QUÍMICA BIOLÓGICA

LIC. NUTRICIÓN

ANALISTA BIOLÓGICO

2014

Bolilla 3

Cadena respiratoria. Ubicación celular. Componentes de la cadena respiratoria. Función. Importancia de Vitaminas y Minerales.

Fosforilación oxidativa: Síntesis de ATP. Acción de Inhibidores: Desacoplantes, inhibidores de la fosforilación, inhibición del transporte electrónico. Control respiratorio.

Sistema microsómico: Metabolismo de xenobióticos.

LIC. NUTRICIÓN – ANALISTA BIOLÓGICO QCA. BIOLÓGICA

PROGRAMA ANALITICO Y/O DE EXAMEN 

Antes de estudiar ……CADENA RESPIRATORIA

Vitaminas que participan: Niacina (NAD), Riboflavina (FAD)

Minerales indispensables: Hierrro

Concepto de Oxidación y Reducción:Oxidaciones biológicas

Mitocondrias: estructura, función

ATP: contenido energético

Veremos ….HERRAMIENTAS PARA SU COMPRENSIÓN

NUTRIENTES

• MACRONUTRIENTES. Grasas, Carbohidratos y Proteínas

• MICRONUTRIENTES. Vitaminas y los Minerales

Repasemos…..

FUNCIONES DE LAS VITAMINAS

• Regulan procesos CELULARES

• Actúan como coenzimas o grupo prostético de las ENZIMAS.

• ANTIOXIDANTES

• Están implicadas en los procesos de CRECIMIENTO y DIFERENCIACION CELULAR

CLASIFICACION DE LAS VITAMINAS SEGÚN SU SOLUBILIDAD

HIDROSOLUBLES•No se acumulan en el organismo•Se disuelven en agua•Se eliminan rápidamente•Es preciso aportarlas diariamente

LIPOSOLUBLES•Se acumulan en el organismo•No se disuelven en agua•Se almacenan en hígado y tejido graso

VIT C – COMPLEJO B B1 – B2 – B3 – B6 – B12 – BIOTINA AC. PANTOTENICO - AC. FOLICO

A D E K

Aceites , lacteos y derivados y huevo

Carnes, vísceras, huevo, leche, legumbres, cereales, levaduras, Frutos frescos y secos, Cítricos , vegetales de hojas verdes

VITAMINAS HIDROSOLUBLES

Vitamina C, Vitaminas del Complejo B: B12, B2, B6, niacina, ácido fólico, biotina y ác.

Pantoténico.

• No se acumulan en el cuerpo.• Se transportan en la sangre unidas a

proteínas plasmáticas.• Regulan los procesos que producen energía

metabólica.

Vitamina Coenzima FunciónB1 Tiamina Tiamina Pirofosfato Descarboxilación oxidativaB2 Riboflavina FAD, FMN Oxido- reducciónB3 Niacina NAD, NADP Oxido reducciónB5 Ac Pantoténico Coenzima A Transferencia de grupos acilB6 Piridoxal Piridoxal fosfato TransanminaciónBiotina Biotinil CarboxilaciónAcido fólico Tetra hidrofolato Transferencia de unidades

de un carbonoB12 Cianocobalamina Metilación

Funciones de las Vitaminas del complejo B

NIACINA O VITAMINA B3RIBOFLAVINA O VITAMINA B2

Riboflavina

FAD (FMN)

+

R │

│H

Nicotinamida

NAD (NADP)•Intervienen como cofactor enzimático en el metabolismo energético de macronutrientes

RESUMEN DE LAS VITAMINAS HIDROSOLUBLES

• Se encuentran en alimentos de origen Vegetal y Animal a excepción de la B12 que solo en estos últimos.

• Son solubles en agua por lo que se absorben y se transportan unidos a proteínas

• No se almacenan en los tejidos por mucho tiempo a excepción de la Vitamina B12

• Se excretan por orina ó heces

• La mayoría está formando parte de Coenzimas que actúan en el metabolismo energético

BIOELEMENTOS

• ELEMENTOS PRIMARIOS

• ELEMENTOS SECUNDARIOS (Macroelementos)

• OLIGOELEMENTOS (Microelementos)

• ELECTROLITOS

O, C, H,N,

Ca, P, S, Mg

Fe, F, Cu, I, MnZn, Co, Mo, Se,

Cr y Si

Na+, Cl+, K+

DISTRIBUCIÓN DEL HIERRO

• HEMOBLOBINA 63%• MIOGLOBINA

• CITOCROMOS• PROTEINAS Fe-S

• CATALASAS Y PEROXIDASAS

• FERRITINA

Transporte de O2

Transporte de e-

Eliminacion de EROS

Almacenamiento

FUENTES NATURALES DE HIERRO

• ALIMENTOS DE ORIGEN ANIMAL Y VEGETALES VERDES Y LEGUMBRES

Concepto de Oxidación y Reducción:

Oxidaciones Biológicas

SOL

AUTÓTROFOS FOTOSINTÉTICOS

HETERÓTROFOS

O2 ,

GLÚCIDOS

FLUJO DEL MATERIA Y ENERGÍA

EN LA BIÓSFERA

CO2, H2O

GLÚCIDOS LÍPIDOS PROTEÍNAS

TRANSPORTE ELECTRÓNICOMITOCONDRIAL

YFOSFORILACIÓN OXIDATIVA

DEGRADACIÓN POR OXIDACIÓN(Vía Glicolítica, Ciclo de Krebs)

TRANSPORTADORES ELECTRÓNICOS REDUCIDOS(NADH, FADH2)

TRANSPORTADORES ELECTRÓNICOS OXIDADOS(NAD+, FAD)

ADP

ATP

O2

H2O

Desde el punto de vista químico

OXIDACIÓN

• Ganancia de oxígeno

• Pérdida de electrones

• Pérdida de hidrógeno

REDUCCIÓN

• Pérdida de oxígeno

• Ganancia de electrones

• Ganancia de hidrógeno (en compuestos orgánicos)

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

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.

OXIDACIÓN-REDUCCIÓN

OXIDACIÓN

REDUCCIÓN

+

-

O2

H

+

- O2

H

- e-

e-+

EN LOS SISTEMAS REDOX

LOS CAMBIOS DE ENERGÍA LIBRE

PUEDEN EXPRESARSE EN TÉRMINOS DEL

POTENCIAL DE

OXIDACIÓN – REDUCCIÓN

POTENCIAL DE REDUCCIÓN

• POTENCIAL DE REDUCCIÓN (E) DE UN ELEMENTO, ION O COMPUESTO ES SU TENDENCIA A GANAR ELECTRONESFRENTE A OTRO ELEMENTO, ION O COMPUESTO

2 Na + Cl2 2 NaCl

2 Na 2 Na+ + 2 e-

Cl2 + 2 e- 2 Cl-

Oxidación

Reducción

REACCIÓN REDOX

HEMIRREACCIONES

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 , concentración1M, pH 7 en sistemas biológicos.

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

Potenciales de reducción estándar

2 H+ + 2 e- → H2 -0.42 V NAD+ + H+ + 2 e- → NADH -0.32 V S + 2 H+ + 2 e- → H2S -0.23 V FAD + 2 H+ + 2 e- → FADH2 -0.22 V Acetaldehído + 2 H+ + 2 e- → etanol -0.20 V Piruvato + 2 H+ + 2 e- → lactato -0.19 V Cu+ → Cu2+ + e- -0.16 V Citocromo b (Fe3+) + e- → citocromo b (Fe2+) + 0.075 V Citocromo c1 (Fe3+) + e- → citocromo c1 (Fe2+) + 0.22 V Citocromo c (Fe3+) + e- → citocromo c (Fe2+) + 0.235 V Citocromo a (Fe3+) + e- → citocromo a (Fe2+) + 0.29 V Fe3+ + e- → Fe2+ + 0.77 V ½ O2 + 2 H+ + 2 e- → H2O + 0.82 V

EN LOS SISTEMAS BIOLÓGICOS

• LAS ENZIMAS QUE INTERVIENEN EN LOS

PROCESOS REDOX

SE DENOMINAN

• OXIDORREDUCTASAS

OXIDORREDUCTASAS

Catalizan reacciones de óxido- reducción

Ared + Box Aox + Bred

A : es el reductor o dador electrónico; en el cursode 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

DISTINTAS FORMAS EN QUE SE TRANSFIEREN ELECTRONES EN LA CELULA

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 O2 RCH2-OH

1.- Transferencia de 1 e-: Fe +++ Fe++

Representación esquemática de una oxidación biológica

Sustrato H2

Sox

A(OX)

AH2

(RED)

C(OX)

B(OX)

BH2

(RED)

CH2

(RED)½ O2

H2O

S O2

Energía E E E

Escala de Potencial de Reducción

E´o (-) E´o (+)

Flujo de electrones en las oxido-reducciones biológicas

OXIDORREDUCTASAS (DESHIDROGENASAS)

• Deshidrogenasas ligadas a NAD ó nicotinamídicas

(en la matriz mitocondrial)

• Deshidrogenasas ligadas a FAD ó flavínicas

AH2 + NAD+ A + NADH + H+

AH2 + FAD (FMN) A + FADH2 (FMNH2)e- + H+

H-

LA MITOCONDRIA

FÁBRICA DE ENERGÍA CELULAR

ES EL SITIO DONDE TIENEN LUGAR

EL TRANSPORTE ELECTRÓNICO Y

LA FOSFORILACIÓN OXIDATIVA

MITOCONDRIA

¿En qué sitio celular ocurre la Cadena Respiratoria?

Esquema

Microfotografía electrónica

Lehninger A. L., 4ª Edic. 2007

Anatomía bioquímica de la

Mitocondria

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.

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.

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-

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

Cit.b /Centro Fe-S/ Cit c1

Coenzima Q

Fe/Cu

Fe/Cu

O2

IV

FAD

Fe-SII

Complejo I

NAD UBIQUINONA REDUCTASA Complejo III

CITOCROMO C –COENZIMA Q OXIDO REDUCTASA Complejo IV

CITOCROMO OXIDASA

Cit.a

Cit a3

Cit.cFeFe-SFe Fe Fe

III

Fumarato

Succinato

Complejo II

SUCCINATO DESHIDROGENASA

NADH

FMN

Fe-SI

NAD+

e-

Complejo I

NAD UBIQUINONA REDUCTASA Complejo III

CITOCROMO C –COENZIMA Q OXIDO REDUCTASA Complejo IV

CITOCROMO OXIDASA

Complejo I

NAD UBIQUINONA REDUCTASA Complejo III

CITOCROMO C –COENZIMA Q OXIDO REDUCTASA

Complejo II

SUCCINATO DESHIDROGENASA

Complejo IV

CITOCROMO OXIDASA

Complejo I

NAD UBIQUINONA REDUCTASA Complejo III

CITOCROMO C –COENZIMA Q OXIDO REDUCTASA

Reacciones que proveen de NADH a la cadena respiratoria

• Piruvato deshidrogenasa

• Isocitrato deshidrogenasa

• Malato deshidrogenasa

• a-cetoglutarato deshidrogenasa

Sustrato + NAD+ Producto + NADH + H CR

CICLO DE KREBS

REACCIONES DEL COMPLEJO I

NADH + H+ + FMN → FMNH2 + NAD+

NADH + H+ NAD+ + 2 e- + H+ (Eo= - 0,32 V)

FMN + 2 e- + 2 H+ FMNH2 (Eo= - 0,22 V)

Camino de los equivalentes de reducción en el Complejo I

COMPLEJO II

• Succinato-coenzima Q oxidorreductasa• Coenzima: FAD• Proteínas ferrosulfuradas• Transfiere equivalentes de reducción desde succinato a la

coenzima Q

Succinato + E-FAD Fumarato + E-FADH2

E-FADH2 + Prot-Fe+++ E-FAD + Prot-Fe++

Prot-Fe++ + CoQ Prot-Fe+++ + CoQH2

CAMINO DE LOS ELECTRONES desde el COMPLEJO III al O2

CoQH2

CoQ

Cit.b566

Fe+++ Fe++Fe++ Fe+++ Fe+++

Fe++ Fe+++ Fe++ Fe+++ Fe++ Fe+++

Fe++ ½ O2 + H+

H2O

Cit.b562

Fe-SCit.c1

Cit.c

Cit.a.a3

Complejo IVComplejo III

Cadena de Transporte de Electrones. Feduchi, Blasco, Romero, Yañez. Bioquímica. 1° Edición

Gracias!.....Seguimos en la próxima

clase…..

BIBLIOGRAFIA

• “Nutrición”-Texto y Atlas –Autores: Biesalski.Grimm- Ed. Panamericana-Año 2007

• “Química Biológica”- Autor: Antonio blanco- Editorial El Ateneo-Reimpresión 8° edic.-2007

• “Lo Esencial en metabolismo y Nutrición”-Cursos Crash de Mosby- Autor: Sarah Benyon-Ed. Harcourt Brace- 1°Ed. 1998