QUÍMICA BIOLÓGICA Lic. Cs. BIOLÓGICAS Prof. en BIOLOGÍA

Presentación del tema: "QUÍMICA BIOLÓGICA Lic. Cs. BIOLÓGICAS Prof. en BIOLOGÍA"— Transcripción de la presentación:

1 QUÍMICA BIOLÓGICA Lic. Cs. BIOLÓGICAS Prof. en BIOLOGÍA
Lic. BIOTECNOLOGÍA QUÍMICA BIOLÓGICA 2016

2 Blog para el intercambio de información
Área de Química Biológica - Universidad Nacional de San Luis Licenciatura en Bioquímica Farmacia Biología Molecular Ingeniería en Alimentos Analista Biológico Optativo en plantas Licenciatura en Nutrición Licenciatura en Química Licenciatura en Ciencias Biológicas - Prof. en Biología Lic. en Biotecnología

3 PROGRAMA ANALITICO Y/O DE EXAMEN
LIC. CS. BIOLÓGICAS – PROF. BIOLOGÍA – LIC. BIOTECNOLOGÍA QCA. BIOLÓGICA PROGRAMA ANALITICO Y/O DE EXAMEN BOLILLA 2: Oxidaciones biológicas Transporte electrónico mitocondrial. Cadena respiratoria, localización, componentes.  Inhibidores del transporte electrónico. Fosforilación oxidativa, síntesis de ATP, mecanismo, hipótesis quimiosmótica, balance energético, regulación. Translocasas. Desacoplantes. Oxidasa alternativa en vegetales. Transporte electrónico cloroplástico. Fotofosforilación y fotosíntesis. Proceso en plantas superiores. Reacciones luminosas. Captación de la energía luminosa. Cloroplastos y pigmentos. Transporte electrónico cíclico y no cíclico. Síntesis de ATP por fotofosforilación. Similitudes entre fosforilación oxidativa y fotofosforilación. Concepto unificador de la teoría quimiosmótica. Otros organismos fotosintetizadores. Sistema microsomal de transporte electrónico. Formación de compuestos oxígeno-reactivo. Radicales libres. Sistemas de protección.

4 M E T A B O L I S M O Energía para la vida ¿Cómo? ¿Cómo? Repasemos
de clases anteriores… Energía para la vida Heterótrofos Autótrofos Fotosintéticos ¿Cómo? ¿Cómo? M E T A B O L I S M O H2O H2O

5 DG Metabolismo Estructuras complejas Estructuras simples SINTESIS
Repasemos de clases anteriores… Metabolismo SINTESIS Estructuras complejas Estructuras simples DG DEGRADACION Catabolismo Anabolismo

6 (Degradación “oxidativa”) (Síntesis “reductora”)
Repasemos de clases anteriores… VIAS CATABOLICAS (Degradación “oxidativa”) Productos finales carentes de Energía CO2 H2O NH3 Nutrientes Contenedores de Energía Carbohidratos Lípidos Proteínas NADH NADPH FADH2 ATP Energía Química NAD+ NADP+ FAD ADP+HPO42- Moléculas Precursoras Monosacáridos Ácidos grasos Aminoácidos Bases nitrogenadas VIAS ANABOLICAS (Síntesis “reductora”) Macromoléculas Celulares Polisacáridos Lípidos Proteínas Ácidos Nucleicos

7 GLÚCIDOS LÍPIDOS PROTEÍNAS
DEGRADACIÓN POR OXIDACIÓN (Vía Glicolítica, Ciclo de Krebs) TRANSPORTADORES ELECTRÓNICOS REDUCIDOS COENZIMAS (NADH, FADH2) TRANSPORTE ELECTRÓNICO MITOCONDRIAL Y FOSFORILACIÓN OXIDATIVA ADP O2 ATP H2O TRANSPORTADORES ELECTRÓNICOS OXIDADOS COENZIMAS (NAD+, FAD)

8 HERRAMIENTAS PARA SU COMPRENSIÓN
Antes de estudiar …… CADENA RESPIRATORIA Veremos …. HERRAMIENTAS PARA SU COMPRENSIÓN Concepto de Oxidación y Reducción: Oxidaciones biológicas Mitocondrias: estructura, función ATP: contenido energético

9 Oxidación y Reducción: Oxidaciones Biológicas
Concepto de Oxidación y Reducción: Oxidaciones Biológicas

10 Desde el punto de vista químico
OXIDACIÓN Pérdida de electrones Pérdida de hidrógeno Ganancia de oxígeno REDUCCIÓN Ganancia de electrones Ganancia de hidrógeno (en compuestos orgánicos) Pérdida de oxígeno Este principio de OXIDO- REDUCCIÓN se aplica a los sistemas bioquímicos y es un concepto importante para la comprensión de la naturaleza de las oxidaciones biológicas. Químicamente la oxidación se define como la pérdida de electrones y la reducción como la ganancia de ellos. En consecuencia la oxidación está siempre acompañada por la reducción de un aceptor de electrones. Este principio de OXIDO- REDUCCIÓN se aplica a los sistemas bioquímicos y es un concepto importante para la comprensión de la naturaleza de las oxidaciones biológicas. La vida de los animales superiores depende en forma absoluta del suministro de oxígeno. El uso principal del OXÍGENO es en la RESPIRACIÓN Y ESTE ES EL PROCESO POR EL CUAL LAS CÉLULAS OBTIENEN ENERGÍA EN FORMA DE ATP

11 OXIDACIÓN-REDUCCIÓN + - - - + + O2 OXIDACIÓN e- H O2 REDUCCIÓN e- H
Resumiendo lo anterior…. O2 + e- OXIDACIÓN - - H O2 - REDUCCIÓN e- + H +

12 LOS CAMBIOS DE ENERGÍA LIBRE PUEDEN EXPRESARSE EN TÉRMINOS DEL
EN LOS SISTEMAS REDOX LOS CAMBIOS DE ENERGÍA LIBRE PUEDEN EXPRESARSE EN TÉRMINOS DEL POTENCIAL DE OXIDACIÓN – REDUCCIÓN

13 POTENCIAL DE REDUCCIÓN
POTENCIAL DE REDUCCIÓN (E) DE UN ELEMENTO, ION O COMPUESTO ES SU TENDENCIA A GANAR ELECTRONES FRENTE A OTRO ELEMENTO, ION O COMPUESTO REACCIÓN REDOX 2 Na + Cl2 2 NaCl HEMIRREACCIONES Oxidación 2 Na Na e- Cl e Cl- Reducción

14 CUPLA REDOX La forma oxidada y reducida en cada hemirreacción constituyen un par o cupla redox Na+/Na , Cl/Cl (Sentido de la reducción) E´o : Potencial de reducción Estándar: Se determina en comparación con el potencial de Hidrógeno = 0 A 25°C , concentración 1M, pH 7 en sistemas biológicos. E´o con: Signo positivo (+) : par redox con mayor tendencia que el hidrógeno a sufrir reducción Signo negativo (-): par redox con menor tendencia que el hidrógeno a sufrir reducción E´o sirve para conocer en qué dirección ocurrirá la reacción de óxido-reducción

15 Potenciales de reducción estándar
2 H e- → H V NAD+ + H+ + 2 e- → NADH V S H e- → H2S V FAD + 2 H+ + 2 e- → FADH V Acetaldehído + 2 H+ + 2 e- → etanol V Piruvato + 2 H+ + 2 e- → lactato V Cu+ → Cu2+ + e V Citocromo b (Fe3+) + e- → citocromo b (Fe2+) V Citocromo c1 (Fe3+) + e- → citocromo c1 (Fe2+) V Citocromo c (Fe3+) + e- → citocromo c (Fe2+) V Citocromo a (Fe3+) + e- → citocromo a (Fe2+) V Fe3+ + e- → Fe V ½ O2 + 2 H+ + 2 e- → H2O V

16 DISTINTAS FORMAS EN QUE SE TRANSFIEREN ELECTRONES EN LA CELULA
1.- Transferencia de 1 e-: Fe Fe++ 2.- Transferencia de un átomo de hidrógeno (H+ + e-): AH2 + B A + BH2 3.- Transferencia de un ion Hidruro (:H-) porta 2 e- AH2 + NAD+ → A + NADH + H+ 4.- Transferencia de e- desde un reductor orgánico al oxígeno: R-CH3 + ½ O RCH2-OH

17 EN LOS SISTEMAS BIOLÓGICOS LAS ENZIMAS QUE INTERVIENEN EN LOS
PROCESOS REDOX SE DENOMINAN OXIDORREDUCTASAS

18 Catalizan reacciones de óxido- reducción Ared + Box Aox + Bred
OXIDORREDUCTASAS Catalizan reacciones de óxido- reducción Ared + Box Aox + Bred A : es el reductor o dador electrónico; en el curso de la reacción se oxida (pierde electrones) B : es el oxidante o aceptor electrónico; en el curso de la reacción se reduce (gana electrones) En las reacciones redox, siempre tienen que estar presentes a la vez el aceptor y el dador electrónico

19 OXIDORREDUCTASAS (DESHIDROGENASAS)
Deshidrogenasas ligadas a NAD ó nicotinamídicas (en la matriz mitocondrial) E´o V Deshidrogenasas ligadas a FAD ó flavínicas H- AH2 + NAD A + NADH + H+ AH2 + FAD (FMN) A + FADH2 (FMNH2) E´o V ½ O2 + 2 H+ + 2 e- → H2O V e- + H+

20 Representación esquemática de una oxidación biológica
BH2 (RED) Sustrato H2 C (OX) H2O AH2 (RED) B (OX) CH2 (RED) Sox ½ O2 Energía E E E Escala de Potencial de Reducción E´o (-) E´o (+) O2 S ½ O2 + 2 H+ + 2 e- → H2O V

21 Flujo de electrones en las oxido-reducciones biológicas

22 LA MITOCONDRIA FÁBRICA DE ENERGÍA CELULAR ES EL SITIO DONDE TIENEN LUGAR EL TRANSPORTE ELECTRÓNICO Y LA FOSFORILACIÓN OXIDATIVA

23 MITOCONDRIA ¿En qué sitio celular ocurre la Cadena Respiratoria?
Microfotografía electrónica Esquema

24 Anatomía bioquímica de la Mitocondria
Lehninger A. L., 4ª Edic

25 CADENA DE TRANSPORTE ELECTRÓNICO
Cadena Respiratoria o Cadena de Transporte Electrónico: Grupos de moléculas aceptores de hidrógeno y/o e- (H y e- : “Equivalentes de Reducción”) dispuestos en la membrana mitocondrial interna. Los componentes actúan secuencialmente en orden creciente según sus potenciales de reducción. Reciben equivalentes de reducción de NADH Y FADH2 producidos en la matriz. La energía que se libera durante la transferencia electrónica está acoplada a varios procesos endergónicos entre los que se destaca la síntesis de ATP.

26 La Cadena de Transporte de Electrones comprende dos procesos:
1.- Los electrones son transportados a lo largo de la membrana, de un complejo de proteínas transportadoras a otro. 2. Los protones son translocados a través de la membrana, desde el interior o matriz hacia el espacio intermembrana de la mitocondria. Esto determina la formación de un gradiente de protones. El oxígeno es el aceptor terminal del electrón, combinándose con electrones e iones H+ para producir agua.

27 COMPONENTES DE LA CADENA DE TRANSPORTE ELECTRONICO
FLAVOPROTEINAS: FMN o FAD: Transportan 2 e- y 2 H+ PROTEINAS FERROSULFURADAS: Transportan e- (Fe Fe++) COENZIMA Q o UBIQUINONA: Quinona isoprenoide no proteica. Transporta 1 e- y libera 2 H+. CITOCROMOS b, c, c1, a, a3: Proteínas que contienen un grupo hemo. Transportan 1 e-

28 Componentes de la Cadena de transporte electrónico
Complejo enzimático Grupos prostéticos Complejo I (NADH deshidrogenasa) FMN, FeS Complejo II(succinato deshidrogenasa) FAD,FeS Complejo III (citocromo bc1) Hemo, FeS Citocromo c Hemo Complejo IV (citocromo oxidasa) Hemo, Cu

29 Ordenamiento de los componentes de la Cadena Respiratoria
Complejos

30 BIBLIOGRAFIA “Química Biológica”- Antonio Blanco - Gustavo Blanco, Editorial El Ateneo, 9ª Edic. actualizada (2015) “Principios de Bioquímica”-Lehninger A. L., 4ª Edic. (2007) “Lo Esencial en metabolismo y Nutrición”-Cursos Crash de Mosby- Autor: Sarah Benyon-Ed. Harcourt Brace- 1ª Edic. (1998)