ra edición Cambios de energía libre en condiciones estándar. Acetaldehído + NADH + H + Etanol + NAD+ NAD + + 2H + + 2e- NADH + H + Acetaldehído + 2H + + 2e- Etanol Las 2 semireacciones, escritas en la direccion de la reducción: E ’o : -0.320 VE ’o : -0.197 V

19 ΔE´o: -0.197V – (-0.320V) + = +0.123V El cambio de energía libre estándar viene dado por: ΔG°´: -nFΔE´o = -2(96.5kJ/V-mol)(+0.123V)= -23.74 kJ/mol Es una reacción muy EXERGONICA, esta favorecida en la direccion en que se ha escrito. Lehninger. cuarta edición

20 ¿Cómo haríamos si no fuera estándar? Digamos que: Acetaldehído/NADH: 1,00M Etanol/ NAD + : 0,100M E= E ’o + (RT/nF) In (aceptor e-/dador e-) E= E ’o + (0.026V/n) In (aceptor e-/dador e-) E= -0.197 + (0.026v/2) In (1M/0,100M) E= -0.320 + (0.026v/2) In (1M/0,100M) E: -0.167 VE: -0.350 V ΔE: -0.167 V – (-0.350V) = +0.183V ΔG= -nF ΔE jjggggggggggggggggggggggggggg = -2(96,5 kJ/V – mol)(0.183V) = -35,3 kJ/mol Lehninger. cuarta edición

21 ¿Qué tal otro ejercicio? Hecho por ustedes!!! Piruvato + FADH2 Lactato + FAD + Piruvato + 2H + + 2e- Lactato FAD + + 2H + + 2e- FADH E ’o : -0.19 VE ’o : -0.22 V Que el numero 9 de la lista… Escoja a alguien de la 2da fila. ΔE ’o = -0.19 – (-0.22) = 0.03V jjggggggggggggggggggggggggggg ΔG°´: -nFΔE´o = ΔG°´: -2(96.5kJ/V-mol)(0.03V)= -5.79 kJ/mol ΔE ’o = -0.19 – (-0.22) = 0.03V

22 ¿Cuánta energía produce la cadena respiratoria para la síntesis de ATP? Cada reacción redox individual de la secuencia es exergonica en condiciones estándares. Así pues para los electrones que entran en la cadena respiratoria en forma de NADH, la secuencia global de la reacción viene dada por la siguiente ecuación: ΔG°´: -nFΔE´o = -2(96.5)(0.82v-(-0.32v)= -220 kJ/mol Lehninger. cuarta edición

23 ¿Cuánta ATP se puede obtener de esa energía? La oxidación de 1mol de NADH en la cadena respiratoria se produce simultáneamente con la síntesis de unos 3 moles de ATP a partir de ADP y Pi La hidrólisis de 1 mol de ATP es: -30.5kJ/molLa síntesis de 3 mol de ATP requerirían: 91.5kJ/molEl total seria: 220/30.5 = 7.5 ATP Bioquímica Mathews 3ra edición

24 La cadena respiratoria está formada por una serie de transportadores de electrones situados en la cara interna de las crestas mitocondriales, En las bacterias que respiran en la membrana plasmática, en el cloroplasto en la membrana tilacoidal. Consiste en transferir los electrones procedentes de la oxidación del sustrato hasta el oxígeno molecular, que se reducirá formándose agua.

25 Los electrones procedentes de las oxidaciones de la célula vendrán formando parte del NADH y FADH 2 que los cederán al O 2 debido al potencial de reducción, que es más positivo cuanto mayor es la tendencia a captar los e -. Ceder los e - al O 2 es favorable. La cesión de O 2 ocurre en varios pasos de oxidación reducción, por eso es una cadena. Tendremos pequeñas porciones de Δ G que se usarán para sintetizar ATP pero no directamente. La cadena respiratoria está siempre en una membrana y almacena la energía en forma de gradiente de concentración. Este gradiente es el que se encarga de sintetizar el ATP.

26 Flavina. Proteína Hierro-Asufre. Coenzima Q. Citocromo C, Flavina. Proteína Hierro-Asufre. Coenzima Q. Citocromo C,

27 El NADH tiene más tendencia a ceder los e - que el FADH 2 por lo que se obtendrá más energía cuando se oxide el NADH que cuando lo haga el FADH 2. Cuando los e - los aporta el NADH se incorporan al principio de la cadena y participan 3 complejos; Coenzima Q : transporta electrones de los complejos 1,2 y al complejo 3. El citocromo : transporta electrones de complejo 3 al complejo 4

28 Hay 2 tipos de inhibidores que inhiben la cadena de transporte electrónico y la síntesis de ATP. Se han descrito inhibidores específicos para cada uno de los complejos de la cadena:  Complejo I: rotenona amitol.  Complejo II: malonato.  Complejo III y complejo IV: cianuro, CO y azida.

29 El inhibidor de la ATP sintasa: es la oligomicina, que bloque la cadena y la síntesis de ATP. Los desacoplantés de la fosforilacion oxidativa, como el 2,4 – DINITROFENOL. Permite la oxidorreduccion, y el consumo de oxigeno. Pero elimina la formación del ATP.

30 Físico - Químico si no hay ADP no hay síntesis de ATP, no se consume gradiente de protones por parte de la ATP sintasa. Fisiológico si baja la concentración de ADP es porque hay mucho ATP y a la célula no le interesa sintetizar más, si la cadena de transporte electrónico no funciona los coenzimas no se reoxidan y todos los procesos se paran.

31 La cadena respiratoria está formada por una serie de transportadores de electrones situados en la cara interna de las crestas mitocondriales, En las bacterias que respiran en la membrana plasmática, en el cloroplasto en la membrana tilacoidal. La cadena respiratoria Consiste en transferir los electrones procedentes de la oxidación del sustrato hasta el oxígeno molecular, que se reducirá formándose agua. Los componentes de la cadena respiratoria son flavina, proteina hierro-asufre, coenzima Q, y el citocromo. Hay tipos de inhibidores que inhiben la cadena de transporte electrónico y la síntesis de ATP. Se han descrito inhibidores específicos para cada uno de los complejos de la cadena. - Complejo I: rotenona y amitol. - Complejo II: malonato. - Complejo III y complejo IV: cianuro, CO y azida.

32 Inhibidores de la síntesis de ATP.  El inhibidor de la ATP sintasa: es la oligomicina, que bloque la cadena y la síntesis de ATP. Importancia de la cadena respiratoria : Físico - químico: si no hay ADP no hay síntesis de ATP, no se consume gradiente de protones por parte de la ATP sintasa. Si sigue funcionando la cadena de transporte electrónico el gradiente es cada vez más grande, se llega a un punto en el que la energía para bombear H + es muy grande y la cadena de transporte electrónico se para porque no puede proporcionar bastante energía para seguir bombeando. Disminuye el consumo de O 2. Fisiológico: si baja la concentración de ADP es porque hay mucho ATP y a la célula no le interesa sintetizar más, si la cadena de transporte electrónico no funciona los coenzimas no se reoxidan y todos los procesos se paran. Al aumentar la concentración de ADP se pon en marcha la cadena de transporte electrónico, todos los procesos se activan y se crea gradiente de H + para la síntesis de ATP.

33 Resumen: -El ΔE ’o indica a que direccion va la reacción - Una reacción en caso de no se estándar, la variacion de potencial de reducción se deducira por la Ecuación de Nernst. - Para la síntesis de ATP a partir de ADP y Pi se necesitan 30.5kJ/mol. - La cadena respiratoria genera suficiente energia libre como para la síntesis de 7.5 moles de ATP.

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