Apunte de bionenergética Flashcards
Las células obtienen energía de
enlaces químicos presentes en las moléculas de los
alimentos que comemos
. La degradación de las moléculas de glucosa, ácidos grasos y proteínas en
sus componentes más simples qué otorga
-monómeros para la construcción
de sus propios polímeros
-fuente de energía a partir de su
combustión controlada
Cómo ocurre combustión de glucosa, ácidos grasos y proteínas y por qué se caracterizan
serie de reacciones de reducción-oxidación (redox)
que
se caracterizan por la transferencia de electrones entre 2 moléculas.
Qué ocurre en reacción óxido-reducción
Uno de los reactantes de la
reacción redox le entrega electrones a otra;
Al entregar sus electrones, dicha molécula queda más
oxidada
al recibir electrones, la otra molécula queda más reducida
a qué se le llama “agente reductor” y por qué
El donador de
electrones
(porque reduce al otro reactante);
a qué se le llama “agente oxidante” y por qué
receptor de electrones
porque oxida al otro
que se
mide mediante el potencial de reducción (𝐸°), o potencial redox, de la especie química
afinidades para aceptar electrones para distintos compues
. Un potencial
redox más positivo implica que…
la especie tiene una tendencia a recibir electrones (agente oxidante)
un potencial redox más negativo implica que…
a una tendencia a donar electrones (agente
reductor)
Qué permite estimar La diferencia entre los potenciales de reducción (𝛥𝐸°) y qué pasa a una mayor diferencia de potencial
permite estimar la energía que será
liberada por la reacción redox:
-a mayor diferencia de potencial, más energía se libera
El flujo de
electrones desde una molécula con un menor potencial redox a una con mayor potencial… libera o absorbe energía?
libera
energía
La energía liberada por una reacción de oxidación puede ser utilizada para
síntesis de
moléculas que “almacenan” esta energía y posteriormente la liberan para acoplar otros procesos
Cómo se puede almacenar energía
en forma de un gradiente de concentración de alguna
molécula
qué pasa con energía almacenada en forma de un gradiente de concentración de alguna molécula al moverse?
al moverse dichas moléculas a favor de este gradiente, la van disipando (liberando)
Si no se ocupa la energía liberada para acoplar otro proceso, esta suele…
eliminarse como calor
Qué son los transportadores activados y desde dónde hacia dónde se mueven
son moléculas que almacenan energía en sus enlaces químicos
y pueden moverse a distintas partes de la célula
desde sitios donde ocurren los procesos de
generación energética hacia sitios de alta demanda energética
Cómo pueden almacenar energía los transportadores activos
como grupos químicos fácilmente transferibles
como transportadores de electrones y liberar su energía al ser oxidados
el ATP es un..
transportador activado de energía
Cómo el ATP puede liberar su energía
mediante la transferencia de grupos fosfato, pasando de ATP (adenosin trifosfato) a ADP (adenosin
difosfato)
El ATP es sintetizado mayoritariamente en la mitocondria desde
desde ADP y un grupo fosfato
libre, utilizando energía
Cuándo ATP aporta energía
se distribuye por la célula y aporta energía cuando le transfiere ese grupo fosfato a otro compuesto, volviendo a su forma de ADP
Estructura de ATP
-tres fosfatos asociados al carbono 5 de la ribosa
-los anillos de la base
nitrogenada Adenina unida a la ribosa.
-Ribosa
NADH, qué tipo de transportador es y tipo de agente como actúa.
transportador de electrones
actúa
como agente reductor y se oxida con facilidad.
Qué es el NAD+? y composición
principal transportador activado de electrones en los seres vivos
dinucleótido
de nicotinamida y adenina.
Cómo se pasa de NAD+ a NADH
El NAD+ puede aceptar 2 electrones desde una molécula reducida y un
protón (H+) para transformarse en NADH, su forma reducida.
NADH a qué corresponde?
forma reducida de NAD+
Qué implica transferencia de H
implica el paso de un electrón, ya que el hidrógeno
atómico posee un protón y un electrón;
así, la ganancia de un átomo de H implicará una reducción
Qué pasa con el NADH al oxidarse
cede estos 2 electrones a otros compuestos,
reduciéndolos en
reacciones que liberan energía
Qué gana NAD+ para convertirse en NADH
- ganancia de un H (H+
+e-) que se une a un C del anillo de nicotinamida
-Un e- que se une al N de nicotinamida (eliminando así su carga previa +
Qué quiere decir que NADH tiene un potencial redox negativo
tendrá una tendencia a donar electrones fácilmente y retornar a su forma oxidada
buen agente reductor.
Tipo de agente de NAD+ y de qué depende su acción
agente oxidante débil,
cuya acción depende de que su concentración sea
muchas veces mayor a la de su forma reducida
Qué pasa en célula en relación a NAD+ y NADH
Las células controlan la síntesis de NADH, tal que la
proporción [NAD+]/[NADH] sea alta,
equilibrio de la transformación entre NAD+
y NADH se
desplace hacia a la formación de NADH,
fomentando que el NAD+
reciba electrones y pueda actuar como oxidante.
De NAD+ a NADH
NAD+ se reduce
De NADH a NAD+
NADH se oxida
otros transportadores de electrones
NADP+
, el citocromo c,
las quinonas
y grupos prostéticos, como FMN y FAD.
Composición de NADP+
dinucleótido de nicotinamida y adenina, , pero se encuentra fosforilado. (esto permite que enzimas puedan diferenciar entre NAD+ y NADPH
Qué es el ATP
adenosín trifosfato (ATP) es un nucleótido de adenina unido covalentemente a tres grupos fosfato encadenados. (+ribosa)
transportador activado
el ATP almacena y transfiere energía mediante…
un grupo químico: su tercer grupo fosfato.
Reacción de la que depende la síntesis de ATP
depende de una reacción donde se fosforila una molécula de ADP (adenosín
difosfato) usando un grupo fosfato libre.
Proceso de síntesis de ATP de qué requiere?
requiere de energía (endergónico).
la liberación de ese grupo fosfato es… (desde el punto de vista enrgético)
exergónico
Qué libera energía en ATP
La ruptura del enlace fosfoanhidrido que
une el tercer grupo fosfato del ATP al segundo
Las reacciones de biosíntesis de moléculas suelen involucrar…
la transferencia
del grupo fosfato desde el ATP a uno de los reactantes para generar complejos intermedios “de alta
energía”
Cómo se forman los complejos intermedios “de alta
energía”
tras la transferencia
del grupo fosfato desde el ATP a uno de los reactantes
propiedad de intermediarios fosforilados
la ruptura del enlace que une el grupo fosfato al resto de la molécula es exergónica
Qué permite la ruptura del enlace que une el grupo fosfato al resto de la molécula en reacción endergónica
desplace al grupo fosfato para obtener un producto que no se podría haber sintetizado
principal proceso que da lugar a síntesis de ATP
respiración celular,
Qué involucra la respiración celular
involucra la oxidación de moléculas orgánicas (derivadas de la glucosa u otras) para generar agentes
reductores (NADH y FADH),
Luego, ocurre FOSFORALIZACIÓN OXIDATIVA: NADH y FADH, ceden sus electrones a una cadena transportadora de electrones
mitocondrial que permite la acumulación de energía para la síntesis de ATP
Qué requiere respiración celular para completarse
presencia de oxígeno
En qué consiste la fosforalización oxidativa
NADH y FADH, ceden sus electrones a una cadena transportadora de electrones
mitocondrial que permite la acumulación de energía para la síntesis de ATP
proceso de oxidación mediante el cual una célula obtiene
energía desde la glucosa
“glucólisis”
Qué se acopla a glucólisis
la reducción de NAD+
a NADH y
síntesis de una pequeña cantidad de ATP en el citoplasma
qué es producto la glucólisis
el ácido
pirúvico (piruvato), metabolito central que puede dirigirse a una de dos vías de degradación
vías de degradación de ácido pirúvico y de qué dependen
fermentación o ciclo de Krebs,
dependiendo de si la célula se encuentra en condiciones aeróbicas
o anaeróbica
Qué sucede en condiciones aeróbicas
el piruvato ingresa a la mitocondria a través de transportadores
presentes en su membrana y es oxidado a acetil-CoA, ingresando al ciclo de Krebs
Qué permite el ciclo de Krebs
ruta metabólica cíclica que permite oxidar el acetil-CoA hasta CO2,
completando la combustión de
la glucosa y generando agentes reductores (NADH y FADH2)
agentes reductores posteriormente entregarán sus electrones en… y para qué
en la cadena respiratoria
para sintetizar ATP.
Qué ocurre con piruvato en condiciones anaeróbicas o en ausencia de mitocondrias
el piruvato es
reducido usando NADH para regenerar NAD+
y poder continuar oxidando glucosa.
La combustión de la glucosa en la célula es un proceso
progresivo de oxidación
Qué pasaría si el azúcar
fuese oxidada hasta CO2 y agua en un único paso?
la célula no podría ocupar toda la energía liberada
de golpe y sería disipada como calor
Qué permiten la secuencia de reacciones de oxidación
permite
que transportadores activados extraigan pequeñas cantidades de energía de cada una,
aprovechando de mejor manera este proceso exergónico (
Qué es glucólisis o vía glucolítica?
ruta metabólica que permite a las
células eucariontes degradar glucosa en dos moléculas de piruvato, generando ATP y NADH
Dónde ocurre la glucólisis
citosol
En qué consiste la glucólisis
una serie de reacciones químicas encadenadas, cada una generando un metabolito intermedio distinto, y cada una siendo catalizada por una enzima
diferente
Etapas de la glucólisis
➔ Etapa endergónica o “de preparación”
➔ Etapa de ruptura del azúcar
➔ Etapa exergónica
➔ Etapa endergónica o “de preparación”
- Fosforilación de la glucosa en glucosa-6-fosfato.
- Isomerización de la glucosa-6-fosfato a fructosa-6-fosfato.
- Fosforilación de la fructosa-6-fosfato en fructosa-1,6-bisfosfato.
En qué consiste ➔ Etapa endergónica o “de preparación”
en fosforilación de la glucosa,
consumiendo dos moléculas de ATP en total.
Qué permite fosforilación de la glucosa en etapa endergónica
Estas fosforilaciones aumentan la energía de la glucosa, y permitirá la ruptura posterior de
ella.
fosforilación de glucosa consigue retenerla al interior de la célula y evitar que esta
vuelva al medio extracelular, gracias a que no existen transportadores en la membrana plasmática
que permitan la salida de glucosa-6-fosfato y otros azúcares fosforilados
Etapa de ruptura del azúcar
- Hidrólisis de la fructosa-1,6-bisfosfato en dihidroxiacetona fosfato y gliceraldehído-3-fosfato.
- Isomerización de la dihidroxiacetona fosfato en gliceraldehído-3-fosfato.
En qué consiste ➔ Etapa de ruptura del azúcar
La ruptura del azúcar aprovecha la energía contenida en la fructosa-1,6-bisfosfato, que fue
transferida mediante fosforilación en la etapa anterior, para romper en dos al carbohidrato.
Qué permite la isomerización de la dihidroxiacetona fosfato en gliceraldehído-3-fosfato en etapa de ruptura del azúcar
permite que la siguiente
fase, que libera energía, se realice dos veces por cada molécula de glucosa.
➔ Etapa exergónica
- Oxidación y fosforilación del gliceraldehído-3-fosfato en 1,3-bisfosfoglicerato.
- Desfosforilación del 1,3-bisfosfoglicerato en 3-fosfoglicerato
- Isomerización del 3-fosfoglicerato en 2-fosfoglicerato.
- Deshidratación del 2-fosfoglicerato en fosfoenolpiruvato.
- Desfosforilación del fosfoenolpiruvato en piruvato
la 6° reacción tiene la peculiaridad de… (etapa exergónica)
ocupa
un grupo fosfato libre para fosforilar al gliceraldehído-3-fosfato, que después es transferido a un
ADP para sintetizar ATP.
La etapa exergónica marca el verdadero inicio de…y qué se utiliza
la oxidación del azúcar, utilizando NAD+
como agente oxidante y generando NADH.
Gracias a qué es posible etapa exergónica
porque las reacciones previas generaron un
compuesto con suficiente energía almacenada como para acoplar la síntesis de ATP con su
oxidación.
Qué se genera en etapa exergónica por cada qué cosa?
se generan 2 moléculas de ATP y 1 molécula de NADH por cada
gliceraldehído-3-fosfato que ingresa.
estequiometría general de la glucólisis
Glucosa + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi ⇄ 2 Piruvato + 2 NADH + 2 ATP (página 8)
a isomerización de la dihidroxiacetona fosfato
permite la obtención de…
2 moléculas de gliceraldehído-3-fosfato por molécula de glucosa
tamaño de enzimas de glucólisis y qué poseen
tienen un tamaño mucho
mayor al de sus sustratos y poseen sitios de unión específicos para estos.
a 1° reacción de la glucólisis, la
fosforilación de la glucosa, es catalizada por una enzima llamada.. y qué involucra el mecanismo de reacción y productos finales
hexoquinasa
interacción
entre el grupo alcohol (–OH) unido al carbono 5’ de la glucosa y el
átomo de fósforo en el grupo fosfato terminal del ATP.
reacción debilita el enlace fosfoanhidrido que une el segundo y
tercer grupo fosfato
, permitiendo que este último se una a la
glucosa y forme glucosa-6-fosfato y ADP.
Qué produce cambio conformacional en hexoquinasa
La unión de ambos sustratos(glucosa y ATP) a la hexoquinasa
induce un cambio conformacional en ésta.
De qué manera enzima hexoquinasa produce un ambiente anhidro y qué permite este ambiente?
. El encaje inducido de la
enzima permite aislar a los sustratos del medio acuoso donde se encuentran, lo que evita que los iones hidroxilos (OH-) generados por la disociación del agua interfieran con el mecanismo de la reacción.
Permite que la reacción ocurra de manera óptima.
Cómo se organizan las enzimas de la glucólisis
se organizan como complejos supramoleculares: no se encuentran
disueltas libremente por el citoplasma, sino que se encuentran asociadas entre sí y al citoesqueleto
celular
Qué permite la organización de enzimas de la glicólisisn
1 permite que los metabolitos de la vía, y los electrones que estos transportan, pasen eficientemente de una enzima a otra.
2 causa que exista una única “puerta” de entrada de electrones (glucosa) y una “puerta” de salida de estos (piruvato y NADH).
3 Facilita la regulación de la actividad de la glucólisis ya que la célula puede
armar y desarmar estos complejos según su necesidad de oxidar glucosa o no
Generalidades de mitocondrias
-mayor productor de ATP
-Cada célula
puede tener múltiples mitocondrias, dependiendo sus necesidades energéticas
- son altamente
dinámicas fusionándose y fisionándose, dependiendo de las condiciones celulares.
Componentes de mitocondrias
➔ Membrana mitocondrial externa
➔ Membrana mitocondrial interna
➔ Matriz mitocondrial
➔ Espacio intermembrana
Características de Membrana mitocondrial externa
-membrana más externa de la mitocondria
-estructura bastante permeable
-poco selectiva
- dada la presencia de muchas proteínas transportadoras y porinas que permiten el flujo
libre de múltiples iones y moléculas pequeñas
Características de Membrana mitocondrial interna
-membrana más interna de la mitocondria
-impermeable y selectiva a
múltiples sustancias
-forma pliegues (crestas mitocondriales), donde se
encuentran la cadena respiratoria y la ATP sintasa.
dónde se encuentranla cadena respiratoria y la ATP sintasa.
crestas mitocondriales en membrana mitocondrial interna
características Matriz mitocondrial
-espacio delimitado por la membrana mitocondrial interna
- compartimento
donde se realizan el ciclo de Krebs y la oxidación del piruvato
-donde se encuentra el DNA,
ribosomas y múltiples otros componentes.
Las mitocondrias se suelen encontrar en asociación a y qué determinan
microtúbulos del citoesqueleto
determinan su posición al interior de la célula y las suelen fijar cerca de los sitios donde hay mayor consumo de ATP.
Características de espacio intermembrana
- espacio comprendido entre la membrana mitocondrial interna y la externa
-compartimento donde se acumulan los protones transportados por la cadena respiratoria
-Dado que la membrana mitocondrial externa es bastante permeable, este espacio tiene una composición similar al citoplasma celular
-
compartimento donde se acumulan los protones transportados por la cadena respiratoria
espacio intermembrana
producto final de la vía glicolítica
ácido pirúvico
o
piruvato en su forma desprotonada
ácido pirúvico es una molécula considerada… y por qué
metabolito central,
dado que puede ingresar a
otras vías metabólicas y transportar los electrones de la glucosa hacia dichas vías.
la glucólisis sólo libera…de la energía disponible en la glucosa y qué contienen las 2 moléculas de piruvato formadas
a glucólisis sólo libera una pequeña fracción de la energía disponible en la glucosa
las dos
moléculas de piruvato formadas todavía contienen la mayoría de la energía química.
Qué sucede al interior de la mitocondria en reacción de descarboxilación oxidativa
el piruvato es convertido a acetil-CoA + CO2+ NADH, pasando de una molécula de 3 átomos de carbono, a una de dos (reacción de descarboxilación oxidativa)
En células eucariontes, la glicólisis actúa como
la primera parte de un eje catabólico central, el que oxida alimentos y extrae la energía que estos contienen
reacción de descarboxilación oxidativa es catalizada por?
enzima
piruvato deshidrogenasa.
Qué pasa posteriormente con acetill Co-A
entrega su grupo acetilo al ciclo de Krebs para su oxidación
completa hasta CO2 y agua.
fermentación láctica qué es y dónde se realiza, qué pasa con el piruvato?
Otro destino para el piruvato es la fermentación láctica
Realizada en el tejido muscular en
ausencia de oxígenO
el piruvato es reducido en ácido láctico por NADH para regenerar NAD+
Qué permite que el piruvato sea reducido en ácido láctico por NADH para regenerar NAD+ en fermentación láctica.
mantener niveles de NAD+ estables y poder seguir oxidando glucosa
mediante glucólisis para obtener ATP.
Quiénes hacen fermentación alcohólica y cuáles son los productos de la reducción del piruvato
Las levaduras
productos de la reducción del piruvato son alcohol etílico y CO2
Resultado de Respiración Aeróbica en ATP
36 ATP
Qué permite fermentación alcohólica?
mantener
el flujo de electrones en condiciones anaeróbicas y/o en células que carecen de mitocondrias, como
los eritrocitos.
Resultado de Fermentación Anaeróbica en ATP
2 ATP
Qué es el ciclo de Krebs o ciclo del ácido cítrico y qué hace?
ruta metabólica cíclica
que oxida acetil-CoA hasta CO2, generando agentes reductores (NADH y FADH2) y GTP en el proceso
Dónde se hacen las 8 reacciones de ciclo de Krebs ? qué son la mitad de ellas?
mayoritariamente en la matriz mitocondrial,
siendo la mitad de ellas oxidaciones.
De dónde proviene acetil CoA
degradación de nutrientes como azúcares (glucosa),
También de rutas metabólicas provenientes de ácidos grasos y algunos
aminoácidos
Reacciones del Ciclo de Krebs
- Condensación de oxalacetato y acetil-CoA en citrato.
- Isomerización del citrato en isocitrato.
- Descarboxilación oxidativa del isocitrato en ɑ-cetoglutarato.
- Descarboxilación oxidativa del ɑ-cetoglutarato en succinil-CoA.
- Síntesis de GTP mediada por la conversión de succinil-CoA en succinato.
- Oxidación del succinato en fumarato.
- Hidratación del fumarato en malato.
- Oxidación del malato en oxalacetato.
reacciones químicas del ciclo de de Krebs cuántas reacciones de descarboxilación involucra de descarboxilación oxidativa,
involucra 2 reacciones de descarboxilación oxidativa,
que liberan grupos carboxilo de los compuestos en forma de CO2
producto de la oxidación de las moléculas derivadas de la glucosa
se forma y qué otros productos se agregan en ciclo de krebs
NADH y FADH2
a producción de CO2 liberado por las descarboxilaciones
y una molécula de GTP
Se produce ATP en ciclo de Krebs
NO, solo una molécula de GTP
Qué es cadena transportadora de electrones o cadena
respiratoria y dónde se localiza
es el destino de los agentes reductores formados por el ciclo de Krebs (NADH y FADH2)
en la mitocondria en crestas mitocondriales de membrana mitocondrial interna
complejos enzimáticos que conforman la cadena respiratoria y funciones
Complejos del I al IV
Complejos I y II actúan
como puertas de entrada de electrones
complejo IV actúa como puerta de salida.
Cómo se encuentran ordenados los complejos
de menor a mayor potencial redox, es decir, de
menor a mayor tendencia a reducirse
Qué permite orden de los complejos enzimáticos de cadena respiratoria
permite que el flujo de electrones desde el primer complejo hacia el aceptor final de estos pueda liberar energía
Luego de pasar por
estos complejos, el aceptor final de los electrones
desde el complejo IV es…
el oxígeno molecular (O2),
una molécula con un potencial redox sumamente
alto, que, al aceptar electrones junto a protones,
se reduce a agua (H2O)
La actividad de la cadena respiratoria puede ser medida a través del…?
consumo de oxígeno de
la célula: un mayor consumo, revela una mayor actividad de la cadena.
Tipos de transportadores de electrones
aquellos que sólo transportan
electrones
aquellos que transportan electrones en conjunto a protones (átomos de H).
Qué hacen los transportadores mixtos al reducirse y oxidarse?
transportadores mixtos captan protones del medio al momento de reducirse y los liberan cuando
se oxidan
Grupos prostéticos que presentan los transportadores de electrones y en qué participan
Los transportadores de electrones presentan uno o más grupos prostéticos que pueden
participar en reacciones redox,
como los grupos hemo, iones de hierro y cobre, clusters hierro-azufre (Fe-S), FMN y FAD
En la cadena respiratoria, transportadores toman electrones desde.. y hacia dónde los liberan
desde la matriz
mitocondrial y
los liberan hacia el espacio intermembrana,
participando en el establecimiento del
gradiente electroquímico.
FMN y FAD diferencia con el NAD*
similares al NAD+
, siendo la principal
diferencia que están unidos covalentemente a proteínas en vez de ser solubles.
Cómo suelen estar los complejos enzimáticos de la cadena respiratoria en la membrana y qué se requiere a causa de esto
estáticos
por lo que se requieren moléculas pequeñas que sean puedan difundir por la membrana y puedan
transportar electrones entre los complejos. ( la ubiquinona
(coenzima Q), que se reduce a ubiquinol (QH2) y el citocromo c)
transportadores que son moléculas pequeñas que se pueden difundir por la membrana y pueden
transportar electrones entre los complejos.
ubiquinona
(coenzima Q), que se reduce a ubiquinol (QH2) y el citocromo c
Los cuatro complejos de la cadena transportadora de electrones mitocondrial son: (nombres)
➔ Complejo I (NADH deshidrogenasa):
➔ Complejo II (Succinato deshidrogenasa)
➔ Complejo III (Citocromo c reductasa)
➔ Complejo IV (Citocromo c oxidasa)
Complejo I (NADH deshidrogenasa) características
-transportador mixto de
electrones y protones
-complejo enzimático presenta un grupo FMN en su sitio catalítico ( actúa como agente oxidante del NADH y recibe 2 electrones)
-clusters Fe-S al interior
de la enzima (permiten el flujo de los electrones desde el FMN hasta la ubiquinona, reduciéndola en ubiquinol)
-transportador difunde por la membrana y llega hasta el
complejo III
Qué hace grupo FMN en sitio catalítico en complejo I (NADH deshidrogenasa)
actúa como agente oxidante del NADH y recibe 2 electrones
➔ Complejo II (Succinato deshidrogenasa) caracrterísticas
-un transportador de
electrones que tiene un rol dual, dado que además cataliza la 6° reacción del ciclo de Krebs.
- presenta un grupo FAD en su sitio catalítico, que actúa como agente
oxidante del succinato y recibe 2 electrones - El FADH2 reducido oxidado por otros grupos
prostéticos al interior de la proteína, pasando luego los electrones a la ubiquinona que los
llevará al complejo III
➔ Complejo III (Citocromo c reductasa) características
-recibe 2
electrones desde el ubiquinol reducido por los complejos I y II mediante clusters Fe-S y
subunidades citocromo c1 y b.
-Los electrones que recibe son utilizados para reducir al citocromo c, una proteína que transporta 1 electrón a la vez hacia el complejo IV
Qué es y qué ocurre en complejo IV (citrocomo C oxidasa)
transportador mixto de
electrones y protones.
Este complejo enzimático recibe electrones desde citocromos c
reducidos por el complejo III, mediante grupos Hemo e iones de cobre unidos a la proteína.
Una vez que oxida 4 citocromos c y capta 4 electrones, esta enzima cataliza la reducción del
oxígeno molecular (O2) en agua (H2O
El oxígeno tiene un potencial de reducción muy
elevado, por lo que….
tiene una gran tendencia a aceptar electrones y se reduce con facilidad,
volviéndose un buen receptor final de estos electrone
Los complejos I, III y IV pueden formar supercomplejos en la
membrana mitocondrial interna para ….
disminuir la distancia que
deben recorrer la ubiquinona y el citocromo c, aumentando la
eficiencia del flujo de electrones
Qué requiere la formación de supercomplejos de memembrana mitocondrial interna
la presencia de cardiolipina, un fosfolípido de
membrana característico de la mitocondria, que facilita la
agregación de los tres complejos
Qué complejos se asocian en la formación de un supercomplejo y por qué uno de ellos no lo hace
complejos I, III y IV
El complejo II no participa en
estos supercomplejos, por su rol menor como puerta de entrada
secundaria de electrones a la cadena respiratoria
La energía liberada por el flujo de electrones en la cadena respiratoria es utilizada por los
complejos I, III y IV para…
para transportar protones desde la matriz mitocondrial hacia el espacio
intermembrana.
Complejo que no transporta protones hacia el espacio intermembrana.
II
MECANISMO usado por complejos para transporte de flujo de protones hacia espacio intermembrana
Cada complejo tiene un mecanismo distinto para permitir el flujo de protones a través de la impermeable y selectiva membrana mitocondrial interna.
Los protones pueden desplazarse fácilmente en el agua; sin embargo,
para desplazarse a través del interior hidrofóbico de los complejos de cadena
respiratoria, estos requieren de …. y en qué consisten
“proton wires”
(alambres de protones). Estas consisten en caminos formados por
aminoácidos con cadenas polares y moléculas de agua
Cómo es el desplazamiento de protones a través del agua vs a través de proton wires
Los protones pueden
desplazarse hasta 40 veces más rápido en estos “alambres” que en el agua.
Cómo se separan físicamente los procesos de
transferencia de electrones del flujo de protones al interior de la NADH deshidrogenasa (Complejo I)
Este complejo tiene una forma de L, con un brazo
ubicado en la membrana y un brazo que sobresale perpendicularmente hacia la matriz mitocondrial.
El transporte de protones se ubica en el brazo de la membrana, mientras que el transporte de
electrones se ubica en el brazo de la matriz.
Para acoplar el flujo de electrones a la translocación de protones, debe existir….
una conexión
mecánica y energética entre ambos procesos.
Qué hace estructura alfa-hélice anfipática transcurre entre ambos brazos complejo I..? Y qué permite?
une uniendo el sitio de unión de
la ubiquinona (Q) con los translocadores de protones
permitiría que la reducción de la ubiquinona genere un cambio conformacional en los
transportadores y permitan el flujo de 4 protones por cada NADH oxidado
Cómo la citrocomo c reductasa transloca protones (Complejo III)
mediante la oxidación de la
ubiquinona.
Cuando la ubiquinona recibe dos electrones desde los complejos I o II, toma 2 protones
desde la matriz mitocondrial, y los libera hacia el espacio intermembrana al pasar los electrones al
complejo III. Es decir, la ubiquinona no recibe electrones libres, sino como parte de un átomo de H
(electrón+protón), por eso toma protones del medio (matriz). El complejo III, sólo acepta los
electrones, debiendo liberarse entonces los protones desde la ubiquinona (hacia el espacio
intermembrana).
Cómo la a citocromo c oxidasa (Complejo IV) transloca electrones a través de la membrana
la reducción del oxígeno gatilla cambios conformacionales en la
proteína, que ensamblan los ya mencionados “protein wires” y permiten el paso de 4 protones
desde la matriz mitocondrial hacia el espacio intermembrana
la oxidación de una molécula de NADH permite el flujo de cuántos protones hacia el espacio intramembrana
12 protones
I: 4
II:
III: 2
IV:4
Qué se denomina gradiente electroquímico
al gradiente doble que se forma a consecuencia de transporte de protones y su acumulación en el espacio intermembrana
Cuál es el gradiente doble que se forma en gradiente electroquímico
de concentración de protones (pH), con mayor
concentración en el espacio intermembrana que en la matriz mitocondrial,
y de cargas, con más
cargas positivas en el espacio intermembrana que en la matriz mitocondrial.
Qué representa gradiente electroqímico desde punto de vista energético y qué impulsará
Desde el punto de vista energético, se puede decir que esta gradiente representa la energía
liberada por la cadena respiratoria.
Ella impulsará la síntesis de ATP.
Qué es la ATP sintasa, función y componentes
TP sintasa es un complejo proteico ubicado en las crestas mitocondriales, que cataliza la
síntesis de ATP.
Tiene dos partes principales:
1 un componente F0 móvil que contiene un canal de
protones;
2 y un componente F1 estático que cataliza la reacción enzimática.
En condiciones normales, la ATP sintasa gira a una velocidad d.., sintentizando cuántas moléculas de ATP
En condiciones normales, la ATP sintasa gira a una velocidad de 8000 revoluciones por
minuto, sintetizando aproximadamente 400 moléculas de ATP por segundo!!
Función de ATP sintasa
convierte energía
mecánica, proveniente de la fuerza protón motriz y la rotación de
F0, en energía química, almacenada en forma de ATP
La síntesis de ATP por la ATP sintasa se encuentra acoplada energéticamente a la actividad de…
la cadena respiratoria.
Si uno de los dos procesos falla, el otro se detendrá.
La inhibición del
complejo I o del complejo II por separado detiene funcionamiento de ATP sintasa?
o no detiene el funcionamiento de sistema, dado que
ambos cumplen el rol de puerta de entrada, aunque su inhibición simultánea sí puede detenerlo
Ahora bien, existen ciertos mecanismos que permiten desacoplar ambos procesos (síntesis de ATP y cadena respiratoria) QUÉ pasa acá?
agente denominado desacoplante permite el flujo de protones a través de la membrana
mitocondrial interna, disipando el gradiente de protones haciendo bypass a la ATP sintasa.
Un
ejemplo de canales que permiten el flujo libre de protones es
a proteína termogenina
Qué causan agentes desacoplantes?
Los agentes
desacoplantes causan que la energía del gradiente sea disipada en forma de calor.
Los componentes de la ATP sintasa funcionan de forma
similar a una turbina (describir funcionamiento)
primero, el componente F0 actúa como un rotor, que ocupa la energía liberada por el flujo de protones para girar; así, el movimiento de los protones de vuelta a la matriz
mitocondrial, produce un cambio conformacional en la región de
F0 denominada rotor
segundo, la rotación de
F0 induce un cambio conformacional en F1, lo que permite acercar
ADP a un grupo fosfato libre Pi hasta catalizar la unión entre ambos
Qué es la fotosíntesis
proceso mediante el cual las células vegetales ocupan energía lumínica y
agua para generar agentes reductores (NADPH) y ATP.
Dónde ocurre fotosíntesis y qué incolucra
cloroplastos, involucra una cadena transportadora de
electrones similar a la de la mitocondria
Diferencia cadena transportadora de mitocondria y cloroplasto
e la fotosíntesis
obtiene electrones desde la oxidación de agua (H2O) a oxígeno (O2) y el aceptor final de estos es un
agente oxidante (NADP+
);
mientras que la cadena respiratoria obtiene electrones desde un agente
reductor (NADH) y el aceptor final de estos es el oxígeno, que se reduce a agua
producto de ciclo de calvin y qué es
gliceraldehído-3-fosfato, un intermediario de la
síntesis de glucosa y otras moléculas orgánicas.
Qué pasa en ciclo de Calvin
la célula vegetal ocupa el NADPH y ATP de la fotosíntesis y CO2 que absorbe
del medio para sintetizar moléculas orgánicas en una serie de reacciones denominadas ciclo de
Calvin.
Diferencia cloroplastos y mitocondrias
Una célula vegetal suele tener múltiples cloroplastos, cada uno de los cuales tiene un tamaño
superior al de las mitocondrias. A diferencia de las mitocondrias, los cloroplastos presentan tres
membranas y tres espacios
Estructuras de un cloroplastos
➔ Membrana externa del cloroplasto:
➔ Membrana interna del
cloroplasto
➔ Estroma
➔ Membrana tilacoidal
➔ Espacio tilacoidal
Características de membrana externa del cloroplasto
membrana más externa del cloroplasto.
Al igual que su análoga en la mitocondria, es
bastante permeable
➔ Membrana interna del cloroplasto características
membrana que sigue a la membrana externa
bastante impermeable y selectiva al paso de moléculas. (igual que en mitocondrias)
A diferencia de su análoga, no está
plegada ni contiene la cadena de transporte de electrones del organelo.
Características de ➔ Espacio intermembrana:
entre la membrana interna y la membrana externa
Al igual que su
homónimo en la mitocondria, tiene una composición similar a la del citoplasma.
No posee mayor
relevancia para la fotosíntesis
Características del estroma
Es el espacio al interior de la membrana interna.
contiene las enzimas que
participan en el ciclo de Calvin para la fijación del CO2 y también a los tilacoides.
Para poder absorber la energía lumínica del sol y utilizarla para impulsar la cadena
transportadora del cloroplasto, algunas proteínas que participan de la fase clara de la fotosíntesis
tienen
unidas moléculas fotorreceptoras
Características de Espacio tilacoidal:
espacio al interior de la membrana tilacoidal
corresponde al lumen de
los tilacoides
al igual que el espacio intermembrana de la mitocondria, acumula protones para
generar un gradiente electroquímico.
Características de membrana tilacoidal
membrana más interna de los cloroplastos
ubicada al interior del estroma
Al igual que la
membrana mitocondrial interna, contiene la maquinaria de síntesis de ATP
es impermeable a
los protones
se encuentra plegada.
en vez de formar crestas, forma vesículas
aplanadas llamadas “tilacoides”, que pueden apilarse para formar torres llamadas “grana”.
Todos los tilacoides están conectados entre sí.
particularidad de moléculas fotorreceptoras unidas a , algunas proteínas que participan de la fase clara de la fotosíntesis
lípidos con
enlaces dobles y simples alternados, o presentar una cola hidrofóbica y características similares.
principal pigmento fotorreceptor de las células
vegetales y qué es
clorofila
pigmento verde compuesto por una
larga cadena hidrofóbica que se insertan entre las colas de los
fosfolípidos de la membrana tilacoidal.
Además posee una zona
con un anillo de porfirina que contiene enlaces dobles
alternados y un átomo de magnesio al centro.
Qué contiene la porfirina
un sistema de electrones deslocalizados que participan
en la captación de fotones (partículas cuánticas portadoras de
energía lumínica).
otros pigmentos y qué permiten
𝛽-caroteno
(naranja) y el licopeno (rojo).
Cada pigmento absorbe luz de
distinta longitud de onda, es decir, de distinto color.
El trabajo
en conjunto de distintos pigmentos permiten que una planta
pueda realizar fotosíntesis con un amplio espectro de luz
Qué pasa cuando la clorofila capta un fotón
uno de los electrones del anillo de porfirina recibe su
energía y pasa a un estado excitado. Es decir, el electrón pasa de un orbital de menor energía a uno
de mayor energía. Como en este orbital es inestable, este electrón puede liberar energía en una de
tres maneras
Cómo se libera energía si la clorofila se encuentra aislada. A qué se asocía una menor longitud de onda. Nombre del fenómeno.
Si la clorofila se encuentra aislada, el electrón vuelve al orbital de origen liberando la energía
en forma de un fotón de luz y calor.
El fotón emitido tendrá menor energía que la absorbida
inicialmente puesto que una parte de ella se pierde como calor.
Una menor energía se asocia
a una longitud de onda mayor
fenómeno de emisión de luz se denomina fluorescencia
Qué es la fluorescencia
fenómeno de emisión de luz se denomina fluorescencia
Cómo se libera eneergía si hay una molécula con la capacidad de aceptar un electrón (agente oxidante)
el electrón se
traslada desde la clorofila hacia esa molécula.
Cómo se libera energía si hay otras moléculas de clorofila cerca
la energía liberada es transferida, excitando un
electrón en la clorofila adyacente. Cabe destacar que el electrón permanece en su clorofila
original, no se desplaza con la energía.
La clorofila en la membrana tilacoidal se puedo encontrar en:
Complejos antena
Centro de reacción fotoquímico
fUNCIÓN DE COMPLEJSO DE ANTENA
captar una alta cantidad de fotones y transferir la energía
entre moléculas de clorofila.
función de centro de reacción fotoquímico
función es recibir la energía desde las moléculas de
clorofila de los complejos antena y realizar la transferencia de electrones hacia agentes
oxidantes.
En el centro de reacción se encuentra un par de moléculas de clorofila cuya
orientación y posición permite la interacción de transferencia electrónica.
Qué forman los fotosistemas, qué son y tipos?
Centros de organización: complejos de antena y centro de reacción fotoquímico
maquinaria
molecular que permite a las plantas absorber y utilizar la energía de la luz
el fotosistema II y el fotosistema I.
Diferencias entre cadena transportadora de electrones
➔ La fuente de electrones en la cadena respiratoria es el NADH o el FADH, mientras que en la
cadena fotosintética es el agua (H2O) que se oxida a oxígeno molecular (O2)
➔ La cadena respiratoria termina con la reducción del oxígeno en agua en el complejo IV,
mientras que la cadena fotosintética termina con la reducción de NADP+ en NADPH
a cadena de la fotosíntesis dependiente
de la luz, mientras que la respiración celular es independiente de la luz.
la cadena fotosintética presenta la particularidad de utilizar
fotosistemas
Qué vuelve a la cadena de la fotosíntesis dependiente
de la luz
utilizar fotosistemas, que
utilizan energía lumínica para realizar la transferencia de electrones y son incapaces de transportar
protones a través de la membrana tilacoidal.
Por qué se dice que flujo de electrones a
través de cadena fotosintética sigue una trayectoria con forma de Z
pq En los fotosistemas, la excitación de un electrón al captar fotones aumenta su tendencia a
donarlo, disminuyendo su potencial de reducción.
la cadena fotosintética sigue una trayectoria con forma de Z, aumentando y disminuyendo
su potencial redox, surgiendo el nombre “esquema Z” para este mecanismo
Complejos de fotosíntesis
Fotosistema I
Complejo citocromo b6-f
Fotosistema II
Ferredoxina-NADP reductasa
Qué pasa en fotosistema II
al captar un fotón disminuye su potencial
redox, con lo que los electrones pasan a reducir plastoquinona (Q) en plastoquinol (QH2).
. El
plastoquinol, análogo al ubiquinol, difunde por la membrana hasta el siguiente complejo
. Este
fotosistema recupera los electrones desde el agua, oxidandola; en este proceso, el agua se
rompe, liberando Oxígeno y protones.
aunque el fotosistema no realiza
transporte de protones propiamente tal, al romper el agua se liberan 4 protones al espacio
tilacoidal, un aporte a la formación del gradiente electroquímico de protones
Que hace el complejo citocromo b6-f
-un homólogo de la citocromo c
oxidasa que participa en la cadena respiratoria
-recibe al plastoquinol reducido
por el fotosistema II y lo oxida, usando sus electrones para reducir 2 moléculas de
plastocianina
-La plastocianina reducida cumple el mismo rol que el citocromo c en la cadena
respiratoria y difunde por la membrana hasta alcanzar el siguiente complejo
-transportador mixto de protones y electrones transporta 4 protones desde el estoma hacia el
espacio tilacoidal.
Qué hace fotosistema I
-va al inverso del orden de la cadena
- capta un fotón de luz y eso
permite que libere electrones que reducen a una molécula de ferredoxina
-recupera sus electrones al oxidar 2 moléculas de plastocianina reducida
- no
participa en la generación del gradiente electroquímico de protones.
Qué hace la ferredoxina-NADP+
reductasa
- la enzima ferredoxina-NADP+
reductasa, un complejo
proteico que se encuentra asociado a la membrana
-reduce NADP+ en NADPH
utilizando los electrones de la ferredoxina previamente reducida por el fotosistema I.
Debido a qué cadena transportadora de electrones puede generar un importante gradiente electroquímico de protones.
Dado que el agua actúa como una fuente prácticamente inagotable de electrones y los
complejos antena pueden captar cientos de fotones por segundo,
Al igual que la membrana mitocondrial interna, la ATP sintasa se encuentra en…
la membrana
tilacoidal.
Qué hace ATP SINTASA
utiliza la gradiente de protones acumulados en el espacio tilacoidal para
sintetizar ATP.
productos de fase clara de fotosíntesis y dónde serán utilizados después
oxígeno, ATP y NADPH; estos dos últimos
serán utilizados en la fase oscura en el estroma del cloroplasto.
El ciclo de Calvin o Ciclo de fijación del carbono es..
una serie de reacciones
químicas que integran átomos de carbono inorgánico, en forma de CO2, uniéndolos a compuestos
orgánicos.
Dónde ocurre ciclo de Calvin o ciclo de fijación del carbono y qué ocupa
ocurre en el estroma del cloroplasto y ocupa el ATP y NADPH
sintetizados durante la fase clara de la fotosíntesis
desde dóonde puede provernir dióxido de Carbono ocupado por esta fase
desde la respiración celular de la misma célula o puede ser absorbido desde el
ambiente
Ciclo de Calvin es independiente o dependiente de la luz ?
las reacciones del ciclo de Calvin son independientes de la luz, esta etapa de la
fotosíntesis es llamada “fase oscura”.
Etapas del ciclo de Calvin
➔ Etapa de fijación del carbono
➔ Etapa de reducción
➔ Etapa de regeneración
➔ Etapa de fijación del carbono
- Carboxilación de ribulosa-1,5-bisfosfato en 3-fosfoglicerato
Qué se realiza en etapa de fijación del carbono
-Esta etapa realiza el proceso de fijación del carbono, donde la enzima ribulosa-1,5-bisfosfato
carboxilasa (RuBisCo) cataliza la unión de CO2 a la ribulosa-1,5-bisfosfato (RuBP)
- la unión de 3
CO2 (1C) con 3 RuBP (5C) genera 3 moléculas de un intermediario con 6 átomos de carbono, que es
hidrolizado para obtener 6 moléculas de 3-fosfoglicerato (3C).
➔ Etapa de reducción
- Fosforilación del 3-fosfoglicerato en 1,3-bisfosfoglicerato
- Reducción y desfosforilación del 1,3-bisfosfoglicerato en gliceraldehído-3-fosfato
Qué ocurre en etapa de reducció n
Esta etapa consume el ATP y NADPH sintetizados por la cadena fotosintética para transformar
el 3-fosfoglicerato en gliceraldehído-3-fosfato (G3P).
Dado que la etapa de fijación del carbono
sintetiza 6 moléculas de 3-fosfoglicerato, esta etapa consume 6 ATP y 6 NADPH para generar 6
moléculas de G3P.
Estas dos reacciones son lo opuesto a lo que ocurre al inicio de la etapa
exergónica de la glicólisis
-En este punto del ciclo, una molécula de gliceraldehído-3-fosfato sale del ciclo para ser
utilizada en la biosíntesis de otras moléculas al interior o exterior del cloroplasto, o ser oxidada por
la vía glucolítica para generar ATP. . Esto deja a 5 moléculas de G3P para continuar el ciclo.
➔ Etapa de regeneración
- Transformación del gliceraldehído-3-fosfato en ribulosa-1,5-bisfosfato
Qué ocurre en etapa de regneración
-en reacciones que permiten regenerar el RuBP
que fue consumido al inicio del ciclo
-y 5 moléculas de G3P (3C) y se obtendrá 3
moléculas de RuBP (5C), se realiza un conjunto de reacciones que generan intermediarios con una
cantidad variable de carbonos hasta llegar al producto final
- esta reacción se
consumen 3 ATP y se liberan 2 grupos fosfatos adicionales.
