8/9/2019 Metabolismo Completo de Carbohidratos
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REPASO DE CONCEPTOS GENERALES DE QUIMICA
Aspectos bsicos de oxidacin - reduccin I
La capacidad de determinadas compuestos para aceptar y donar electrones hace
que puedan participar en las reacciones denominadas de oxidacin-reduccin.
REACCIN DE REDUCCIN : Hay sustancias que pueden aceptar electrones ;son sustancias oxidadas que en las condiciones adecuadas se pueden reducir, y
por lo tanto transformarse en formas reducidas. Veamoslo en el siguiente dibujo:
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REACCIN DE OXIDACIN : Hay sustancias que pueden donar electrones ;son sustancias reducidas que en las condiciones adecuadas se pueden oxidar,
y por lo tanto transformarse en formas oxidadas. Veamoslo en el siguiente
dibujo :
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METABOLISMO DE GLCIDOS
El METABOLISMO: es el conjunto de reacciones con lasque los seres vivos adquieren, producen y utilizan energapara sus diferentes funciones
El metabolismo tiene cuatro FUNCIONES especficas:1. Obtener energa qumica de la degradacin de losnutrientes.2. Convertir las molculas nutrientes en precursores.3. Sintetizar las macromolculas biolgicas necesariaspara la clula.4. Sintetizar o degradar biomolculas, necesarias paraciertas funciones celulares.
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Las rutas metablicas se clasifican en dos categorias:
rutas catablicas (degradativas) o rutas anablicas(biosintticas).
CATABOLISMO: conjunto de reacciones por las que laclula degrada los nutrientes
ANABOLISMO: reacciones mediante las que la clula
sintetiza sus biomolculasLas molculas reaccionantes, intermediarios y productos,se denominan METABOLITOS o, tambin intermediariosmetablicos.
RUTAS METABLICAS
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La mayor parte de las rutas catablicas aerobias de glcidos, lpidos yprotenas convergen en unos pocos productos finales.
Pueden considerarse tres etapas fundamentales:1. Degradacin de las macromolculas en sus unidades constitutivas.2. Degradacin de esas unidades en molculas ms simples: Pyr y AcCoA3. Oxidacin total de esas unidades en el ciclo del cido ctrico (Krebs)
Las vas catablicas aerobias convergentodas en el ciclo de Krebs, que es unode los puntos claves del metabolismo celular
CATABOLISMO DE MOL CULAS BIOL GICAS
http://www.iubmb-nicholson.org/swf/glycolysis.swfhttp://www.iubmb-nicholson.org/swf/glycolysis.swf8/9/2019 Metabolismo Completo de Carbohidratos
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GlucolisisFermentacinTransformacin del piruvato en Acetil-CoACiclo de los cidos tricarboxlicosTransporte electrnico y fosforilacin oxidativa
METABOLISMO DE CARBOHIDRATOS
1.Glucolisis
Consiste en una secuencia de 10 reacciones enzimticas que catalizan la transformacin de una molcula de
glucosa a dos de piruvato, con la produccin de dos moles de ATP y dos de NADH por mol de glucosa
http://www.iubmb-nicholson.org/swf/glycolysis.swf
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Se trata de la ruta metablica mejor conocida, que desempea un papel clave en el metabolismo
energtico al proporcionar una parte importante de la energa utilizada por la mayora de los
organismos.
Sirve en su funcin principal para preparar la glucosa y otros carbohidratos para su posterior degradacin oxidativ
En la Figura 1 se representa una visin general de la va glucoltica y su continuacin hasta la degradacin completa de la
glucosa. El piruvato formado por degradacin de la glucosa puede sufrir posteriormente distintas degradaciones, dependiendo
de las condiciones y del organismo
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a) En condiciones aerobias, el piruvato se transforma en Acetil-CoA, que se oxida aun ms a travs del ciclo de
los cidos tricarboxlicos, y posteriormente a travs de la fosforilacion oxidativa, generando CO2 y agua
b) En condiciones anaerobias tiene lugar la fermentacin, que es la transformacin del piruvato hasta
molculas con un grado medio de oxidacin, permitiendo la regeneracin del NAD+. Dos de las fermentacionesms importantes son la homolctica, en el msculo, por la que el piruvato es reducido hasta lactato, y la
fermentacin alcohlica, en levaduras, por la que se reduce hasta etanol y CO2 .
La glucolisis convierte la molcula de glucosa en dos de piruvato, en un proceso que utiliza la energa libre
liberada para sintetizar ATP a partir de ADP y fosfato inorgnico (Pi). Este proceso requiere de la existencia de
una serie de reacciones de transferencia del grupo fosforilo acopladas qumicamente. As pues, la estrategia
qumica de la glucolisis es la siguiente
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a) Adicin de grupo fosforilo a la glucosa
b) Conversin qumica de grupos intermediarios fosforilados a compuestos con alto
potencial de transferencia de grupos fosfato.
c) Acoplamiento de la hidrlisis de estos compuestos para la sntesis de ATP.
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Las 10 reacciones enzimticas constituyentes de la glucolisis se recogen
esquemticamente en la Figura 2 y ms detalladamente en los esquemas posteriores. Al
inicio de la va se consume ATP para la generacin de grupos fosforilo, pero
posteriormente se regenera.
Por tanto, la glucolisis transcurre en dos fases:
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FASE I.(Reacciones 1-5).Fase preparatoria en que la
glucosa es fosforilada y
fragmentada, dando lugar a
dos molculas de
gliceraldehido-3-fosfato.
Este proceso consume 2
ATPs.
FASE II (Reacciones 6-10).
Las dos molculas
anteriormente formadasse
convierten a dos molculas
de piruvato, con la produccin
de 4 ATPs y 2 NADH.
Por consiguiente, el rendimientode la glucolisis es de dos ATPs formados por molcula de glucosa y la reaccin global sera:
Glucosa + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi 2 Piruvato + 2 NADH + 2 ATP + 2 H2O + 4H+
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El NAD+ es el principal agente oxidante de la va glucoltica, as que el NADH formado durante el proceso
debe ser continuamente reoxidado para mantener el suministro de NAD+.
Las reacciones las dos fases de la glucolisis pueden desglosarse en sus 10 reacciones:
1. Consumo del primer ATP
Transferencia del grupo fosforilo del ATP a la glucosa para formar glucosa-6-fosfato (G6P) en una reaccin
catalizada por la hexoquina.
H O
OH
H
OHH
OH
CH2OH
H
OH
H H O
OH
H
OHH
OH
CH2OPO32
H
OH
H
23
4
5
6
1 1
6
5
4
3 2
ATP ADP
Mg2+
glucose glucose-6-phosphate
Hexokinase
* La glucosa es
fosforilada en el
carbono 6
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2. Isomerizacin
Conversin de G6P a fructosa-6-fosfato (F6P) catalizada por la Fosfoglucosa isomerasa. Primero debe abrirse el
anillo para que ocurra la isomerizacin, con posterior ciclacinde la fructosa. Para la apertura del anillo serequiere la presencia de un grupo cido, probablemente el resto de butilamonio de una lisina
H O
OHH
OHH
OH
CH2OPO32
H
OH
H
1
6
5
4
3 2
CH2OPO32
OH
CH2OH
H
OH H
H HO
O
6
5
4 3
2
1
glucose-6-phosphate fructose-6-phosphate
Phosphoglucose Isomerase
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3. Consumo del segundo ATP
La fosfofructoquinasa fosforila la F6P para formar fructosa-1,6-bifosfato (FBP). Esta reaccin controla la
velocidad de la va glucoltica. Esta reaccin es estimulada alostricamente por AMP e inhibida alostricamente
por ATP y citrato
CH2OPO32
OH
CH2OH
H
OH H
H HO
O
6
5
4 3
2
1 CH2OPO32
OH
CH2OPO32
H
OH H
H HO
O
6
5
4 3
2
1
ATP ADP
Mg2+
fructose-6-phosphate fructose-1,6-bisphosphate
Phosphofructokinase
4. Rotura
La aldolasa cataliza la rotura de la FBP en dos triosas, el gliceraldehido-3-fosfato (GAP) y la dihidroxacetona
f osfato (DHAP).
6
5
4
3
2
1CH2OPO32
C
C
C
C
CH2OPO32
O
HO H
H OH
H OH
3
2
1
CH2OPO32
C
CH2OH
O
C
C
CH2OPO32
H O
H OH+
1
2
3
fructose-1,6-
bisphosphate
Aldolase
dihydroxyacetone glyceraldehyde-3- phosphate phosphate
Triosephosphate Isomerase
Dos molculas de 3 carbonos
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5. IsomerizacinSlo uno de los productos de la rotura aldlica, el GAP, continua la va glucoltica. La interconversin entre ste y
la DHAP es catalizada por la triosa fosfato isomerasa.
6
5
4
3
2
1CH2OPO32
C
C
C
C
CH2OPO32
O
HO H
H OH
H OH
3
2
1
CH2OPO32
C
CH2OH
O
C
C
CH2OPO32
H O
H OH+
1
2
3
fructose-1,6-bisphosphate
Aldolase
dihydroxyacetone glyceraldehyde-3- phosphate phosphate
Triosephosphate Isomerase
6. Formacin del primer intermediario de "alta energa"
La gliceraldehido-3-fosfato deshidrogenasa cataliza la oxidacin y fosforilacin del GAP, por Nicotinamide
Adenine Dinucleotide (NAD+) y fosfato inorgnico, para producir el 1,3-bifosfoglicerato (BFG).
C
C
CH2OPO32
H O
H OH
C
C
CH2OPO32
O OPO32
H OH+ Pi
+ H+
NAD+
NADH1
2
3
2
3
1
glyceraldehyde- 1,3-bisphospho-3-phosphate glycerate
Glyceraldehyde-3-phosphateDehydrogenase
Termina 1ra
fase
- 2 ATP
Cada
gliceraldehido-3-
fosfato es
Oxida y fosforilada
por fosfato
inorganico
fosfato inorgnico
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7. Primera produccin de ATP
Se forma el primer ATP por defosforilacin del 1,3-bisfosfoglicerato, rindiendo adems 3-fosfoglicerato (3PG) en
una reaccin catalizada por la fosfoglicerato quinasa (PGK).
C
C
CH2OPO32
O OPO32
H OH
C
C
CH2OPO32
O O
H OH
ADP ATP
1
22
3 3
1
Mg2+
1,3-bisphospho- 3-phosphoglycerate
glycerate
Phosphoglycerate Kinase
8. Isomerizacin
La fosfoglicerato mutasa cataliza la conversin de 3PG a 2-fosfoglicerato (2PG
C
C
CH2OH
O O
H OPO32
2
3
1C
C
CH2OPO32
O O
H OH2
3
1
3-phosphoglycerate 2-phosphoglycerate
Phosphoglycerate Mutase Cambiade
posicin
el grupo
fosfato
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Entrada de otros azcares en la gluclisis
Adems de la glucosa procedente de la degradacin de almidn y glucgeno, hay otras hexosas de importancia,
como la fructosa, que procede de la hidrlisis del azcar de mesa y tambin de la fruta, la galactosa, que procede
de la hidrlisis del azcar de leche (lactosa), y la manosa, obtenida a partir de la digestin de polisacridos y
glucoprotenas
La fructosa es fosforilada en el msculo y convertida directamente a fructosa-6-fosfato, siguiendo despus la vaglucoltica gracias a la accin de la hexoquinasa. No obstante, en el hgado la fructosa sigue una ruta ms
compleja cuyo resultado final es la produccin de dos unidades de gliceraldehido-3-fosfato que se incorpora a
la ruta.
La galactosa se transforma en glucosa-6-fosfato, aunque este proceso parece simple las enzimas de la glucolisis
no son capaces de reconocer la configuracin de la galactosa, lo que hace que el proceso sea catalizadopor 5 enzimas
La manosa es fosforilada para rendir manosa-6-fosfato y a continuacin se produce una isomerizacin hasta
fructosa-6-fosfato
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Regulacin de la gluclisis
Desde un punto de vista global podemos decir que la gluclisis se inhibe cuando hay mucho ATP.
Los puntos clave en la regulacin de la gluclisis son las tres enzimas que catalizan pasos irreversibles:
la hexoquinasa, la fosfofructokinasa y la piruvato kinasa.
2. Fermentacin
Para la continuacin de la degradacin de glucosa, el NAD+ (en cantidades limitadas en la clula) consumido en
la gluclisis debe ser reciclado. En presencia de oxgeno, el NADH pasa a la mitocondria para ser nuevamente
oxidado. En condiciones anaerbicas, el NAD+ se recupera por reduccin del piruvato, en lo que constituye unaextensin de la va glucoltica. Los procesos fermentativos permiten recuperar el NAD+. La fermentacin
homolctica y la fermentacin alcohlica son dos ejemplos que tienen lugar en el msculo y en la levadura,
respectivamente.
2 Piruvato
2 Etanol + 2CO22 Acetil CoA 2 Lactato
TCA
4CO2 + 4H2O
Destinos del piruvato
Condiciones
anaerbicas Condicionesanaerbicas
Msculo contrayndose
vigorosamente, en eritrocitosy en algunos microorganismos
NAD+ (oxi) + 2H+ + 2e- ----> NADH (red) + H+
nicotinamida adenina dinucletido
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A. Fermentacin homolctica
En el msculo, especialmente durante el ejercicio intenso, cuando la demanda de ATP es elevada y se ha
consumido el oxgeno, la lactato deshidrogenasa (LDH) cataliza la oxidacin del NADH por el piruvato para dar
lactato. Los mamferos poseen hasta 5 isoenzimas de la LDH (todas ellas tetramricas)
C
C
CH3
O
O
O
C
HC
CH3
O
OH
O
NADH+H+
NAD+
Lactate Dehydrogenase
pyruvate lactate
La reaccin global de la degradacin anaerbica de glucosa mediante la fermentacin lctica puede
esquematizarse como sigue:
Glucosa + 2ADP + 2Pi -------------> 2 lactato + 2ATP + 2H+
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La mayor parte del lactato, producto final de la glucolisis anaerbica, es exportado de las clulas musculares
por la sangre hasta el hgado, donde vuelve a convertirse en glucosa
.Al contrario de lo que se cree, la causa de la fatiga muscular y el dolor no es la acumulacin de lactato en el
msculo, sino del cido producido durante la glucolisis (los msculos pueden mantener su carga de trabajo en
presencia de concentraciones elevadas de lactato si el pH permanece constante).
Los cazadores saben del sabor agrio de la carne de un animal que ha corrido hasta agotarse antes de morir.
Esto es debido a la acumulacin de cido lctico en los msculos.
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B. Fermentacin alcohlica
En levadura, el NAD+ se regenera en condiciones anaerbicas mediante un proceso de gran importancia para la humanidad:
la conversin de piruvato a etanol y dixido de carbono
El etanol es el componente activo de vinos y licores, y el CO2 producido en la panificacin es el responsable
de la subida del pan.
C
C
CH3
O
O
O
C
CH3
OHC
CH3
OHH
H
NADH+H+
NAD+
CO2
Pyruvate AlcoholDecarboxylase Dehydrogenase
pyruvate acetaldehyde ethanol
El etanol se produce a travs de las siguientes reacciones
El t l d t d l i i t i
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La primera es la descarboxilacin del piruvato para formar acetaldehido y dixido de carbono, catalizada por la
piruvato descarboxilasa (ausente en animales) y que contiene el coenzima pirofosfato de tiamina (TPP) como
grupo prosttico.
Una consecuencia de su falta en el hombre es la enfermedad del beriberi, que puede resultar mortal y se
caracteriza por alteraciones neurolgicas, parlisis, atrofia muscular y/o paro cardiaco.
El acetaldehido formado por descarboxilacin del piruvato es reducido a etanol por el NADH, en una reaccin
catalizada por la alcohol deshidrogenasa (ADH).
La transferencia del H del NADH al acetaldehido est favorecida por un cofactor de Zn2+, que estabiliza
la carga negativa de un intermediario que se forma en el proceso
C
C
CH3
O
O
O
C
CH3
OHC
CH3
OHH
H
NADH+H+ NAD+CO2
Pyruvate AlcoholDecarboxylase Dehydrogenase
pyruvate acetaldehyde ethanol
El etanol se produce a travs de las siguientes reacciones
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3. Transformacin del piruvato en Acetil-CoA
Los grupos acetilo entran en el ciclo en forma de acetil-CoA
Es este el producto comn de la degradacin de carbohidratos, cidos grasos
y aminocidos
El grupo acetilo esta unido al grupo sulfhidrilo del CoA por un enlace tioster
Es interesante tener en cuenta que la hidrlisis del enlace tioster del acetil-CoA
libera 31,5 kJ/mol y es, por lo tanto, un enlace rico en energa.
El acetil-CoA se forma por descarboxilacin oxidativa del piruvato, por la accin del
complejo enzimtico piruvato deshidrogenasa
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H3C C C O
O O
C S
O
H3C CoA
HSCoA
NAD+
NADH
+ CO2
Pyruvate Dehydrogenase
pyruvate acetyl-CoA
La piruvato dehidrogenasa est regulada por dos mecanismos superpuestos.
Por una parte est alostericamente inhibida cuando las proporciones de ATP/ADP
y NADH/NAD+ son altas, adems la enzima se inhibe cuando la disponibilidad de
combustible para el ciclo, en foma de Acetil-CoA o cidos grasos, es alta. Y se activa
cuando las demandas energticas crecen y por tanto el flujo de Acetil-CoA aumenta.
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4.- El ciclo de los cidos tricarboxlicos o de Krebs
Es la va de oxidacin de la mayor parte de carbohidratos, cidos grasos y aminocidos
y genera numerosos metabolitos intermediarios de otras rutas metablicas
Es, por lo tanto, un ciclo anfiblico, es decir, opera catablica y anablicamente.
Una visin general del ciclo del cido ctrico nos muestra una secuencia de reacciones
que:
Oxidan el grupo acetilo del acetil-CoA a dos molculas de dixido de carbono
de forma que se conserva la energa libre producida, utilizndola en la sntesis de ATP
El ciclo fue propuesto por Hans Krebs en 1937.
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Las ocho enzimas del ciclo catalizan una serie de reacciones que:
oxidan un grupo acetilo a dos molculas de dixido de carbono, con la generacin de
tres molculas de NADH, una de FADH2 y una de GTP
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1. La citrato sintasa cataliza la condensacin entre acetil-CoA y oxalacetato para rendir
citrato, que da nombre al ciclo.
2. Las dos etapas siguientes conllevan la transformacin del citrato en un ismero ms
fcilmente oxidable. Para ello, la aconitasa convierte el citrato en isocitrato mediante
una deshidratacin, producindose cis-aconitato unido al enzima, seguida de una
hidratacin. As, el grupo hidroxilo del citrato es transferido a un tomo de carbono
adyacente.
3 La isocitrato deshidrogenasa oxida el isocitrato oxalosuccinato con la reduccin
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3. La isocitrato deshidrogenasa oxida el isocitrato oxalosuccinato, con la reduccin
acoplada de NAD+ a NADH. Posteriormente, el oxalosuccinato es descarboxilado,
rindiendo -cetoglutarato. Esta es la primera etapa en la que la oxidacin se acopla a l
produccin de NADH, y tambin la primera en la que se genera dixido de carbono.
4. El complejo enzimtico -cetoglutarato deshidrogenasa descarboxila oxidativamente
el -cetoglutarato a succinil-CoA. Esta reaccin conlleva la reduccin de una segunda
molcula de NAD+ a NADH y la generacin de una segunda molcula de dixido de
carbono. Hasta aqu ya se han producido dos molculas de dixido de carbono, por lo
que se ha completado la oxidacin neta del grupo acetilo. Hay que resaltar que no son
los tomos del grupo acetilo entrante los que han sido oxidados
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5. La succinil-CoA sintetasa convierte el succinil-CoA en succinato. La energa libre
de la reaccin se conserva aqu por la formacin de GTP, a partir de GDP y Pi.
6. Las reacciones restantes suponen la preparacin de otra vuelta del ciclo, y para ello
completan la oxidacin de succinato a oxalacetato gracias a la succinato deshidrogenasa
la cul cataliza la oxidacin del enlace sencillo situado en el centro de la molcula de
succinato a un doble enlace trans, dando lugar a fumarato con la reduccin simultnea
de FAD a FADH2.
guanosina trifosfato (GTP)Guanosina difosfato (GDP)Guanosina de monofosfato (GMP)
7 La fumarasa cataliza despus la hidratacin del doble enlace del fumarato para
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7. La fumarasa cataliza despus la hidratacin del doble enlace del fumarato para
rendir malato
8. Finalmente, la enzima malato deshidrogenasa regenera el oxalacetato, oxidando elgrupo alcohol secundario del malato a la correspondiente cetona, con la reduccin de
una tercera molcula de NAD+ a NADH.
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La energa de las oxidaciones se conserva con eficiencia
hemos dado hasta ahora una vuela completa al ciclo del cido ctrico.
2 tomos de carbono entr al ciclo y se combino con el oxalacetato
2 carbonos salieron del ciclo en forma de CO2 en los procesos de oxidacin
del isocitrato y el alfa-cetoglutarato
finalmente se regenero la molcula de oxalacetato.
Los tomos decarbono que
aparecen como
CO2,no son los
mismos que
entran enforma de
grupo acetilo
* Se requieren ,
ms vueltas ciclo
para que los
tomos de
carbono del
grupp acetilo
salgan en forma
de CO2
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La oxidacin completa de los grupos acetilo sigue entonces la siguiente estequiometra
3NAD+ + FAD + GDP + acetil-CoA + Pi 3NADH + FADH2 + GTP + CoA + 2CO2
La oxidacin de un acetilo (2CO2) por cada vuelta del ciclo, genera:3 NADH, 1 FADH2, 1 GTP (o ATP)
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flavn adenin dinucletido
El FAD puede ser parcialmente reducido a un radical estable FADH o bien completamente reducido a FADH2
(hidroquinona)
5. Transporte electrnico y fosforilacin oxidativa
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5. Transporte electrnico y fosforilacin oxidativa
Lavoisier ya haba demostrado que los seres vivos consuman oxgeno y
producan dixido de carbono. Pero no fue hasta principios del siglo XX,despus del desarrollo de la enzimologa (en parte gracias a los trabajos de
Otto Warburg) cuando se demostr que las oxidaciones biolgicas se
catalizan mediante enzimas intracelulares. Como hemos visto, la glucosa se
oxida a CO2
mediante las reacciones de glucolisis y ciclo de Krebs. Pero,
cul es el destino de los electrones que pierde la glucosa en este proceso?La respuesta la discutiremos en este apartado.
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La oxidacin completa de la glucosa se escribe como indica la siguiente ecuacin:
Glucosa + 6O26CO2 + 6H2O
Separando en dos semirreacciones, podemos expresar en la primera la oxidacin de
los tomos de C y en la segunda la reduccin del oxgeno molecular:
C6H12 O6 + 6H2O 6CO2 + 24H+ + 24 e
6O2
+ 24H+ + 24e12H2O
En los sistemas vivos, estas reacciones de transferencia electrnica ocurren a
travs de una va con mltiples etapas, que aprovechan la energa libre producida
para formar ATP.
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Los 12 pares de electrones involucrados en la oxidacin de la glucosa no pasan
directamente al oxgeno, sino que se transfieren a los coenzimas NAD+ y FAD,
formndose un total de 10 NADH y 2 FADH2
POR CADA MOLECULA DE PIRUVATO- ACETYL-COA
3 NADH, 1 FADH2, 1 GTP (o ATP) POR DOS MOLECULAS 6 NADH, 2 FADH2, 2 GTP (o ATP)
2 GTP
Descarboxilacin oxidativa del piruvato= 6 ATP
Gluclisis: 2ATP + 2NADH 2 + (2 x 3) = 8 ATP
Ciclo de Krebs: 2ATP + 6NADH + 2FADH2 2 +(6 x 3) + (2 x 2) = 24 ATP
6
Total: 8 + 6 + 24 = 38 ATP.38
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Los electrones pasan entonces a la cadena de transporte electrnico dondeparticipan (por la reoxidacin mitocondrial del NADH y FADH2) en un proceso de
oxidacin-reduccin secuencial de determinados centros redox antes de reducir el
oxgeno a agua
En este proceso, los protones son expulsados de la mitocondria, y la energa
libre almacenada en el gradiente de pH resultante impulsa la sntesis de ATP,
a partir de ADP y Pi, a travs de la fosforilacin oxidativa.
La reoxidacin de cada NADH da lugar a la sntesis de 3 ATP, y la de un
FADH2
a 2 ATP. El total por molcula de glucosa oxidada es pues de 38 ATP,
30 proceden de los 10 NADH, 4 de los 2 FADH2, adems en la glucolisis se
producen 2 ATP por mol de glucosa y en el ciclo de Krebs 2 GTP (= 2 ATP) por
cada 2 de piruvato que entra en el ciclo.
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1 NADH= 3 ATP
1FADH2 = 2 ATP
1 GTP= ATP
La obtencin de ATP a partir de la oxidacin de NADH y FADH2 se realiza mediante
la fosforilacin oxidativa.
El primer paso es la entrada de los electrones en la cadena respiratoria La mayora
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El primer paso es la entrada de los electrones en la cadena respiratoria. La mayora
de los electrones provienen de la accin de dehidrogenasas que recogen los
electrones de los distintos procesos catablicos y los canalizan hacia los aceptores
universales de electrones (NAD+, NADP+, FMN o FAD).
Entonces los electrones son transferidos a una serie de transportadores asociados a
membrana (Figura 7).
Estos transportadores son de naturaleza proteica y tiene grupos prostticos capaces
de aceptar/donar electrones.
En la cadena respiratoria intervienen tres tipos de molculas capaces de
transportar electrones. La ubiquinona o coenzima Q (una quinona hidrofbica),
los citocromos (proteinas que tienen como grupos prostticos grupos hemo
con hierro) y las protenas con agrupaciones sulfo-frricas.
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El complejo I, tambin llamado NADH: ubiquinona oxidorreductasa transporta los.
electrones del NADH a la ubiquinonaEl complejo II, es la succinato dehidrogenasa, nica enzima del ciclo de Krebs unida a
membrana, que pasa los electrones del FADH2
a la ubiquinona.
El complejo III, tambin llamado citocromo bc1 o complejo ubiquinona:citocromo coxidorreductasa, acopla la transferencia de electrones desde la ubiquinona al
citocromo c.
El complejo IV, tambin llamado citocromo oxidasa, es la ltima etapa de la cadena
de transporte electrnico de la respiracin y conduce los electrones desde el
citocromo c hasta el ltimo aceptor de los electrones, el oxgeno que se reduce aagua
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Fosforilacin oxidativa
La sntesis de ATP a partir de ADP y Pi en las mitocondrias est catalizada por la ATP
sintasa (complejo V), y est impulsada mediante el proceso de transporte electrnicoanterior
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ANIMACION DEL TRANSPORTE DE ELECTRONES
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Para ello, la energa liberada durante el transporte debe conservarse en una forma que
pueda ser usada por la ATP-sintasa. Esto se conoce como acoplamiento de energa o
transduccin de energa
Para explicar tal acoplamiento, existen distintas hiptesis. La teora ms aceptada
es la de Mitchell, que propone que los transportadores de electrones adems de
transportar electrones bombean protones desde la matriz mitocondrial al espacio
intermembrana en contra de gradiente, para ser llevado a cabo este proceso
endergnico es acoplado a la energa producida por el transporte de electrones a
favor de gradiente, de modo que se crea un gradiente electroqumico de protones atravs de la membrana mitocondrial interna.
El potencial electroqumico de este gradiente es aprovechado por la ATP
sintasa para sintetizar ATP. La ATP sintasa transporta los protones a la matriz
mitocondrial a favor de gradiente y acopla este proceso exergnico a al
sntesis de ATP
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De esta forma, el transporte electrnico provoca que los complejos I, III y IV
transporten protones a travs de la membrana mitocondrial interna desde la matriz
(una regin de baja concentracin de protones y potencial elctrico negativo), al
espacio intermembranal (una regin de elevada concentracin de protones y
potencial elctrico positivo).
La energa libre secuestrada por el gradiente electroqumico resultante
impulsa la sntesis de ATP por la accin de la ATP-sintasa.
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La ATP sintasa translocadora de protones es la estructura ms compleja de la
membrana mitocondrial, contiene dos subestructuras principales (F0 y F1 ) cada una
con una Funcin determinada, F0 es una protena submembranal insoluble en agua y
que contiene un canal para la translocacin de los protones. F1 es una protena
perifrica de membrana, soluble en agua, que participa directamente en la sntesis deATP a partir de ADP y Pi
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OTRAS RESPIRACIONES NO AEROBIASEn la respiracin aerobia el aceptor final de los electrones es el oxgeno
que se reduce a agua. Pero hay organismos que son capaces de respirar
sin oxgeno llevando los electrones hasta otros aceptores con el mismoobjetivo final, obtener mucho ATP.Hay organismos capaces de respirrar:Nitrato, generando nitrgeno (bacterias denitrificantes)Sulfato, generando sulfuro (bacterias sulforeductoras)
CO2
, generando metano (bacterias metanognicas)
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