19 BIOQUÍMICA Enzimas

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BIOQUÍMICA Enzimas
BIOENERGÉTICA
Una célula necesita energía, necesita un nivel de energía basal para mantener la homeostasis
celular.
Por eso es importante tener fuentes de energía. La obtención de energía más difundida es a
partir de la combustión u oxidación de un sustrato (oxidante: capta electrones; reducto: entrega
electrones). Lo mismo hace la célula. Para poder oxidar hay que tener sustratos reducidos, los que
provienen, en el caso de la célula, de los nutrientes. A diferencia de un automóvil, al combustionar
no puede producir cambios de temperatura, por lo cual posee un sistema basado en el transporte de
electrones.
El delta G es la energía disponible para hacer trabajo; en la reacción exergónica, el delta G es
negativo. En una reacción endergónica la energía de activación es mayor que la disponible; implica
un delta G positivo. Las reacciones endergónicas se pueden aplicar a un sistema donde la suma final
de las reacciones es exergónica.
La reacción espontánea es aquella capaz de liberar energía libre. Espontáneo significa que la
reacción es termodinámicamente posible.
El delta G depende de varias cosas.
El potencial de oxidorreducción más negativo lo tienen los reductores. El potencial de
oxidorreducción es una medida con relación al agua, el del agua es 1 (2H+ + ½ O2 = H2O). Si un
compuesto es reductor tiene un potencial negativo; si es un oxidante, por lo que tiende a reducirse,
tiene un valor positivo respecto al agua.
Ejemplo:
ADP + Pi
ATP
Necesita 7.000 kilocalorías, por lo que es termodinámicamente posible; esto ocurre porque las
calorías son aportadas por una reacción exergónica.
Se puede determinar la energía libre de una reacción:
 G = - n F R (diferencia potencial oxidorreducción)
El NADH reducido se va a oxidar. Los electrones van a ser transportados, y cada vez que
salten de una molécula a otra, como están ordenadas de sentido más negativo al más positivo
(sistema vectorial), se va a producir una liberación de energía química, la que se aprovecha para
fosforilar ATP. Esto es lo que se llama cadena transportadora de electrones, la que funciona
solamente si hay oxígeno presente, o sea, condiciones aeróbicas. Esto se lleva a cabo en las
mitocondrias.
Otro sustrato reducido es el FADH2, que también entra en la cadena, pero a otro nivel. El
potencial de oxidorreducción del FADH2 es más positivo (menos reductor) que el del NADH, por
tanto, la energía liberada por el FADH2 es menor. Esto hace una diferencia en la cantidad de ATP en
uno y otro sustrato.
Al calcular la eficiencia de esto: del 100% del delta G generado, solo el 45% se convierte en
ATP. El otro 55% de la energía se ocupa en mantener la energía corporal. Una persona que vive en
zonas frías necesita más energía para mantener la energía corporal, en este caso no varía el
porcentaje, pero sí se oxida más NADH; o sea, se acelera el proceso pero no varía el proceso mismo.
La energía viene de procesos oxidativos, los que implican que hay que tener un combustible
reducido, el que se oxida. En los mamíferos esto está regulado por los potenciales de
oxidorreducción.
El aceptor final de los electrones es el oxígeno, originando agua.
Esteban Arriagada
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El NADH pierde sus electrones y se los pasa a FMN (ver guía de laboratorio), que es un
transportador de hidrógenos, pero solamente entrega electrones al FeS. ¿Dónde quedan los
protones?
Una teoría antigua descubrió que hay 3 partes de la cadena donde el  G es superior a 7000
Kcal, suficientes para generar un ATP. De acuerdo a esto si se entregan los electrones vía NADH, se
generan 3 ATP, si se hace vía FADH, se generan 2 ATP.
La teoría moderna mantiene el número de ATP, pero no la forma en que se generan. Esta
teoría explica que los protones están en el interior de la membrana de la mitocondria; al pasar del
interior hacia afuera lo hacen en contra de gradiente, por lo que la energía producida no se ocupa
para generar ATP, sino para generar un gradiente de protones en el espacio intermembranoso. En un
segundo paso ocurre lo mismo (ver esquema), sacando protones del medio, la coenzima Q transporta
hidrógenos, entrega los protones al espacio intermembranoso y los electrones a Cyt b; lo mismo
ocurre en el tercer paso.
SINTESIS DE ATP
La mitocondria utiliza la energía de disipación del gradiente para fosforilar ADP y dar origen
al ATP.
Una ATPasa o ATPsintetasa permite el ingreso de protones. Consta de 2 subunidades, un
canal F0 y otro F1 donde ocurre la fosforilación. F0 es un canal selectivo que deja pasar de a 2
protones a la vez. Cada par de electrones fosforila un ATP.
Para poder fosforilar no solo se ocupa energía del gradiente, sino que también se necesita de
la energía del potencial de membrana.
El proceso de síntesis de ATP se denomina fosforilación oxidativa, proceso que ocurre en la
ATPasa.
Ambos procesos: el transporte de electrones y la fosforilación oxidativa se dice que son
acoplados, pues uno sin el otro no funcionan, y si se bloquea uno, por consecuencia se bloquea el
otro.
Existen fármacos que bloquean la ATPasa (F0), con lo que se detiene la oxidación biológica.
Existen medicamentos inhibidores primario de la cadena respiratoria y secundario de la cadena
respiratoria. El cianuro y el monóxido de carbono, por ejemplo, bloquean la cadena respiratoria
(primario) y secundariamente la fosforilación oxidativa.
Existen antibióticos que bloquean el canal de protones.
Existen sustancias (dinitrofenol DNF) que se utilizan para disipar el gradiente (ionófero de
protones), creando en la membrana poros para los protones. De esta manera no hay fosforilación
oxidativa. Sin embargo, la mitocondria interpreta esto como una falta de energía y la cadena
respiratoria aumenta en velocidad, tratando inútilmente de llenar de protones, lo que no se va a
lograr nunca. Se dice que estas sustancias desacoplan los 2 procesos.
Esteban Arriagada