Introducción. Recursos actualizados Temas de Exposición Transporte de electrones. Dr. Octavio Loera Corral

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Francisco Paz Sandoval
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1 Introducción Recursos actualizados Temas de Exposición Transporte de electrones Dr. Octavio Loera Corral

2 Para qué sirve la bioquímica? Qué beneficios obtenemos? Manipulación de cultivos de seres vivos (Biotecnología) Plantas, células, bacterias, hongos, virus. Herramientas de diagnóstico (Coef. Respiratorio CO 2 /O 2, Relación P/O) Diseño de sistemas para producción de alimentos, biomasa, metabolitos y nuevas moléculas, medicamentos, etc. Cambio climático Medición del efecto y estrategias para mitigarlo Búsqueda de actividad metabólica extraterrestre Triple marcador: H 2 O Líquida, (CO 2 o CH 4 ) y O 2 Por qué? Desde el inicio de la civilización: Exploración Desarrollo Progreso Cuento didáctico Para qué sirve la bioquímica?

3 Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes PATHWAY database

4 Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes PATHWAY database Cada punto es un compuesto

7 ENZIMA: Enzima II del sistema de transferencia de fosfato (PTS, en inglés) El aceptor es un grupo OH (en C6 de Glucosa ó C1 de Fructosa) Funciona en muchas bacterias. PEP + Pa Piruvato + Pa-P PEP, Fosfoenolpiruvato Pa-P X Pa ATP Pa, Péptido acarreador PTS, Enzima Glucosa PTS-P PTS Glucosa-6-P Hay una translocación de la Glucosa

10 I V II III IV

11 ENZYME: Name succinate dehydrogenase (ubiquinone); succinic dehydrogenase; complex II; menaquinol: fumarate oxidoreductase; fumarate reductase complex (i.e. FRD, involved in anaerobic respiration, repressed in aerobic respiration); succinate dehydrogenase complex (i. e. SDH, involved in aerobic respiration, repressed in anaerobic respiration) Class Oxidoreductases; Acting on the CH-CH group of donors; With a quinone or related compound as acceptor Sysname succinate:ubiquinone oxidoreductase Reaction(IUBMB) succinate + ubiquinone = fumarate + ubiquinol [RN:R02164] Reaction(KEGG) R02164 Substrate succinate [CPD:C00042]; ubiquinone [CPD:C00399] Product fumarate [CPD:C00122]; ubiquinol [CPD:C00390] Cofactor FAD [CPD:C00016]; Iron [CPD:C00023]; Sulfur [CPD:C00087]; Iron-sulfur [CPD:C00824] Comment A flavoprotein (FAD) containing iron-sulfur centres. The complex, present in mitochondria, can be degraded to form EC succinate dehydrogenase, which no longer reacts with ubiquinone. Pathway PATH: map00020 Citrate cycle (TCA cycle) PATH: map00190 Oxidative phosphorylation Orthology KO: K00233 succinate dehydrogenase (ubiquinone) Información para un organismo en particular? Ej: el hongo Aspergillus niger

13 Transporte de electrones Dr. Octavio Loera Corral

14 Antoine Lavoisier demostró que los animales consumen O 2 y producen CO 2 no hay flogisto (???)

15 Análisis de estos Procesos la respiración es solo una combustión lenta de C y H, similar la que ocurre en una vela que se quema (por presencia del aire sin flogisto). Los animales que respiran son verdaderos cuerpos de combustión que se queman y se consumen entre ellos Armand Séguin y Antoine Lavoisier en Otto Warburg (inicios del s. XX) muestra que la oxidación biológica se realiza por ENZIMAS intracelulares (Premio Nobel en 1931)

16 Oxidación de la Glucosa por O 2 C 6 H 12 O 6 + 6O 2 6CO 2 + 6H 2 0 ΔG = kj/mol y los electrones (e - )? en dos partes: 1. Glucólisis y Ciclo de Krebs (oxidación de sustrato/captura de e - ) 2. Transporte de e - 1. Oxidación de los átomos de C: C 6 H 12 O 6 + 6H 2 0 6CO H e - / / / 2. Reducción del Oxígeno Molecular / / 6O H e - 12H 2 0 /

17 Los e - no se transfieren directo al O 2 Los 12 pares de e - pasan a las coenzimas Formando 10 NADH y 2 FADH 2 A lanzaderas Cadena de Transporte de e - El receptor final de e - es el O 2 La liberación de energía sirve para: ADP + Pi ATP FOSFORILACIÓN OXIDATIVA 1 NADH forma aprox. 3 ATP 1 FADH 2 forma aprox. 2 ATP

ATP, ADP, Piruvato, Ca 2+, Pi Bioquímica Voet &Voet https://www.britannica.

18 Membrana externa Poros permeables: Porinas no específicas Pasan moléculas de hasta 10 KDa ejemplos? Membrana interna 75% Proteínas (p/p) Impermeable (Excepto a O 2, CO 2 y H 2 O) Transportadores de: ATP, ADP, Piruvato, Ca 2+, Pi Bioquímica Voet &Voet

19 Uso de inhibidores* : Secuencia de Reacciones Medición de Potenciales Estándar de Reducción Estequiometria en la síntesis te ATP por cada NADH o FADH 2 (Relación P/O) * * Temas de exposición

20 4 Complejos Multi-unidades Al menos 10 centros redox unidos a proteínas

21 Consideraciones de Potencial En un sustrato oxidado, su afinidad por e - aumenta con su POTENCIAL de REDUCCIÓN Estándar (ε ) Δ ε = (ε ) aceptor e- - (ε ) donador e- Como cualquier Rx, también se asocia con su ΔG EJEMPLO: Rx en un Centro Redox del Complejo IV: / / (-) (+)

22 e-

23 Δ ε = (ε )aceptor e- - (ε )donador e-

24 EJEMPLO: La oxidación del NADH por Oxígeno molecular en un solo paso 1 V = 1 J C -1 La oxidación del NADH es una rx muy exergónica Se puede acoplar a la síntesis de varios ATP

25 por pasos en la cadena de transporte de e - En vez de pasarse directamente al O 2, los e - pasan por 4 complejos (de menor a mayor ε ) Esta ΔG se divide en 3 paquetes que sí se acoplan a la síntesis de ATP FOSFORILACIÓN OXIDATIVA ΔG para expulsar H + 1 NADH forma aprox. 3 ATP Eficiencia Termodinámica es de ~ 42% Llega a ~ 70% en condiciones fisiológicas. Un coche alcanza ~30% de eficiencia

26 Estudios de todo el sistema Análisis de sus componentes Función Medición de ε Inhibidores Consumo de O 2 en suspensión de mitocondrias enteras Bioquímica de Voet & Voet

27 Pero no se sabía cómo se traslocan los protones Verificar el cálculo

33 Coenzima Q (Q 10 en mamíferos) Tal como el FMN del Complejo I: 3 estados de oxidación Transfiere 1 ó 2 e - uno por uno al Complejo III Q cycle

36 El Complejo II contiene a la succinato deshidrogenasa del Ciclo de Krebs Este FADH 2 no requiere lanzaderas para entrar a la cadena de electrones.

40 Consideraciones en el transporte de e - desde CoQ al Complejo III Coenzima Q (Q 10 en mamíferos) Tal como el FMN del Complejo I: 3 estados de oxidación Transfiere 1 ó 2 e - uno por uno al Complejo III Formación de Q Radicales Libres consecuencias?

42 Defensa Enzimática

43 Qué pasa si un organismo no tiene SOD? Inevitablemente hasta el 2% de O 2 consumido se reduce a O 2 Retcher et al 1995: Biochimica et Biophysica Acta,1271(1),

44 Los e - se pueden transferir entre células distantes, no asociados a la difusión de compuestos más bien como en un hilo conductor (???)

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