Hace 500 años, célebre holandés Antoine van Leewenhoek describió la existencia de la unidad funcional, anatómica y de origen de los seres vivos, la célula. Hasta finales del siglo XIX, era universalmente aceptado que los procesos de la vida eran el resultado directo de una fuerza vital y que estos procesos ocurrían exclusivamente en las células. En el verano de 1896, esta doctrina llamada vitalismo, parte de las ideas de la generación espontanea, fue desacreditada por el experimento que dio origen al nacimiento de a Bioquímica. M Hahn, un científico alemán, trataba de separar proteínas de la levadura en un mortero con arena muy fina y tierra de diatomeas, que no es sino las frústula o envoltura de polisacáridios de las diatomeas uno protoctistas muy bonitos. El extracto de levadura se filtró en un paño muy fino y desafortunadamente para Hahn, era muy difícil de preservar. Hans Buchner, colega de Hahn le recordó que la fruta se conserva agregándole azúcares, haciendo una mermelada, le sugirió agregar sacarosa. El experimento lo realizó Eduard, hermano de Hans que visitaba el laboratorio para experimentar con extractos de levadura. Cuando agregó la sacarosa al extracto de levadura, de la solución emergían burbujas. Eduard concluyó que la fermentación, el proceso descrito por Louis Pasteur como la vida sin aire, estaba ocurriendo. Actualmente esa observación no seria tal vez particularmente importante para nosotros, pero Buchner había demostrado que los procesos de la vida (la fermentación en este caso), podían ocurrir fuera de la célula viva. El fantasma poseído de la máquina viviente se había exorcizado. La hipótesis de Buchner consistió en que la fermentación resulta de la actividad de una enzima, que el llamó zimasa. Actualmente llamamos a este proceso que realmente se lleva a cabo por 10 enzimas, glucólisis del griego glycos: dulce + lysis: ruptura. Por estas observaciones, Buchner ganó el premio Nobel. En 1941, Fritz Lipman y Herman Kalkar descubrieron las funciones de los compuestos de alta energía como el ATP en el metabolismo intermedio. Gracias a la invención de técnicas para la purificación de enzimas y a experimentos hechos en bacterias y levaduras, se describieron las reacciones de esta vía. Las funciones de los cofactores como el NAD+ y de los compuestos fosforilados en el metabolismo, se describieron por primera vez en la glucólisis. La fermentación es el aprovechamiento de la glucosa en ausencia de O2, el objetivo final de esta vía, es la síntesis de moléculas de alta energía química como el adenosín trifosfato (ATP), que se utilizan para realizar trabajo. Los organismos primitivos se originaron en un mundo cuya atmósfera carecía de 02 y por esto, la glucólisis se considera como la vía metabólica más primitiva y por lo tanto, está presente en todas las formas de vida actuales. La vía consiste de 10 reacciones enzimáticas en las cuales la glucosa, una fuente de energía para casi todos los organismos, se convierte en piruvato. Esta transformación, conlleva a la producción de dos moléculas de ATP. Vale la pena considerar que la glucólisis es la única vía en los animales que produce ATP en ausencia de Oxígeno. En la reacción neta, también se reducen dos moléculas de NAD+ a NADH: D-glucosa + 2Pi + 2ADP ê 2 piruvato + 2NADH + 2H+ + 2ATP + 2H2O En condiciones anaerobias, el piruvato es convertido a lactato en los animales o etanol en las levaduras, acompañado de la regeneración de NAD+ el cual permite a la glucólisis continuar en ausencia de Oxígeno. De las reacciones listadas en la Tabla X se puede deducir que el cambio en la energía libre para la conversión de glucosa en piruvato es de - 8.44 kcal mol-1, lo que corresponde a una constante de equilibrio de 105 a 298 K. Debido a eso, la glucólisis es un proceso unidireccional. GLUCOLISIS REACCIONES DE LA GLUCÓLISIS LA GLUCOLISIS SE DIVIDE EN DOS PARTES. Durante la primera la glucosa es fosforilada con el gasto energético de una molécula de ATP para dar glucosa-6-fosfato, la cual se isomeriza para formar fructosa-6-fosfato. A partir de la fructosa-6-fosfato y con gasto de otra molécula de ATP se forma la fructosa-1,6-bisfosfato. En total, hasta esta parte se gastan dos moléculas de ATP. Esta es una reacción irreversible en la que intervienen la glucosa y el ATP, además de ser indispensable el cation Mg2+.
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REACCIONES DE LA PRIMERA PARTE DE LA GLUCÓLISIS
1.Hexocinasa y Glucocinasa La formación de la glucosa-6-fosfato es catalizada por dos isoenzimas: la hexocinasa y la glucocinasa. 1.- A.- Hexocinasa: Puede fosforilar a otras hexosas. Está presente en todas las células Es inhibida por la GLUCOSA-6-FOSFATO que es el producto de la reacción que cataliza., La hexocinasa cambia su conformación al unirse a las hexosas. Este cambio se produce gracias a que la enzima tiene dos dominios unidos por medio de otro más que actúa como una bisagra. La enzima en su conformación abierta permite que la hexosa se acomode en su sitio activo; cuando esto ha sucedido, la enzima adquiere su conformación cerrada en la cual se desplaza a las moléculas de agua y disminuye la energía de solvatación, necesaria para que se lleve a cabo la reacción de fosforilación. B.- Glucocinasa La glucocinasa es más abundante en el hígado. Tiene una Km de 10 mM que es más alta que las concentraciones fisiológicas de glucosa. Esto permite que en condiciones de hiperglicemia, después de alimentarse, cuando hay muchas hexosas en el torrente sanguíneo, simultáneamente funcionen ambas enzimas, lo cual favorece la rápida entrada de glucosa a las células. La glucocinasa es inhibida por la FRUCTOSA-6-FOSFATO en vez de por GLUCOSA-6-FOSFATO como en el caso de la hexocinasa. La reacción que catalizan ambas enzimas (glucocinasa y hexocinasa), es irreversible en condiciones intracelulares y tiene un cambio en energía libre de 1.6 kJ/mol.
2.Fosfoglucosa isomerasa La fosfoglucosa isomerasa (PGI), anteriormente llamada GLUCOSA-6-FOSFATO isomerasa es una enzima que cataliza la isomerización de una aldosa, la GLUCOSA-6-FOSFATO en una cetosa, la FRUCTOSA-6-FOSFATO; la reacción se lleva a cabo en cinco pasos para los cuales la enzima necesita abrir el anillo de la glucosa, para hacer la isomerización y posteriormente cerrarlo convirtiéndola el gructosa-6-fosfato. 1. Formación del complejo ES. 2. Un ácido, presumiblemente el grupo e-amino de una lisina de la enzima, cataliza la apertura del anillo. 3. Una base, presumiblemente el carboxilato de un ácido glutámico de la enzima, retira el protón ácido del C2 del azúcar para formar un intermediario cis-enediolato (este protón es ácido porque ocupa una posición a con respecto al carbonilo).
4. 5.
6.
El protón es reemplazado en C1. Los protones retirados por bases, son lábiles y se recambian rápidamente con el solvente. El anillo se cierra para formar el producto, el cual es posteriormente liberado. La PGI requiere de Mg2+ para su actividad y el pH óptimo para la reacción es de 6.7 y 9.3 por lo que se sugiere que los aminoácidos que participan en la misma son una histidina y una lisina respectivamente; el cambio en energía libre de esta reacción es de –1.7kJ/mol, por esto es fácilmente reversible.
3.fosfofructocinasa La fosfofructocinasa-1 (PFK-1) es una enzima que cataliza la fosforilación de la FRUCTOSA-6-FOSFATO con gasto de una molécula de ATP. Esta reacción tiene un cambio en la energía libre de –23.8kJ/mol, por lo que es irreversible. La PFK-1 es la principal enzima reguladora de la glucólisis; sus factores reguladores son: Inhibidores: Cuando las necesidades energéticas del organismo son bajas, por ejemplo en estado de reposo, existen concentraciones elevadas de ATP y de ácido cítrico, estas moléculas reconocen sitios alostéricos en la PFK-1. Al unirse a ellos ocasionan una menor afinidad de la PFK-1 por la FRUCTOSA-6-FOSFATO lo cual resulta en una inhibición de la actividad enzimática. Estimuladores: Cuando las necesidades energéticas del organismo son elevadas, en el ejercicio o bien en condiciones de ayuno prolongado, se generan las altas concentraciones de ADP, de AMP y de FRUCTOSA-1,6-BISFOSFATO, lo cual ocasiona el incremento en la actividad de la PFK-1. La formación de fructosa-2,6-difosfato (F2,6P), es catalizada por la fosfofructocinasa-2 (PFK-2). Esta enzima es regulada a través de reacciones de fosforilación, cuando la PFK-2 está fosforilada es capaz de hidrolizar a la F2,6P y cuando no lo está, funciona en la dirección inversa, la sintetiza. Cuando los receptores específicos para el glucagon son ocupados por ésta hexosa difosforilada, se produce AMPc, sustancia que estimula a la proteína cinasa; ésta última fosforila a varias enzimas, dentro de ellas se encuentra la PFK-2. FRUCTOSA-6-FOSFATO+ ATP ® F2,6P+ ADP (síntesis) fosfofructocinasa-2 F2,6P + H2O ® FRUCTOSA-6-FOSFATO + Pi (hidrólisis)
4.Aldolasa 5.Triosafosfato isomerasa ♣
REACCIONES DE LA SEGUNDA PARTE DE LA GLUCÓLISIS
La glicelaldehído-3-fosfato deshidrogenasa (GAPDH) cataliza la oxidación de un aldehído, el GLICERALDEHÍDO-3-FOSFATO (reacción exergónica) y sintetiza un acil-fosfato, el 1,3-difosfoglicerato (1,3-bisfosfoglicerato) (reacción endergónica). El mecanismo catalítico de esta enzima, consiste de 5 pasos: 1.- Unión del GLICERALDEHÍDO-3-FOSFATO. 2.- Un grupo sulfidrilo en la enzima, esencial para la catálisis actúa como nucleófilo y ataca al aldehído para formar un tiohemiacetal. 3.- El tiohemiacetal, se oxida a un aciltioéster por transferencia directa de un hidruro al NAD+. Este intermediario que ha sido aislado, tiene una gran potencia como donador. La energía de la oxidación del aldehído se conserva a través de la síntesis del tioéster y la reducción de NAD+ a NADH. La fosfoglicerato cinasa cataliza la primera reacción de la síntesis de ATP en la glucólisis. Tiene una estructura muy parecida a la de la hexocinasa (bisagra). La energía libre de la reacción es de –18.5 kJ/mol (exergónica) y predomina la formación de ATP. En esta reacción ocurre una fosforilación a nivel de substrato, en la cual, la reacción exergónica de pérdida de un fosfato del ácido 1,3 bifosfoglicérico, es acoplada a la reacción endergónica de la síntesis de ATP a partir de ADP y Pi. En el eritrocito, una parte del 1,3-difosfoglicerato sigue un destino diferente porque la 2,3 bifosfoglicerato mutasa cataliza la formación del isómero2,3 bifosfoglicerato, que modula la afinidad de la hemoglobina por oxígeno. Cuando hay mucho ácido 2,3-difosfoglicéríco, la hemoglobina disminuye su afinidad por el O2, por lo que se despega con mayor facilidad. La reacción que cataliza la fosfoglicerato mutasa (PGM), se lleva a cabo en cuatro pasos. 1.- El ácido 3 fosfoglicérico se une a la enzima fosforilada en el residuo histidina 8. 2.-El grupo fosfato de la enzima se transfiere al substrato resultando un intermediario 2,3 bifosfoglicerato (2,3BPG). 3 y 4.- El complejo se descompone para dar al 2 fosfoglicerato (2-fosfoglicerato) y la regeneración de la enzima fosforilada. Ocasionalmente el 2,3BPG se disocia de la enzima, dejándola en forma inactiva, cantidades traza de este compuesto, pueden regenerar a la fosfoenzima por la reacción reversa. El 2,3BPG específicamente se une a la desoxihemoglobina y altera su afinidad por el oxígeno de la hemoglobina. La concentración de 2,3BPG en los eritrocitos es mucho mayor (»5mM), que las trazas necesarias para regenerar a la PGM; los eritrocitos sintetizan y degradan este compuesto por una desviación de la vía glucolítica. La 2,3-difosfoglicerato mutasa cataliza la transferencia del grupo fosforil de C1 a C2 del 1,3-bisfosfoglicerato. El 2,3BPG resultante es hidrolizado a 3-fosfoglicerato (3-fosfoglicerato) por la 2,3-difosfoglicerato fosfatasa. La velocidad de la glucólisis afecta la afinidad de la hemoglobina a través de la generación de 2,3BGP. Consecuentemente, se afecta la capacidad de la sangre para transportar oxígeno. La piruvato cinasa (PK), cataliza la segunda fosforilación a nivel de substrato en la glucólisis, en la cual hay formación de ATP mediante la hidrólisis del enlace fosfato de alta energía en el FOSFOENOLPIRUVATO para formar piruvato, que es un metabolito de encrucijada que posteriormente es utilizado para múltiples fines. Esta reacción tiene un cambio en la energía libre de –61.9, por lo que es irreversible. La enzima necesita de dos cationes para catalizar la formación de ATP y piruvato, K+ y Mg2+. El mecanismo descrito para la catálisis de la PK consiste de dos pasos: 1.
Un oxígeno b del grupo fosforilo del ADP ataca nucleofílicamente al fósforo del FOSFOENOLPIRUVATO, formando un enol piruvato y ATP. En esta reacción, se conserva la energía de la hidrólisis del FOSFOENOLPIRUVATO. 2. En enol piruvato se transforma en piruvato. Esta tautomerización ceto-enol es suficientemente exergónica para acoplar la síntesis de ATP. Existen varias isoenzimas de piruvato cinasa en la mayor parte de los organismos; estas isoenzimas presentan regulación alostérica positiva por la acción de la F2,6P, que aumenta la afinidad de la enzima por su substrato y acelera la reacción La proteína cinasa dependiente de AMPc, fosforila y desfosforila a la piruvato cinasa. Esto es otra forma de regulación por modificación covalente; la piruvato cinasa es menos activa cuando está fosforilada.
El ácido pirúvico puede seguir varios caminos metabólicos dependiendo de las condiciones de la célula: Bajo condiciones aeróbicas, el ácido pirúvico se descarboxila y se une a la coenzima A para formar acetil coA. Cuando las condiciones anaeróbicas están presentes, se reduce para formar ácido láctico. En las levaduras, existe otra vía metabólica que es la fermentación alcohólica, en la que se produce etanol en vez de ácido láctico. RUTAS METABÓLICAS. La vía anaerobia común, la glucólisis LA VIA ANAEROBIA COMUN A TODOS LOS SERES VIVOS. La degradación de glucosa que rinde 2 moléculas de piruvato con la generación de neta de 2 moléculas ATP y 2 de NADH. En condiciones anaeróbicas, el piruvato es convertido a lactato (en levaduras a etanol) para reciclar el NADH. En condiciones aeróbicas, el NAD+ es regenerado a través de la fosforilación oxidativa. El control principal de la vía se lleva a cabo en la fosfofructocinasa 1 (PFK 1), activándola el AMP y el ADP (que varían de acuerdo al estado energético del organismo); la enzima es inhibida por ATP y citrato. La PFK es activada por fructosa-2.6-bisfosfato (F2,6P), cuya concentración es regulada por los niveles de glucagon, epinefrina y norepinefrina, a través del cAMP. Los niveles de este metabolito son regulados inversamente en el hígado y el músculo cardiaco: Un incremento de cAMP en hígado ocasiona un decremento en la concentración de F2,6P y un incremento en corazón. El ciclo del ácido cítrico oxida acetil-CoA, producto común de la degradación de la glucosa, ácidos grasos y aminoácidos cetogénicos, a CO 2 y H20 con la producción de NADH y FADH2. Muchos aminoácidos glucogénicos pueden ser oxidados vía el ciclo del ácido cítrico por su conversión a uno de los intermediarios del ciclo. Las actividades de las enzimas regulatorias del ciclo del ácido cítrico (citrato sintasa, isocitrato deshidrogenasa y acetoglutarato deshidrogenasa), están controladas por la disponibilidad de substratos y por inhibición por retroalimentación de intermediarios del ciclo. El descubrimiento de Sir Hans Krebs, el ciclo ácido cítrico EL CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICO oxida acetil-CoA, producto común de la degradación de la glucosa, ácidos grasos y aminoácidos cetogénicos, a CO2 y H20 con la producción de NADH y FADH 2. Muchos aminoácidos glucogénicos pueden ser oxidados vía el ciclo del ácido cítrico por su conversión a uno de los intermediarios del ciclo. Las actividades de las enzimas regulatorias del ciclo del ácido cítrico (citrato sintasa, isocitrato deshidrogenasa y a-cetoglutarato deshidrogenasa), están controladas por la disponibilidad de substratos y por inhibición por retroalimentación de intermediarios del ciclo. El balance entre estar en línea o no, la degradación y la síntesis de los ácidos grasos DEGRADACIÓN Y SÍNTESIS DE LOS ÁCIDOS GRASOS. Los ácidos grasos se rompen en unidades de C2 a través de la b-oxidación formando acetil-CoA, y son sintetizados a partir de esta molécula en una vía diferente. La actividad de b-oxidación varía con la concentración de ácidos grasos, la cual a su vez depende de la actividad de la triacilglicerol lipasa sensible a hormonas que se encuentra en el tejido adiposo. Esta enzima es estimulada por reacciones de fosforilación/defosforilación dependientes de cAMP, gracias a la acción de glucagon y epinefrina, e inhibida por insulina. La síntesis de ácidos grasos depende de la actividad de la acetil-CoA carboxilasa, la cual es activada por citrato e inhibida por el producto de la vía en palmitoil-CoA (que es el precursor de ácidos grasos de cadena mayor o insaturados). Esta vía es regulada a largo plazo a través de alteraciones en la velocidad de síntesis de las enzimas, lo cual es estimulado por la insulina e inhibido por ayuno. La generación de la energía en los aerobios, la fosforilación oxidativa FOSFORILACION OXIDATIVA Es la vía mitocondrial que oxida NADH y FADH2 con la síntesis acoplada de ATP. La velocidad de la fosforilación oxidativa (que está fuertemente coordinada con los flujos metabólicos de la glucólisis y el ciclo del ácido cítrico), es dependiente de la concentración de ATP, ADP y Pi. Además de proteínas qué más hacemos con los aminoácidos DEGRANULACION Y SÍNTESIS DE AMINOACIDOS El exceso de aminoácidos puede ser degradado a intermediarios metabólicos comunes. Muchas de estas vías comienzan con la transaminación de los aminoácidos a sus correspondientes a-ceto ácidos con la eventual transferencia del grupo amino a la urea a través del ciclo de la urea. La leucina y la lisina son aminoácidos cetogénicos (sólo pueden ser convertidos en acetil-CoA o acetoacetato y por tanto no son precursores de la glucosa). Los aminoácidos restantes, son glucogénicos (pueden cuando menos en parte ser convertidos en uno de los precursores de la glucosa – piruvato, oxaloacetato, a-cetoglutarato, succinil-CoA o fumarato-). 5 aminoácidos son cetogénicos y glucogénicos. Los aminoácidos esenciales son aquellos que los animales no pueden sintetizar, deben ser obtenidos de la dieta (a través de fuentes provenientes de plantas o microorganismos (levaduras y bacterias principalmente)). La síntesis de los aminoácidos no esenciales en animales es generalmente más sencilla que la de los esenciales. La ruta que separa al anabolismo del catabolismo, la vía de las pentosas fosfato VIA DE LAS PENTOSAS FOSFATO. Esta vía genera NADPH (para utilizarlo en la biosíntesis reductora, así como precursor de los nucleótidos, la ribosa-5-fosfato), a través de la oxidación de G6P. La generación de este metabolito es catalizada por la G6P deshidrogenasa, la cual es controlada por los niveles de NADP +. La capacidad de las enzimas de discernir entre NADH (el cual es principalmente utilizado en el metabolismo energético) y NADPH permite que el metabolismo energético y la biosíntesis puedan ser regulados independientemente. Cómo se almacena y utiliza la reserva energética soluble, la síntesis y la degradación del glucógeno SINTESIS Y DEGRADACION DE GLUCOGENO. El glucógeno, reserva de glucosa en los animales, se almacena principalmente en hígado y músculo. Su conversión a glucosa-6-fosfato (G6P) para entrar a la glucólisis, es catalizada en parte por la glucógeno fosforilasa; el camino inverso i.e. la síntesis, se lleva a cabo por la glucógeno sintasa. Estas enzimas están reguladas recíprocamente a través de reacciones de fosforilación/defosforilación, este proceso es el resultado de una cascada de fosforilación que responde a los niveles de glucagon y epinefrina a través del CAMP.
La síntesis de la glucosa Los mamíferos pueden sintetizar glucosa a partir de una gama de precursores (piruvato, lactato, glicerol y aminoácidos glucogénicos), la vía ocurre principalmente en hígado y riñón. Muchos de estos precursores son convertidos a oxaloacetato el cual a su vez es transformado en fosfoenolpiruvato y de ahí, a glucosa (muchas de las reacciones son inversas a las de la glucólisis). Los pasos irreversibles de la glucólisis (PFK y hexoquinasa) son rodeados por reacciones hidrolíticas catalizadas respectivamente por la fructosa-1,6-bisfosfatasa (FBPasa) y glucosa-6-fosfatasa. Ambas enzimas pueden ser al menos parcialmente, activas simultáneamente lo que ocasiona un ciclo de substrato. Este ciclo es importante para regular la velocidad y dirección de flujo entre la glucólisis y la gluconeogénesis. REGULACION DE LA GLUCOLISIS La fosfofructocinasa-1 (PFK1), es el punto principal de control, es una enzima alostérica sensible a las concentraciones de AMP, ADP, ATP, citrato e isocitrato (intermediarios del ciclo de Krebs). Cuando las condiciones energéticas son elevadas, i.e. en el reposo cuando hay grandes concentraciones de ATP y citrato, la PFK1 es inhibida y se acumula fructosa-6-fosfato y glucosa-6-fosfato, disminuyendo la concentración de fructosa-1,6-bisfosfato. Al aumentar las concentraciones de ADP o AMP, i.e. en condiciones de demanda energética, la PFK1 se activa por lo cual las concentraciones de fructosa-6-fosfato y glucosa-6-fosfato disminuyen, por el contrario, las concentraciones de fructosa-1,6-bisfosfato, gliceraldehído-3-fosfato y dihidroxiacetonafosfato aumentan. Existen otros eventos de regulación de la glucólisis como son la fosforilación de la glucosa y la transformación de piruvato a acetil-CoA, lactato o glicerolfosfato, también la concentración de piridin nucleótidos. Efecto Pasteur En condiciones anaerobias, en los tejidos animales, la degradación de la glucosa en la vía glucolítica produce lactato. En presencia de O 2, la desaparición de glucosa así como la aparición de lactato son mucho menores. El O 2 inhibe la glucólisis. La presencia de esta molécula permite que en el ciclo de Krebs se liberen 18 veces mas moléculas de ATP por glucosa oxidada que en la glucólisis. . La presencia de ADP y O 2 activan la respiración y la fosforilación oxidativa. Al incrementar la concentración de ATP y citrato, la actividad de la PFK1 disminuye. Ciclo del ácido láctico o de Cori. Este ciclo consta de una serie de reacciones para la regeneración de glucosa en el hígado a partir del lactato muscular generado en condiciones anaeróbicas, por ejemplo en el ejercicio: 1.- Formación de glucógeno hepático por glucogénesis o gluconeogénesis. 2.- El glucógeno hepático se degrada en glucosa gracias a la glucosa-6-fosfatotasa, la diferencia de concentración en el interior y exterior del hepaticito ocasiona que la glucosa salga al exterior celular; esta glucosa sanguínea por acción de la glucocinasa y hexocinasa, se transforma en glucosa-6-fosfato. 3.- La glucosa sanguínea es captada por el músculo para formar glucógeno. 4.- La glucólisis muscular produce lactato que puede tener varios destinos, formación de glucógeno, la entrada al ciclo de Krebs, en donde se oxida completamente a CO2 y H2O para abastecer de energía al organismo, alguna porción es excretada en la orina y el sudor (existe una acumulación del metabolito en condiciones de ejercicio prolongado), la mayor parte de la concentraciones captada por el hígado donde se regenera la glucosa-6fosfato para formar glucógeno hepático. GLUCONEOGENESIS LAS REACCIONES DE LA GLUCONEOGÉNESIS PANORAMA GENERAL DE LA GLUCONEOGENESIS Algunos tejidos como el cerebro, los eritorcitos, el riñón, la córnea del ojo, los testículos y el músculo en condiciones de ejercicio, requieren de un aporte continuo de glucosa como combustible metabólico el glucógeno del hígado puede mantener estas necesidades por solo entre 10 y 18 horas en ausencia de carbohígadodratos en la dieta. Después de este periodo, el almacén de glucosa en el hígado disminuye drásticamente y la glucosa es formada a partir de precursores diferentes al glucógeno como el lactato, el piruvato, glicerol (derivado del esqueleto de los triacilglicéridos almacenados en el tejido adiposo) y alfa-cetoácidos (derivados del catabolismo de los aminoácidos). La formación de glucosa no sucede por la simple reversa de la glucólisis, porque el equilibrio global de esta vía favorece fuertemente la formación de piruvato. Por lo tanto, la glucosa es sintetizada por la gluconeogénesis. Aproximadamente el 90 % de la gluconeogénesis ocurre en el hígado, el 10 % restante el producido por los riñones, que son sumamente importantes en periodos de inanición prolongados. Las reacciones propias de la gluconeogénesis Siete de las reacciones de la glucólisis para la formación de piruvato o lactato, son reversibles y se usan por tanto en la gluconeogénesis, las tres restantes son irreversibles, por tanto en la gluconeogénesis son rodeadas por cuatro reacciones alternativas que favorecen energéticamente la formación de glucosa. 4 glucosa-6-fosfato ® glucosa # fructosa-6-fosfato #3 fructosa-1,6-bisfosfato # gliceraldehído-3-fosfato D dihidroxiacetona fosfato # 1,3-bis-fosfoglicerato # 3-fosfoglicerato # 2-fosfoglicerato # fosfoenolpiruvato # lactato D piruvato 2# ® Co2 Oxaloacetato 1 Figura: Las reacciones propias de la gluconeogénesis.
Carboxilación del piruvato La primera reacción de rodeo (de rodear) para iniciar la síntesis de glucosa a partir de piruvato es la conversión irreversible de piruvato a fosfoenolpiruvato (PEP) por la piruvatocinasa (PK). En la gluconeogénesis, el piruvato es primero carboxilado por la piruvato carboxilasa a oxaloacetato (OAA), el cual es convertido a PEP por la PEP carboxicinasa. La piruvato carboxilasa, como se debe deducir del párrafo anterior, no se encuentra en el músculo, en las células de riñón y de hígado, se encuentra en la mitocondria. La piruvato carboxilasa contiene biotina como coenzima. La biotina está unida covalentemente a un grupo epsilon amino de la apoenzima formando el sitio activo. Esta unión covalente de la biotina se conoce como biocitina. La ruptura del enlace de alta energía del ATP, conduce la formación de el intermediario apoenzima-biotina-CO2; este complejo de alta energía carboxilará al piruvato para formar oxaloacetato Transporte del oxaloacetato al citosol El oxaloacetato formado en la mitocondria, debe migrar al citoplasma en donde las siguientes enzimas de la gluconeogénesis están presentes. El oxaloacetato no es permeable en la membrana interna mitocondrial, primero debe reducirse a malato, que puede ser transportado al citoplasma. Ya en el citoplasma, el malato puede reducirse a oxaloacetato, para seguir en la gluconeogénesis. Descarboxilación del oxaloacetato citoplásmico El oxaloacetato es descarboxilado y fosforilado en el citoplasma por la fosfoenolpiruvato-carboxicinasa. La reacción es dirigida por la hidrólisis de GTP, la acción combinada de la piruvato carboxilasa y la fosfoenolpiruvato- carboxicinasa proveen de una vía energéticamente favorable para transformar piruvato en fosfoenolpiruvato. El fosfoenolpiruvato entra a las reacciones reversas de la glucólisis hasta la transformación de fructosa1,6-bisfosfato. Desfosforilación de la fructosa-1,6-bisfosfato La hidrólisis de la fructosa-1,6-bisfosfato por la fructosa 1,6-bisfosfatasa rodea la reacción irreversible catalizada por la fosfofructocinasa-1 y provee una vía energéticamente favorable para la formación de fructosa-6-fosfato. Esta reacción es un sitio importante de regulación de la gluconeogénesis. Regulación de la vía Regulación por los niveles de energía. La fructosa 1,6-bisfosfatasa es inhibida por los niveles elevados de AMP, el cual es señal de un estado energéticamente pobre. Por tanto niveles elevados de ATP y bajas concentraciones de AMP estimulan la gluconeogénesis. Regulación por fructosa 2,6-bisfosfato. La fructosa 1,6-bisfosfatasa es inhibida por la fructosa 2,6-bisfosfato, un modificador alostérico cuya concentración es influenciada por el nivel circulante de glucagon. La fructosa 1,6-bisfosfatasa existe en el hígado y riñones. Defosforilación de la glucosa-6-fosfato. La hidrólisis de la glucosa-6-fosfato por la glucosa-6-fosfatasa rodea la reacción irreversible catalizada por la hexocinasa y provee de una vía favorable para la formación de glucosa. La gluosa-6-fosfatasa como la piruvato carboxilasa, se encuentran en el hígado y riñón pero no en músculo. Por tanto, el músculo no puede proveer de glucosa al organismo por medio de la gluconeogénesis; de la misma forma, la glucosa-6-fosfato generada por la degradación del glucógeno muscular, no puede ser vertida al torrente sanguíneo. LOS SUSTRATOS DE LA GLUCONEOGÉNESIS Los precursores gluconeogénicos son moléculas que pueden dar origen a una síntesis neta de glucosa. Estas moléculas incluyen a todos los intermediarios de la gluconeogénesis y del Ciclo del ácido cítrico. El glicerol, lactato y alfa-cetoácidos obtenidos de la desaminación de los aminoácidos glucogénicos son los precursores más importantes para la formación de glucosa. Precursores gluconeogénicos. El glicerol es liberado en el tejido adiposo durante la hidrólisis de los triacilglicéridos y es entregado por el torrente sanguíneo al hígado. Esta molécula de tres átomos de Carbono, es fosforilada a glicerol-fosfato, el cual es oxidado a dihidrixiacetona fosfato, un intermediario de la glucólisis. El lactato es liberado por el músculo esquelético en condiciones de ejercicio y por células que no contienen mitocondrias como los eritrocitos. En el ciclo de Cori el músculo esquelético en condiciones de ejercicio, degrada a la glucosa hasta lactato, el cual difunde por el torrente sanguíneo . El lactato es incorporado al hígado y convertido en glucosa, la cual es liberada a la circulación sanguínea. Los a-cetoácidos como el piruvato, oxaloacetato y alfa-cetoglutarato, derivan del metabolismo de los aminoácidos glucogénicos. Estas moléculas pueden entrar al Ciclo del ácido citrico y formar oxaloacetato, un precursor directo del fosfoenolpiruvato. Compuestos cetogénicos El acetilCoA y compuestos que lo producen (por ejemplo acetoacetato y aminoácidos cetogénicos), no pueden dar una síntesis neta de glucosa. Esto se debe a la naturaleza irreversible de la reacción de la piruvato deshidrogenasa, la cual convierte el piruvato en acetilCoA. Estos compuestos producen cuerpos cetónicos y por tanto se denomina cetogénicos. Regulación de la gluconeogénesis De tiempo en tiempo, la regulación de la gluconeogénesis está determinada por el nivel de glucagon circulante y por la presencia de substratos gluconeogénicos, además de que los cambios adaptativos lentos en la catálisis de las enzimas como resultado de alteraciones en la velocidad de síntesis de enzimas o su degradación o ambas. Glucagon Esta hormona secretada por los islotes del páncreas estimula la gluconeogénesis por medio de dos mecanismos: 1. Cambios en los efectores alostéricos. El glucagon disminuye el nivel de fructosa 2,6 bisfosfato, lo que resulta en la activación de la fructosa 1,6 bisfosfatasa y la inhibición de la fosfofructocinasa 1. 2. Modificaciones covalentes de la actividad enzimática. El glucagon vía una elevación de los niveles de cAMP y la actividad de la proteína cinasa dependiente de cAMP, estimula la conversión de la piruvato cinasa a su forma inactiva i.e. fosforilada. Lo anterior decrece la conversión de fosfoenolpiruvato a piruvato, lo cual tiene el efecto de dirigir la síntesis de glucosa. Disponibilidad de substrato
La disponibilidad de precursores gluconeogénios, particularmente aminoácidos glucogénicos, influencia marcadamente la velocidad de la síntesis de glucosa hepática. La disminución de los niveles de insulina favorece la movilización de los aminoácidos de las proteínas del músculo y provee de los esqueletos de Carbono para la gluconeogénesis. Activación alostérica por el acetil-CoA La activación alostérica de la piruvato carboxilasa hepática por el acetilCoA ocurre durante periodos de ayuno prolongado. Como resultado de la lipólisis excesiva en el tejido adiposo, el hígado es abastecido (flooded) con ácidos grasos. La velocidad de formación de acetilCoA por la betaoxidación excede la capacidad del hígado para oxidarlos a CO2 y H2O. Como resultado, el acetilCoA se acumula y favorece la reacción de la piruvato carboxilasa. TRANSFORMACIÓN DE LA GLUCOSA-6-FOSFATO EN GLUCOSA La glucosa solo puede salir de las células desfosforilada (i.e. sin el grupo fosfato). En el hígado, riñón e intestino, la glucosa-6-fosfatasa produce hidrólisis irreversible del éster de fosfato para dar glucosa mas orto-fosfato, en el músculo, esta enzima no existe. glucosa-6-fosfato + H2O ® glucosa + H3PO4. fosfatasa Regulación de la fosforilación: Este proceso es dependiente de la concentración de ATP; al disminuir la con de ATP, la fosforilación también disminuye y viceversa.. En el hígado este proceso aumenta al aumentar la síntesis de glucocinasa, proceso promovido por la insulina. La membrana de los hepatocitos es muy permeable a la glucosa, en el músculo y el tejido adiposo la insulina actúa sobre la membrana para hacerla permeable al metabolito. Metabolismo del glucógeno: La glucogénesis fue descrita por Leloir y es el proceso de incorporación de unidades de glucosa, específicamente de UDP-glucosa para formar el polímetro mas importante de reserva de carbohidratos en animales que es el glucógeno. Una parte de la glucosa ingerida en la dieta, es incorporada en el glucógeno. Primero la glucosa debe ser fosforilada a glucosa-6-fosfato y posteriormente por la catálisis de la fosfoglucomutasa, se obtiene glucosa-1-fosfato. Degradación del glucógeno o glucogenólisis. Este proceso es inverso a la glucogénesis, por tanto en este proceso se obtiene glucosa-6-fosfato. En el hígado se obtiene glucosa directamente que va al torrente sanguíneo. Este proceso se lleva a cabo por diversas fosforilasas que catalizan la reacciones en presencia de HPO2-4. Cuando se necesita energía, la glucosa fosforilasa se activa y cataliza la fosforólisis del glucógeno. La enzima desramificante cataliza la transferencia de tres unidades de glucosa a un enlace a-1-4 hidrolizando el alfa,1-6: GLUCÓGENO (Glucosan) + HPO4 ® glucosa-6-fosfato + GLUCÓGENO (Glun-1) Glucógeno fosforilasa es un homodÍmero, estÁ formada por dos polipepéptidos de igual composición, con 842 residuos de aminoácidos y 92 kD cada uno. Esta enzima es regulada alostéricamente y covalentemente. Es este proceso la sucesión de reaciones desencadenadas por la epinefrina. Esta enzima se asocia a su receptor en presencia de ATP. La adenilciclasa o adeniolato ciclasa transforma el ATP en cAMP. El cAMP que es un segundo mensajero, se une a la subunidad reguladora de la proteína cinasa y se separa de la subunidad catalítica que se vuelve activa. La proteína cinasa que es catalítica en presencia de ATP, fosforila a la fosforilasa cinasa y la vuelve activa. La fosforilasa cinasa fosforila a la glucógeno fosforilasa y la vuelve mas activa. La glucógeno fosforilasa activa rompe el enlace alfa,1-4 para dar glucosa-1-fosfato y glucógeno (glucosan-1) cAMP. Las células responden a estímulos externos como las hormonas y segundos mensajeros. El cAMP es el segundo mensajero que es generado por la adenilciclasa cuando la hormona se asocia a su receptor. La glucógeno fosforilasa de músculo sufre modificaciones covalentes. La glucógeno fosforilasa tiene fosfato de piridoxal como grupo prostético. El ácido fosforico dona un protón (H+) al C4 de la penúltima unidad de glucosa, lo que ayuda a la lisis. Enzima desramificante Esta enzima transfiere 3 residuos de glucosa en posición alfa,1-4 a un fragmento con uniones del mismo tipo, después hidroliza el residuo en posición alfa, 1-6 Fosfoglucomutasa La epinefrina y el glucagon intervienen en el control de la degradación y sin de glucógeno. La epinefrina actúa como señal en condiciones de emergencia: En músculo el glucógeno se degrada a glucosa-6-fosfato que en la glucólisis forma ATP. En hígado la glucosa-6-fosfato por acción de la glucosa-6-fosfatasa se transforma en glucosa (esta enzima no existe en músculo). Este paso es necesario para que salga al torrente sanguíneo para mantener las concentraciones fisiológicas. Glucagon: Esta hormona favorece la salida de la glucosa del hepatocito en condiciones de hipoglicemia; a diferencia de la adrenalina inhibe la glucólisis y estimula la gluconeogénesis. MITOCONDRIAS. INFORMACIÓN GENERAL SOBRE LA CENTRAL ENERGÉTICA DE LAS CÉLULAS EUCARIONTES: LA MITOCONDRIA Introducción Mitocondria del griego: mitocondrias, thread + chondros, gránulo es el sitio donde se lleva a cabo la respiración celular, el metabolismo aerobio, en la mayoría de los organismos eucariontes (con núcleo verdadero). Este organelo descubierto en el siglo XIX, varía en tamaño y forma dependiendo de la fuente y el estado metabólico, pero a menudo son elipsoides de aproximadamente 5 µm de diámetro y 1 µm de largo, del tamaño de una bacteria típica. Una célula eucarionte típica contiene mas de 2000 mitocondrias, lo que ocupa alrededor de la quinta parte del volumen celular; esta cantidad es necesaria porque este organelo es la central energética de la célula. Las células de mamíferos que contienen más mitocondrias son las células cardiacas y los espermatozoides.. Las microscopias electrónicas de las mitocondrias, revelan la presencia de dos membranas, una de ellas lisa, en la parte externa del organelo y otra muy plegada, a cada pliegue se le denomina cresta. El número de crestas varía con la actividad respiratoria del tipo particular de célula en estudio. Lo anterior se debe a que las enzimas que llevan a cabo el transporte de electrones y las fosforilación oxidativa, están unidas a esta membrana. En
los hepatocitos, las mitocondrias tienen pocas crestas, en las células cardiacas, hay muchas. Debido a lo anterior, en este organelo existen dos espacios, el intermembranal y la matriz. Las enzimas respiratorias, forman parte tanto de la membrana interna, como de la matriz gelatinosa (50 % H2O). Estas enzimas acoplan la energía producida por la oxidación de los nutrientes a la energía necesaria para sintetizar adenosín trifosfato ( ATP), que después de transportarse a los diversos organelos, es utilizado como combustible en diversos procesos. Las mitocondrias tienen más similitudes con las bacterias que únicamente tamaño y forma. La matriz mitocondrial, contiene DNA, RNA y ribosomas que participan en la síntesis de algunos componentes mitocondrias (el resto es importado del citoplasma después de su expresión desde el núcleo). A pesar de esto, se reproducen por fisión binaria, además el proceso respiratorio que llevan a cabo, es muy semejante al que se observa en bacterias aerobias actuales. A partir de estas observaciones, Lynn Margulis propuso que el origen de las mitocondrias modernas es a partir de la endosimbiosis (endo, dentro + simbiosis relación biológica con beneficio mutuo) de bacterias aerobias con eucariontes anaerobios antiguos. Los nutrientes abastecidos por el eucarionte y consumidos por la bacteria, fueron presumiblemente reembolsados con creces, debido a la alta eficiencia metabólica oxidativa que el procarionte (sin núcleo), le dio al eucarionte. La corroboración de la teoría endosimbiótica se da en la amiba Pelomyxa palustris, uno de los pocos eucariontes que carece de mitocondrias. Esta amiba, permanentemente hace endosimbiosis con bacterias aerobias. El origen de diversos organelos también se puede explicar a partir de la teoría endosimbiótica. A la mitocondria, se le considera la central energética de las células, ahí se lleva a cabo el metabolismo oxidativo de los eucariontes: actividades de piruvato deshidrogenasa, enzimas del ciclo del ácido cítrico, oxidación de los ácidos grasos y las enzimas y proteínas redox que llevan a cabo el transporte de electrones y la fosforilación oxidativa. La membrana interna mitocondrial compartamentaliza las funciones metabólicas. La membrana externa de la mitocondria contiene porinas, que son proteínas que forman poros no específicos que permiten la entrada por libre difusión de moléculas mayores a 10 kD. La membrana interna contiene aproximadamente 75 % de la proteína en peso, es mucho más rica en proteínas que la membrana externa. A través de la membrana interna únicamente son permeables CO 2, O2 y H2O, para permitir el paso de metabolitos como el ATP, ADP, piruvato, Ca2+ y fosfato, existen proteínas que controlan este transporte. Esta impermeabilidad controlada permite la generación de gradientes ionicos y resulta en la compartamentalización de funciones metabólicas entre el citoplasma y la mitocondria. Para ir a los Sistemas de transporte mitocondrial. La mitocondria es el sitio del metabolismo oxidativo de los eucariontes. Contiene, como demostraron A. Lenhinger y E. Kennedy en 1948, la piruvato deshidrogenasa, las enzimas del ciclo de los ácidos tricarboxílicos, las enzimas que catalizan la oxidación de los ácidos grasos y las enzimas y proteínas redox que intervienen en el transporte de electrones y la fosforilación oxidativa. Por ello se le describe como la “planta de energía” de la célula. Varían considerablemente en tamaño y forma dependiendo de la fuente y el estado metabólico. Típicamente son elípticas con aproximadamente 0.5 µm de diámetro y 10 µm de largo. Las mitocondrias contienen dos membranas, una externa y una interna, que está invaginada, a cada invaginación se le denomina cresta, cuyo número varía con la actividad respiratoria y el tipo de célula. El interior es de carácter gel (aproximadamente 50% agua), llamada matriz, la cual contiene una elevada concentración de enzimas solubles para el metabolismo oxidativo (ciclo de los ácidos tricarboxílicos), así como substratos, cofactores e iones inorgánicos. También contiene la maquinaria genética propia del organelo (ADN, ARN y ribosomas), la cual genera muchas proteínas mitocondriales que se utilizan en este organelo y unas cuantas que se utilizan en otras entidades celulares. En la membrana externa hay porinas, que permiten el libre paso de sustancias mayores a 10 kD. La membrana interna está compuesta por 75% de proteínas y 25% lípidos. Es permeable solamente a O2, CO2 y H2O. Además de las proteínas de la cadena de transporte de electrones, contiene numerosas proteínas de transporte, que controlan el paso de ATP, ADP, piruvato, Calcio y fosfato. Esta impermeabilidad controlada permite la generación de gradientes a través de ella, lo cual resulta en la compartamentalización de funciones entre el citoplasma y el organelo. Sistemas de transporte en la membrana interna: 1. NADH producido por la glucólisis es necesario para la oxidación aeróbica en la cadena de transporte de electrones. 2. Oxaloacetato, acetil-CoA, precursores de la síntesis citosólica de glucosa y ácidos grasos. 3. ATP de origen mitocondrial ® citosol y ADP y Pi ® mitocondria. 4. Transporte de Pi. 5. Transporte de Ca2+. 6. Transporte de electrones. - Fosforilación oxidativa. LOS FENÓMENOS DE TRANSPORTE MITOCONDRIAL SISTEMA DE TRANSPORTE MITOCONDRIAL En el proceso citoplásmico de la glucólisis se produce NADH. Estos equivalentes reductores deben poder entrar a la mitocondria para ser utilizados en la cadena de transporte de electrones para su oxidación aerobica. Así mismo, los metabolitos mitocondriales como el oxaloacetato y acetil-CoA, precursores de la biosíntesis mitocondrial de glucosa y ácidos grasos respectivamente, deben poder abandonar la mitocondria. En la mitocondria, se produce una enorme cantidad de energía en forma de ATP, después de la ocurrencia de la fosforilación oxidativa, esta importante molécula energética, debe abandonar la mitocondria para poder intervenir en múltiples reacciones citoplásmicas. El ATP generado en la fosforilación oxidativa a partir de ADP y Pi se utiliza en el citoplasma; el Pi así formado, retorna al interior mitocondrial vía un simportador Pi-H+ alimentado por el componente D pH del gradiente electroquímico de protones. Entonces el gradiente del potencial electroquímico generado por el bombeo redox de protones del transporte electrónico, es el responsable de mantener los altos niveles mitocondriales de ADP y Pi, además de proveer de la energía libre para sintetizar ATP. FOSFORILACIÓN. Es la vía mitocondrial que oxida NADH y FADH2 con la síntesis acoplada de ATP. La velocidad de la fosforilación oxidativa (que está fuertemente coordinada con los flujos metabólicos de la glucólisis y el ciclo del ácido cítrico), es dependiente de la concentración de ATP, ADP y Pi. FOSFORILACIÓN OXIDATIVA EL PRECURSOR DE LA ENERGÍA, LA FOSFOCREATINA La fosfocreatina (PCr), también llamada fosfato de creatina, sirve como una fuente de grupos fosforilo para la síntesis rápida de ATP a partir de ADP. La concentración de PCr, en el músculo esquelético es a aproximadamente de 30 mM, mas o menos 10 veces la concentración de ATP, y en otros tejidos como en el músculo liso, cerebro y riñón es de 5 a 10 mM. La enzima creatina cinasa cataliza la reacción reversible
Mg2+ ATP + PCr D ATP + Cr DG°´= -12.5 kJ mol Cuando existe una demanda repentina de energía disminuye la concentración de ATP, la PCr se utiliza para reestablecer el ATP a una velocidad considerablemente mayor que la que puede ser sintetizada en las vías catabólicas. Cuando la demanda de ATP disminuye, en pro del catabolismo, el ATP es utilizado para regenerar la reserva de PCr por la reacción reversa de la creatina cinasa. Los organismos de phylas menores emplean moléculas parecidas a PCr, denominadas en conjunto fosfágenos, como reservas de fosforilos. En la PCr, el enlace P-N puede ser hidrolizado para generar creatina y Pi. La liberación de Pi y la esbilización de resonancia de la creatina favorecen la reacción en ese sentido INTRODUCCIÓN AL ESTUDIO DE LA FOSFORILACIÓN OXIDATIVA La transferencia de electrones en la cadena de transporte de electrones es energéticamente favorable porque el NADH es un poderoso donador de electrones y el Oxígeno molecular es un potente aceptor de electrones. De hecho el flujo neto de electrones desde el NADH hasta el Oxígeno resulta en la síntesis de ATP. La fosforilación oxidativa es una serie de eventos químicos que llevan a la síntesis de ATP: ADP + Pi ® síntesis del ATP fosforilación del ADP El evento vital se lleva a cabo en la membrana plasmática bacteriana, en la membrana interna mitocondrial y en los tilacoides de los cloroplastos. En la década de los 30´s: Belitzer y Tsivakoba encontraron que el proceso de la fosforilación de ADP en los tejidos animales estaba asociado a la respiración o consumo de O2. Mas adelante se describió que la respiración se lleva a cabo en las mitocondrias. H. Krebs encontró el ciclo de los ácidos tricarboxílicos en el cual el piruvato se transforma en Ac-CoA que a su vez interviene en la reducción de NAD+ y en la posterior generación del succinato. Como ha sucedido muchas veces a los largo de la historia de la investigación científica, dos investigadores reportaron simultáneamente un evento bioquímico. En 1937, Kalkar en Dinamarca y Belitzer en la antigua URSS, encontraron una correlación muy interesante entre la desaparición del Pi y la respiración. Estudiaron el efecto de la adición de Pi (HPO34) a homogenados de tejidos de mamíferos; el experimento lo realizaron en presencia y ausencia de 02 o en presencia de cianuro (CN-). Reportaron que a medida que se consumía el 02 el Pi desaparecía del medio de reacción y que cuando agregaban a un inhibidor del consumo de 02, CN- e este caso, el proceso no se llevaba a cabo. Posteriormente se verificó que la síntesis de ATP es una reacción endergonica, en la cual la respiración o consumo de 02 acopladas a la fosforilación del ADP, genera energía. En los seres vivos la oxidación de moléculas orgánicas tiene como resultado el movimiento de protones (H+) del interior de la matriz mitocondrial al espacio intermembranal en mitocondrias y cloroplastos o bien al citoplasma en las bacterias. La cadena de transporte de electrones y la fosforilación oxidativa estuvieron separadas conceptualmente por mucho tiempo. Las observaciones de la formación del ATP hacían pensar a los investigadores en buscaba un intermediario fosforilado de la reación. Hasta que en 1961 Peter Mitchell propuso la hipótesis quimiosmótica en la cual propuso que el intermediario energético necesario para la formación del ATP (o fosforilación del ADP), era una diferencia en la concentración de protones a través de la membrana. Gracias a estas observaciones Mitchell recibió en premio Nobel de Química en 1978. Murió al final de la década de los 80´s. LA SÍNTESIS DEL ATP
¿Cómo el gradiente de concentración de proteínas se transforma en ATP? La transferencia de electrones libera una gran cantidad de energía libre que la fuerza protón motriz conserva, mucho mas de la energía libre (alrededor de 200 kJ) por mol de pares de electrones para permitir la formación de una molécula de ATP, lo cual requiere alrededor de 50 kJ. La fosforilación oxidativa mitocondrial no tiene problemas termodinámicos El modelo quimiosmótico propuesto por Peter Mitchell es el paradigma del mecanismo.
