Fosforilación Oxidativa.

Fosforilación Oxidativa.

La fosforilación oxidativa es la transferencia de electrones de los equivalentes reducidos NADH y FADH, obtenidos en la glucólisis y en el ciclo de Krebs hasta el oxígeno molecular, acoplado con la síntesis de ATP. Este proceso metabólico está formado por un conjunto de enzimas complejas, ubicadas en la membrana interna de las mitocondrias, que catalizan varias reacciones de óxido-reducción, donde el oxígeno es el aceptor final de electrones y donde se forma finalmente agua.
La fosforilación oxidativa es un proceso bioquímico que ocurre en las células. Es el proceso metabólico final (catabolismo) de la respiración celular, tras la glucólisis y el ciclo del ácido cítrico. De una molécula de glucosa se obtienen 38 moléculas de ATP mediante la fosforilación oxidativa.
Dentro de las células, la fosforilación oxidativa se produce en las membranas biológicas. En procariotas es la membrana plasmática y en eucariotas es la membrana interna de las dos de que consta la mitocondrial. El NADH y FADH2, moléculas donadores de electrones que "fueron cargadas" durante el ciclo del ácido cítrico, se utilizan en un mecanismo intrincado (que implica a numerosas enzimas como la NADH-Q reductasa, la citocromo c oxidasa y la citocromo reductasa), gracias a la bomba H+ que moviliza los protones contra un gradiante de membrana.
La teoría quimiosmotica establece que ambos procesos -(F.O y CTe-) están acoplados energéticamente. Por Ej, la Oligomicina se une a la Fracción Fo de la Atpasa e inhibe la síntesis de ATP, por lo tanto detendrá también a la cadena de transporte de electrones. Por lo tanto disminuirá el consumo de O2. Hay sustancias que actuan como desacoplantes de estos dos procesos, para que puedan actuar de manera individual. Por ejemplo siguiendo con el caso anterior, si ahora se agregara 2,4-dinitrofenol, que es un ácido débil que actúa como desacoplante, el consumo de O2 se reestablecería, ya que tenderá a liberar la cadena de transporte de electrones, aunque la oligomicina continue bloqueando la producción de ATP. La fracción Fo está formada por proteinas transmembrana en la membrana mitocondrial interna (MMI), y es básicamente un poro que permite el paso de H+. La fracción F1 se encuentra del lado interno de la MMI y es la encargada de utilizar la disipación del gradiente electroquímico para fosforilar ADP + Pi y liberar ATP.
Los nucleótidos entran y salen de la mitocondria a través de transportadores específicos.
Un gran complejo proteico llamado ATP-sintasa situado en la membrana mitocondrial interna (MMI), permite a los protones pasar a través en ambas direcciones; genera el ATP cuando el protón se mueve a favor de gradiente. Debido a que los protones se han bombeado al espacio intermembranoso de la mitocondria en contra de gradiente, ahora pueden fluir nuevamente dentro de la matriz mitocondrial y mediante la vía ATP-sintasa, se genera ATP en el proceso. La reacción es:
ADP3- + H+ + Pi ↔ ATP4- + H2O
Cada molécula de NADH contribuye suficientemente a generar la fuerza motriz de un protón que produzca 2,5 moléculas de ATP. Cada molécula de FADH2 produce 1,5 moléculas de ATP.[1] Todas juntas, las 10 moléculas de NADH y las 2 FADH2 provenientes de la oxidación de la glucosa (glucólisis, descarboxilación oxidativa de piruvato en acetil-CoA y ciclo de Krebs) a formar 28 de las 36 moléculas totales de ATP transportadoras de energía. Hay que decir que estos valores de moléculas de ATP son máximos. En realidad cada molécula de NADH contribuye a formar entre 2 y 3 moléculas de ATP, mientras que cada FADH2 contribuye a un máximo de 2 moléculas de ATP.

Ciclo de Krebs

Ciclo de Krebs.

Sucesión de reacciones químicas que ocurren dentro de la célula, mediante las cuales se realiza la descomposición final de las moléculas de los alimentos y en las que se producen dióxido de carbono, agua y energía

Sustratos, enximas y coenzimas que intervienen.

Piruvato, Acetil CoA, Citrato, Isocitrato, Alfa-cetoglutarato, Succinil, Succinato, Fumarato, Malato y Oxalacetato.

Piruvato deshidrogenasa, Aconitasa, Citrato sintasa, Isocitrato deshidogenasa, alfa-Cetoglutarato deshidrogenasa, succinil CoA sintetasa, succinato deshidrogenasa, fumarasa, malato deshidrogenasa.

Visión simplificada y rendimiento del proceso.

El paso previo es la oxidación del piruvato, produciendo un acetil-CoA y un CO2.
El acetil-CoA reacciona con una molécula de oxaloacetato (4 carbonos) para formar citrato (6 carbonos), mediante una reacción de condensación.
A través de una serie de reacciones el citrato se convierte de nuevo en oxaloacetato.
Durante estas reacciones, se substraen 2 átomos de carbono del citrato (6C) para dar oxalacetato (4C); dichos átomos de carbono se liberan en forma de CO2
El ciclo consume netamente 1 acetil-CoA y produce 2 CO2. También consume 3 NAD+ y 1 FAD, produciendo 3 NADH + 3 H+ y 1 FADH2.
El rendimiento de un ciclo es (por cada molécula de piruvato): 1 GTP, 3 NADH, 1 FADH2, 2CO2.
Cada NADH, cuando se oxide en la cadena respiratoria, originará 2,5 moléculas de ATP (3 x 2,5 = 7,5), mientras que el FADH2 dará lugar a 1,5 ATP. Por tanto, 7,5 + 1,5 + 1 GTP = 10 ATP por cada acetil-CoA que ingresa en el ciclo de Krebs.
Cada molécula de glucosa produce (vía glucólisis) dos moléculas de piruvato, que a su vez producen dos acetil-CoA, por lo que por cada molécula de glucosa en el ciclo de Krebs se produce: 4CO2, 2 GTP, 6 NADH, 2 FADH2; total 36 ATP.

Naturalea afibólica

Normalmente uno piensa de una ruta metabólica que o bien es anabólica o catabólica. El ciclo de los ácidos tricarboxílicos es una ruta catabólica, pero sin embargo, varios de sus intermediarios son moléculas iniciales de una serie de rutas biosintéticas (anabólicas). Estas rutas precisan de energía y por lo tanto el ciclo de los ácidos tricarboxílicos debe de funcionar para proporcionar esa energía. Las diferentes rutas que utilizan intermediarios del ciclo de los ácidos tricarboxílicos son:
1. La biosíntesis de la glucosa o gluconeogénesis. Tiene lugar en el citosol y precisa de OAA. Estew pasa la membrana en forma de malato (el OAA no pasa la membrana, necesita una interconversión).
2. La biosíntesis de lípidos, incluyendo la síntesis de ácidos grasos y la síntesis del colesterol. Ocurre en el citosol y necesita de acetil-CoA. El acetil-CoA que se forma en la mitocondria no pasa la membrana y el acetil-CoA del citosol se origina a partir del citrato, que pasa la membrana mediante un co-transporte con malato.
3. La biosíntesis de algunos aminoácidos. El a-CG y el OAA se utilizan para la síntesis de glutamato y aspartato.
4. La biosíntesis de porfirinas, que utiliza succinil-CoA.
Las reacciones que dan lugar a intermediarios del ciclo de los ácidos tricarboxílicos son denominadas reacciones anapleróticas (reacciones de rellenado), siendo la principal la reacción catalizada por la piruvato carboxilasa (hígado, riñones; mitocondrias de células animales pero no en plantas), que produce OAA (enzima tetrámerica con biotina y Mg2+ en cada subunidad)
Piruvato + CO2 + ATP + H2O « oxalacetato + ADP + Pi
Esta enzima siente la necesidad de intermediarios del ciclo de los ácidos tricarboxílicos (se activa por el acetil-CoA). La PEP carboxilasa produce OAA a partir del PEP y HCO3 - (levaduras, bacterias y plantas, pero no en animales) y la PEP carboxiquinasa produce OAA y GTP a partir de PEP, CO2 y GDP (corazón, músculo esquelético) y el enzima málico, que produce malato y NAD(P)+ a partir de Pyr, HCO3- y NAD(P)H . Otras rutas degradativas que generan intermediarios del ciclo de los ácidos tricarboxílicos son la oxidación de ácidos grasos impares (succinil-CoA), la rotura de los aminoácidos Ile, Met y Val (succinil-CoA) y la transaminación y desaminación de los aminoácidos (OAA y aCG).
Reacciones anapleróticas (si hay síntesis neta de intremediarios del TCA)
Piruvato carboxilasa º piruvato + ATP + HCO3- ® OAA + ADP + Pi + H+
Glutamato deshidrogenasa º glutamato + NAD(P)+ ® aCG + NAD(P)H + H+ +NH4+
Reacciones no anapleróticas (no hay síntesis neta de intremediarios del TCA)
Glutamato-oxaloacetato transaminasa º aCG + Asp « Glu + OAA

Regulación del ciclo.

Muchas de las enzimas del ciclo de Krebs son reguladas por retroalimentación negativa, por unión alostérica del ATP, que es un producto de la vía y un indicador del nivel energético de la célula. Entre estas enzimas se incluye el complejo de la piruvato deshidrogenasa que sintetiza el acetil-CoA necesario para la primera reacción del ciclo a partir de piruvato, procedente de la glucólisis o del catabolismo de aminoácidos. También las enzimas citrato sintasa, isocitrato deshidrogenasa y α-cetoglutarato deshidrogenasa, que catalizan las tres primeras reacciones del ciclo de Krebs, son inhibidas por altas concentraciones de ATP. Esta regulación frena este ciclo degradativo cuando el nivel energético de la célula es bueno.
Algunas enzimas son también reguladas negativamente cuando el nivel de poder reductor de la célula es elevado. El mecanismo de esta inhibición es una inhibición competitiva por producto (por NADH) de las enzimas que emplean NAD+ como sustrato. Así se regulan, entre otros, los complejos piruvato deshidrogenasa y citrato sintasa.

En esta pagina se explica el ciclo de krebs de una manera muy didáctica se los recomiendo.

* http://150.185.75.79:8080/CicloKrebs/regulacion.html

Producción de Acetil CoA.

Acetil CoA como molécula central del metabolismo.

Producción de Acetil Coa

La piruvato desidrogenasa (PDH) cataliza la descarboxilación oxidativa, irreversible, del piruvato a astil CoA en la matriz mitocondrial.El Acetil CoA también puede producirse por la degradación de ácidos grasos, cuerpos cetónicos o aminoácidos.

Transporte de acetil CoA desde la mitocondria al citosol.

La misma vía que produce NADPH para la síntesis de ácidos grasos, es decir, el ciclo del piruvato-malato, también transporta acetil CoA desde la mitocondria hasta el citosol celular. La parte del ciclo que transporta acetil CoA se llama la lanzadera del citrato. El acetil coA se produce en la mitocondria, pero la síntesis de ácidos grasos tiene lugar en el citosol. La porción CoA de la molécula no puede cruzar la membrana mitocondrial. Sin embargo, mediante la condensación con oxalacetato para formar citrato, el grupo acetilo puede ser transportado a su través mediante el transportador tricarboxilato. En el citosol, el citrato es escindido por la citrato-liasa para liberar oxalacetato para reciclaje y acetil CoA para la síntesis de ácidos grasos.

Acetil Coa como molécula abastecedora de carbonos al ciclo de Krebs.

El acetil-CoA (Acetil Coenzima A) es el principal precursor del ciclo. El ácido cítrico (6 carbonos) o citrato se regenera en cada ciclo por condensación de un acetil-CoA (2 carbonos) con una molécula de oxaloacetato (4 carbonos). El citrato produce en cada ciclo una molécula de oxaloacetato y dos CO2, por lo que el balance neto del ciclo es:
Acetil-CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + 3 H2O → CoA-SH + 3 (NADH + H+) + FADH2 + GTP + 2 CO2 + 3 H+
Los dos carbonos del Acetil-CoA son oxidados a CO2, y la energía que estaba acumulada es liberada en forma de energía química: GTP y poder reductor (electrones de alto potencial): NADH y FADH2. NADH y FADH2 son coenzimas (moléculas capaces de unirse a enzimas) capaces de acumular la energía en forma de poder reductor para su conversión en energía química en la fosforilación oxidativa.
El FADH2 de la succinato deshidrogenasa, al no poder desprenderse del enzima, debe oxidarse nuevamente in situ. El FADH2 cede sus dos hidrógenos a la ubiquinona (coenzima Q), que se reduce a ubiquinol (QH2) y abandona el enzima.

Diabetes Mellitus.

Diabetes Mellitus

La diabetes mellitus (DM) o diabetes sacarina es un síndrome orgánico multisistémico crónico que se caracteriza por un aumento de los niveles de glucosa en la sangre (conocido médicamente como hiperglucemia) resultado de concentraciones bajas de la hormona insulina o por su inadecuado uso por parte del cuerpo, que conducirá posteriormente a alteraciones en el metabolismo de los carbohidratos, lípidos y proteínas. La poliuria (producción excesiva de orina), la polidipsia (incremento de la sed), la pérdida de peso, algunas veces polifagia (aumento anormal de la necesidad de comer) y la visión borrosa son los síntomas cardinales de este padecimiento.

Diabetes mellitus tipo 1

Este tipo de diabetes corresponde a la llamada antiguamente Diabetes Insulino dependiente o Diabetes de comienzo juvenil. Se presenta mayormente en individuos jóvenes, aunque puede aparecer en cualquier etapa de la vida, y se caracteriza por la nula producción de insulina debida a la destrucción autoinmune de las células β de los Islotes de Langerhans del páncreas mediadas por las células T. Se suele diagnosticar antes de los 30 años de edad, y afecta a cerca de 4.9 millones de personas en todo el mundo, de las que 1,27 millones son europeos, lo que arroja una prevalencia del 0,19 por ciento de la población total, aunque la prevalencia más alta, de 0,25 por ciento, se encuentra en América del Norte, variaciones que reflejan la distinta susceptibilidad genética entre poblaciones.

Diabetes mellitus tipo 2

Se caracteriza por un complejo mecanismo fisiopatológico, cuyo rasgo principal es el déficit relativo de producción de insulina y una deficiente utilización periférica por los tejidos de glucosa (resistencia a la insulina), esto quiere decir que los receptores de las células que se encargan de facilitar la entrada de la insulina a la propia célula están dañados. Se desarrolla a menudo en etapas adultas de la vida, y es muy frecuente la asociación con la obesidad; anteriormente llamada diabetes del adulto o diabetes relacionada con la obesidad. Varios fármacos y otras causas pueden, sin embargo, causar este tipo de diabetes. Es muy frecuente la diabetes tipo 2 asociada a la toma prolongada de corticoides, frecuentemente asociada a la hemocromatosis no tratada. Insulinorresitencia. La diabetes tipo 2 influye un 80%-90% de todos los pacientes diabéticos.

Diabetes mellitus gestacional

La también llamada diabetes del embarazo aparece durante la gestación en un porcentaje de 1% a 14% de las pacientes, y casi siempre debuta entre las semanas 24 y 28 del embarazo. En ocasiones puede persistir después del parto y se asocia a incremento de trastornos en la madre (hipertensión o presión arterial elevada, infecciones vaginales y en vías urinarias, parto prematuro y cesárea) y daños graves al bebé (muerte fetal o macrosomía, esto es, crecimiento exagerado del producto debido a que está expuesto a mayor cantidad de glucosa que la habitual —esto se debe a que estimula su páncreas y segrega abundante insulina que contribuye a incrementar su desarrollo—, lo que puede generarle lesiones al momento de pasar por el canal de parto).
El embarazo constituye un esfuerzo metabólico en el cuerpo de la madre, ya que el bebé utiliza sus órganos para obtener alimento (energía), oxígeno y eliminar sus desechos. Por esta razón, la mujer que se embaraza tiene mayor posibilidad de presentar una deficiencia de la hormona que permite que el azúcar o glucosa sea empleada por las célula (insulina), haciendo que se presente este problema.

Cadena Respiratoria

Cadena Respiratoria

Vía de las pentosas fosfato II.

Anemia hemolítica no esferocitica.

Anemia hemolítica no esferocítica hereditaria es un término usado para describir un grupo de enfermedades genéticas raras de la sangre, caracterizadas porque los eritrocitos o hematíes (células rojas de sangre) no se forman de un modo normal por lo que son defectuosos y adoptan una forma de esfera por lo que se llaman esferocitos. Estas enfermedades se piensa que se deben a defectos en las membranas de los eritrocitos, a una alteración en el metabolismo de la porfirina (un producto químico contenido en la hemoglobina), y al déficit de ciertas enzimas tales como la glucosa-6-fosfato deshidrogenasa (G6PD) o la piruvato kinasa. Hay aproximadamente 16 alteraciones enzimáticas de los eritrocitos que pueden causar anemia hemolítica no esferocítica hereditaria. El déficit de G6PD es la alteración enzimática más frecuente en los seres humanos. Existen unas 300 variedades de alteraciones enzimáticas que se han clasificado en 5 grupos principales según el grado de anemia y hemólisis (destrucción prematura de los hematíes). Generalmente los enfermos con anemia hemolítica no esferocítica hereditaria por déficit de G6PD pueden presentar una variante poco frecuente de esta enfermedad, caracterizada por una actividad enzimática disminuida o anormal, con estabilidad reducida frente al calor

Papel del gluation en los Eritrocitos.

Los eritrocitos utilizan las reacciones de la PPP para generar cantidades grandes de NADPH para utilizarse en la reducción del glutatión

El estrés oxidativo dentro de las células es controlado principalmente por acción del péptido, glutatión, GSH. Ver los productos especializados de los aminoácidos para la síntesis de GSH. El GSH es un tripéptido integrado por el γ-glutamato, la cisteína y la glicina. Las cadenas laterales sulfidrilo de los residuos de la cisteína de dos moléculas del glutatión forman un enlace disulfuro (GSSG) durante el curso de ser oxidados en reacciones con varios óxidos y peróxidos en las células. La reducción de GSSG a dos moles de GSH es la función de la reductasa del glutatión, una enzima que requiera la oxidación conjunta de NADPH.

El tiol de la cisteína del GSH desempeña el papel en la reducción de los tioles oxidados en otras proteínas. La oxidación de 2 tioles de la cisteína forma un enlace de disulfuro. Aunque este enlace desempeñe un papel muy importante en la estructura y la función de las proteínas, la introducción inadecuada de uniones disulfuro puede ser perjudicial. El glutatión puede reducir disulfuros de forma no Enzimática. El estrés oxidativo también genera peróxidos que a su vez se pueden ser reducidos por el glutatión para generar el agua y un alcohol, o 2 aguas si el peróxido fuera peróxido de hidrógeno
La regeneración de glutatión reducido se realiza por la enzima, reductasa de glutatión. Esta enzima requiere el cofactor NADPH al funcionar en la dirección de la reducción del glutatión que es la dirección termodinámicamente favorable de la reacción.
Debe estar claro que cualquier disminución en el nivel de NADPH puede tener un efecto profundo sobre una capacidad de las células de ocuparse del estrés oxidativo. Ninguna otra célula como el eritrocito esta expuesta a grandes condiciones oxidantes. Después de todos es el portador del oxígeno del cuerpo.

Pentose Phosphate Pathway

Pentose Phosphate Pathway

In most animal tissues, glucose is catabolized via de glycolityc pathway into two moleucles of pyruvate. pyruvate is then oxidizen via de citric acid cycle to generate ATP. There is another metabolic fato for glucose used to generate NADPH and specialized products needed by the cell. this pathway is called the pentose phosphate pathway. Some texto books call it the hexose monophosphate shunt, still others call it the phosphogluconate pathway. We will call it this time as the pentose phosphate pathway.

The pentose phosphate pathway produces NADPH whick is the universal reductant in anabolic pathways. in mammals the tissues requiring large amounts of NADPH produced by this pathway are the tissues than synthesize farry acids and steroids such as the mammary gland, adipose tissue, adrenal cortex and the liver. Tissues less active in fatty acidy synthesis such as skeletal muscle are virtually laching the pentose phosphate pathway.

The second function of the pentose phosphate pathway is to generate pentoses, particulary ribose which is necessary for the synthesisi of nucleic acids. It is convenient to think of the pentose phosphate pathway as operatingo in two phases. The first phase is the oxidative phase. Two of the first three reactions of the first phase generate NADPH. The second phase is the nonoxidative phase.

In the first step glucose-6-phosphate is oxidized into ribulose-5-phosphate, COx. during the oxidation of glucose-6-phosphate NADP is reduced into NADPH.

The second step of the phathway converts the ribulose-5-phosphate into other pentose-5-phosphates including ribose-5-phosphate used to synthesize nucleic acids.

The thirdstep includes a series of reactions that convert three of the pentose-5-phosphate so the cycle can be repeated. The direction of the pathway varies to meet different metabolic conditions.

Oxidative Phase

In this phase two molecules of NADP are reduced to NADPH using energy of the convertion of glucose-6-phosphate in ribulose-5-phosphate. The NADPH used in the sinthesize of cholesterol, hidrolization reactions of neurotransmiters.

Non oxidative phase

Up to ribulose-5-phosphate sintesizes xululose-5-phosphate and ribulose-5-phosphate.

Tailoring the pentose phosphate pathway to meet specific needs of the cell.

1). if the cell requires both ribose-5-P and NADPH

2).More ribose-5-P needed than NADPH.

3). More NADPH needen than Ribose-5-P

4). Both NADPH and ATP are needed but not ribose-5-P