Bloque I 1. Explicar porque la molécula de ATP es la moneda energética de la célula.
El ATP es considerada como una Moneda energética porque todos los procesos que se realizan en la célula requieren de energía química aportada por el ATP, la energía química radica en los 3 fosfatros inorgánicos unidos por enlaces covalentes a la Adenina. La molécula de ATP es muy inestable, y tiende a perder esos grupos fosfato. Esa es una de las razones por las cuales es la moneda de intercambio de energía, y está presente en todos los procesos: libera energía muy fácilmente, y además, puede almacenarla y conservarla.
2. Valorar la importancia de la reacciones oxidativas en el organismo.
A través de las reacciones oxidativas el organismo obtiene energía ene rgía útil para la célula en forma de ATP ya que son responsables de todo el trabajo realizado por los organismos vivos. 3. Definir equivalentes de reducción.
4. Esquematizar una reacción redox identificando los agentes reductores y los agentes oxidantes. Par Redox Conjugado
Dador de Electrones (Agente Reductor) + Aceptor de Electrones (Agente Oxidante).
5. Explicar la finalidad de la cadena respiratoria.
La finalidad de la cadena transportadora de electrones es la de crear un gradiente electroquímico que se utiliza para la síntesis de ATP. Dicho gradiente electroquímico se consigue mediante el flujo de electrones entre diversas sustancias de esta cadena que favorecen en último caso la translocación de protones que generan el gradiente electroquímico De esta forma podemos deducir la existencia de tres procesos totalmente dependientes: Un flujo de electrones desde sustancias individuales. Un uso de la energía desprendida de ese flujo de electrones que se utiliza para la translocación de protones en contra de gradiente, por lo que energéticamente estamos hablando de un proceso desfavorable. Un uso de ese gradiente electroquímico para la formación de ATP mediante un proceso favorable desde un punto de vista energético. La cadena de transporte de electrones mitocondrial utiliza electrones desde un donador ya sea NADH o FADH 2 y los pasa a un aceptor de electrones final, como el O2, mediante una serie de reacciones redox. Estas reacciones están acopladas a la creación de un gradiente de protones generado por los complejos I, III y IV. Dicho gradiente es utilizado para generar ATP mediante la ATP sintasa. Las reacciones catalizadas por los complejos I y III están en equilibrio. Las concentraciones de reactivos y productos son aproximadamente los mismos. Esto significa que estas reacciones son reversibles al incrementar la concentración de producto. La cadena de transporte de electrones es una serie de transportadores de electrones que se encuentran en la membrana plasmática de bacterias, en la membrana interna mitocondrial o en las membranas tilacoidales, que median reacciones bioquímicas que producen adenosina trifosfato (ATP), que es el compuesto energético que utilizan los seres vivos. Sólo dos fuentes de energía son utilizadas por los organismos vivos: reacciones de óxido-reducción (redox) y la luz solar (fotosíntesis).
Bloque II 6. Definir potencial redox y explicar en base a esto la organización de los componentes en la cadena respiratoria.
Una cadena respiratoria convencional consta de cuatro Complejos fijos en la membrana mitocondrial interna, más dos conectores que son la Ubiquinona y el Citocromo C. Los Complejos I, II, III y IV difieren entre sí en su composición y potencial redox. Los componentes de la cadena respiratoria están organizados de acuerdo a un orden creciente de potenciales redox, siendo de menor a mayor ( - + ) porque los electrones tienden a fluir espontáneamente desde los transportadores con potencial redox mas bajo a los transportadores con potencial redox mas elevados.
Los electrones procedentes de las oxidaciones de la célula vendrán formando parte del NADH y FADH2 que los cederán al O2 debido al Eco (potencial de reducción) que es más positivo cuanto mayor es la tendencia a captar los electrones., ceder los electrones al O2 es favorable. La cesión de O2 ocurre en varios pasos de oxidación reducción, por eso es una cadena. La cadena respiratoria está siempre en una membrana y almacena la energía en forma de gradiente de concentración. Este gradiente es el que se encarga de sintetizar el ATP, En la misma membrana deberá haber ATP sintasa que aproveche el bombeo de H+. Se sintetiza ATP en el lado donde haya menor concentración de H+.
7. Describir los sustratos de la cadena respiratoria y las vías metabólicas que los producen.
Las células de todos los eucariotas contienen organelos intracelulares conocidos con el nombre de mitocondrias que producen ATP. Las fuentes de energía como la glucosa son inicialmente metabolizados en el citoplasma y los productos obtenidos son llevados al interior de la mitocondria donde se continua el catabolismo usando rutas metabólicas que incluyen el ciclo de los ácidos tricarboxílicos o ciclo de Krebs, la beta oxidación de los ácidos grasos y la oxidación de los aminoácidos. El resultado final de estas rutas es la producción de dos donadores de electrones: NADH y FADH2.
Los electrones de estos dos donadores son pasados a través de la cadena de electrones hasta el oxígeno, el cual se reduce para formar agua.
8. Explicar la cadena respiratoria haciendo énfasis en los grupos prostéticos, composición y ubicación de los complejos enzimáticos y las diferencias con los elementos móviles de la cadena respiratoria. Complejo Enzimático / Proteína Grupos Prostéticos •
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I NADH deshidrogenasa
FMN, Fe-S
II Succinato deshidrogenasa
FAD, Fe-S
III Ubiquinona citocromo c oxidorreductasa
Hemos, Fe-S
IV Citocromo oxidasa
Hemos; CuA, CuB.
9. Explicar de la citocromo oxidasa la importancia fisiológica y sus propiedades más importantes (especificidad, inhibidores, grupo prostético y requerimientos metalicos).
Importancia Fisiológica
Especificidad
Único complejo especializado en reducir directamente al O2, sin producir radicales libres. Solo Oxida al Citocromo c y reduce al O2.
Inhibidores
Venenos Mortales como: CN, NH3, CO, SH2.
Grupo Prostético
2 Grupos Hemo a y a3 Y un Ion Cobre CuB
Requerimientos Metalicos
Cobre Y Hierro.
10. Analizar como se efectúa la inhibición de la citocromo oxidasa por CN-, CO, SH2 Y NH3 (Azidas).
Bloquean la reducción del oxigeno.
Bloque III 11. Analizar los resultados obtenidos en el experimento con citocromo oxidasa explicando la función de cada uno de los reactivos.
Fosfato disodico 1/5 M NaHPO4
Cianuro de Potasio 0.01% KCN
P-fenilendiamina 0.2%
Indicador de la actividad de la Citocromo Oxidasa.
Para triturar el tejido cardiaco y hacer que se libere la enzima.
Arena
Para crear el pH adecuado a la enzima.
Inhibidor, previene el transporte de electrones al O2 uniéndose al Fe+3 del hemo3.
Resultados: En el experimento se trato la actividad de la citocromo oxidasa en tejido cardiaco porque ahí se encuentra en mayor concentración. Lo tratamos rápidamente porque las enzimas pierden su actividad rápidamente después de la muerte del animal. Observamos las diferencias de color obtenidas para ver en que tubo la enzima ejerció su actividad enzimatica transportando los electrones hasta el O2 y en cual no debido al inhibidor KCN que se une al Fe+3 del hemo3.
Tubos 1 2 3
mL Cit. Oxidasa 1 1 0
mL KCN 0 1 0
mL H2O Destilada 1 0 2
mL P-fenilendiamina 1 1 1
Tubo 1 Color mas oscuro porque hubo actividad enzimatica ya no esta presente el inhibidor. Tubo 2 Colora mas claro debido al KCN que inhibió a la enzima. Tubo 3 Incoloro, no hay enzima ni inhibidor.
12. Explicar en que consiste la teoría quimiosmotica de la fosforilacion oxidativa.
La teoría quimiosmótica enunciada por Peter Mitchell, explica cómo la energía derivada del transporte de electrones por la cadena de transporte de electrones se utiliza para producir ATP a partir de ADP y Pi. La bomba de protones: el transporte de electrones está acoplado al transporte de H+ a través de la membrana interna mitocondrial desde el espacio intermembranal. Este proceso crea simultáneamente a través de la membrana interna mitocondrial un gradiente eléctrico (con más cargas positivas en el exterior de la membrana que en la matriz mitocondrial) y un gradiente de pH (el exterior de la membrana está a un pH más ácido que el interior). La energía generada por este gradiente es suficiente para realizar la síntesis de ATP.
13. Explicar como esta formada la ATPasa (ATP sintetasa) y la función que desempeñan cada uno de sus componentes.
ATP sintasa mitocondrial es una ATPasa de tipo F. Este complejo enzimático de la membrana mitocondrial interna cataliza la formación de ATP a partir de ADP y Pi acompañada por el flujo de protones desde el lado P al N de la membrana. El ATP sintasa es también denominado Complejo V y tiene dos componentes distintos: Proteína periférica de membrana, factor acoplador 1 y aislada cataliza la F1 hidrólisis de ATP y sus subunidades son α y β alternantes Fo Proteína integral de membrana. Se llama Fo por ser sensible a Oligomicina y es canal protónico, 4 protones.
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o o o
El F1 mitocondrial tienen nueve subunidades de cinco tipos diferentes, con la
composición α3β3γδε. Cada subunidad β de la ATP sintasa puede adoptar tres conformaciones diferentes. Cada una de las tres subunidades β tiene un sitio catalítico para la síntesis de ATP. La porción en forma de pomo que sobresale de F1 es una esfera aplanada de 8nm de altura y 10nm de diámetro esta formada por subunidades α y β alternadas. Las correspondientes conformaciones de las subunidad β se denominan: β - ATP β - ADP β – Vacía
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El Fo que forma el poro protónico esta compuesto por tres subunidades a, b y c en la
proporción ab2c10-12. La subunidad c es un polipéptido pequeño muy hidrofobico que consiste casi exclusivamente de dos hélices transmembrana con un pequeño lazo que se extiende desde el lado de la matriz de la membrana.
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La catálisis rotacional es la clave en el mecanismo de unión y cambio de la síntesis de ATP.
El mecanismo de catálisis rotacional dice q ue los tres sitios activos situados sobre F1 se alternan en la catálisis de la síntesis de ATP. Una subunidad β determinada empieza en conformación β – ADP que une ADP y Pi del medio circundante y la subunidad entonces cambia de conformación adoptando la forma de β – ATP que une y estabiliza fuertemente el ATP lo que comporta el rápido equilibrio del ADP + Pi con el ATP en la superficie de la enzima. Y finalmente la subunidad cambia hacia la conformación β – Vacía que tiene una afinidad muy baja por el ATP por lo que el ATP recién sintetizado se libera de la superficie de la enzima. Cuando esta subunidad vuelve a adoptar la conformación β – ADP se une a ADP + Pi con lo que se inicia otra ronda de catálisis.
14. Explicar los tres sitios de la cadena respiratoria que conducen a la formación de ATP.
Cuando los protones fluyen espontáneamente a favor de un gradiente electroquímico hay energía disponible para producir trabajo. En mitocondrias la energía electroquímica en el gradiente protónico impulsa la síntesis de ATP a partir de ADP y Pi. Los tres complejos de la cadena respiratoria que son bombas de protones y por tanto contribuyen a la síntesis de ATP son: Complejo I 4 Protones Complejo III 4 Protones Complejo IV 2 Protones
Bloque IV 15. Explicar la razón de la diferencia en la relación P/O cuando el sustrato es NADH y cuando es FADH2. •
Se produce mas ATP porque entra por el Complejo I provocando una diferencia de Concentración de protones mucho mayor y por eso mucha mas energía para la síntesis de ATP y se producen 2.3 ATP.
NADH
FADH2
Se produce menos ATP porque entra por el complejo II de esta forma no provoca bombeo de protones por parte del Complejo I con ello reduce la diferencia de protones con lo que también disminuye la cantidad de energía para la síntesis de ATP.
16. Diferenciar entre inhibidores y desacopladores de la cadena.
17. Explicar el acople que existe entre la cadena respiratoria y el ciclo de Krebs.
El ciclo de Krebs es la fuente de la mayoría de las coenzimas reducidas que hacen posible que la cadena respiratoria produzca ATP ya que el ciclo de Krebs proporciona los equivalentes de reducción NADH y FADH2 que impulsan la cadena respiratoria y luego la fosforilación Oxidativa.
18. Explicar como se regula la velocidad de la respiración celular.
Como el ATP es el producto final de la respiración celular, las necesidades celulares de ATP son el determinante final de la velocidad de las vías respiratorias y sus componentes. Cuando hay mucho ATP hay mucha energía y la respiración se hace lenta. o
Cuando hay mucho trabajo celular se gasta más ATP y aumenta las cantidades de ADP y la respiración se acelera porque se necesita más energía en forma de ATP. La respiración celular son todas las reacciones que oxidan los combustibles metabólicos y tiene como finalidad reducir O2 y producir ATP. o
19. Con base en el caso clínico contestar: a) Cual es la razón de la acidosis láctica severa inducida por esfuerzo mínimo.
b) Cual es el efecto de los trastornos de la cadena respiratoria sobre las deshidrogenasas del ciclo de Krebs.
