Fundamentos físico-químicos y efectos biológicos del oxígeno. Allan White

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Elvira Ojeda Carrasco
hace 6 años
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1 Fundamentos físico-químicos y efectos biológicos del oxígeno Allan White

2 PROTAGONISTA PRINCIPAL El protagonista principal en esta presentación es, sin lugar a dudas, el oxígeno, el cual es necesario para extraer cabalmente la energía almacenada en los enlaces químicos de las moléculas complejas que ingerimos y/o sintetizamos.

3 ROL DEL OXÍGENO El rol del oxígeno es actuar como aceptor final de electrones contenidos en los enlaces químicos de las moléculas que se oxidan en el metabolismo.

4 OLIGOSACÁRIDOS C 2 O O O o O O C 2 O O O o O α D Glucopiranosil (1,4)-D-glucopiranosa Maltosa O O O C 2 O O o O O O O O O O β-d-galactopiranosil-1,4-d-glucopiranosa Lactosa O C 2 O C 2 O O O o O O O C 2 O o O O C 2 O O α-d-glucopiranosil-(1,2)-β-d-fructofuranosa Sacarosa

7 OBTENCIÓN DE ENERGÍA El eje catabólico central, consiste en la liberación de energía mediante oxidación (pérdida de electrones) progresiva de la glucosa y sus intermediarios, hasta convertirse idealmente en CO 2 y 2 O, cuando hay suficiente oxígeno presente.

8 ATP COMO INTERMEDIARIO La energía liberada es traspasada momentáneamente a moléculas de ATP, el que a su vez la transfiere haciendo posible: la síntesis de otras moléculas el paso de iones y otras sustancias a través de membranas la contracción muscular, etc.

10 ROL COMO COMBURENTE El oxígeno funciona como aceptor final de la cadena transportadora de electrones que se encuentra en el interior de las mitocondrias y su acción es como comburente (oxidante) en una combustión sin llama.

11 CONSTITUCIÓN DEL ÁTOMO Núcleo: DE OXÍGENO 8 protones (Número atómico) 8 neutrones La suma de protones y neutrones da el Peso Atómico (16) Órbitas de electrones: 8 electrones

12 CONSTITUCIÓN DE LOS ÁTOMOS Los protones tienen carga positiva y su cantidad (Número atómico) da la identidad al elemento El número de neutrones puede variar, dando origen a diferentes isótopos con diferentes pesos atómicos. La neutralidad eléctrica del átomo la da un número de electrones (con carga negativa), igual al de protones, que orbitan alrededor del núcleo.

13 DISTRIBUCIÓN DE LOS ELECTRONES Los electrones de los distintos elementos se distribuyen en hasta 7 niveles (K, L, M, N, O, P, Q) que aceptan respectivamente un número de electrones máximo de: K 2 L 8 M 18 N 32 O 32 P 18 Q 8

14 SATURACIÓN DEL ÚLTIMO NIVEL Sin embargo, con excepción del primer nivel que se satura con dos electrones, cuando alguno de los siguientes niveles es el último se satura con 8 electrones.

15 ORBITALES Cada nivel, además puede tener subniveles u orbitales (s, p, d y f) que se saturan respectivamente con: s 2 electrones p 6 electrones d 10 electrones f 14 electrones

16 ELECTRONES DEL OXÍGENO Los 8 electrones que orbitan en torno al núcleo del oxígeno lo hacen distribuyéndose en dos niveles: 1S 2 2S 2 2px 2 2py 1 2pz 1

17 Número de protones + Número de neutrones Número másico (masa atómica) Número atómico A X Z Número de protones = Número de electrones Símbolo del elemento 4 2 e isótopo átomo de deuterio átomo de hidrógeno hidrogenión ( + ) ión hidruro ( - )

18 TENDENCIA DEL OXÍGENO La tendencia natural del oxígeno al reaccionar con otros elementos es completar el segundo nivel con 8 electrones, agregando los dos electrones que les faltan a los subniveles 2py y 2pz Con esto el oxígeno adquiere una carga negativa de dos electrones (O -2 ), reduciéndose a costa de oxidar al elemento o compuesto que le cedió los electrones.

19 etc.

20 ENLACE IÓNICO ENLACE COVALENTE Na + Cl - Cl Cl Na + Cl - Cl 2

21 2 O O 1S 1 1S 2 2S 2 2px 2 2py 1 2pz 1

22 ORIGEN DEL OXÍGENO En la evolución química del planeta Tierra, elevadas temperaturas iniciales habrían ocasionado la fusión de átomos de hidrógeno dando origen a nuevos átomos. Es así como: dos átomos de hidrógeno más dos neutrones formarían un átomo de helio Luego, la fusión de dos átomos de helio habría originado el berilio El carbono se habría formado a partir de helio y berilio Finalmente el oxígeno se habría formado a partir de átomos de helio y carbono.

23 ORIGEN DEL OXÍGENO De esta manera habría aparecido el oxígeno en el planeta, incorporado en diversas moléculas, tales como CO 2, 2 O, etc. Lo que falta explicar ahora es su aparición como gas constituyente de la atmósfera.

24 OXÍGENO ATMOSFÉRICO Se supone que el oxígeno de la atmósfera tiene origen fotosintético. La fotosíntesis es el proceso mediante el cual la energía solar excita electrones que son usados para formar enlaces de alta energía al sintetizarse moléculas orgánicas. Estos electrones provienen del agua como molécula dadora de electrones Luz + nco 2 + n 2 O > (CO)n + no 2

26 ATMÓSFERA En un sistema solar que tiene aproximadamente siete mil millones de años, actualmente el oxígeno constituye aproximadamente un 20% de la atmósfera terrestre. La mantención de este porcentaje depende de la existencia de agua, de seres capaces de fotosintetizar y del precario equilibrio entre la producción de oxígeno y su consumo.

27 PRESIÓN PARCIAL DE OXÍGENO La presión que ejerce la columna de gases atmosféricos sobre la superficie de la tierra, a nivel del mar, es de 760 mmg o una atmósfera. En esas condiciones la PO 2 atmosférica es cercana a 160 mmg y la PO 2 alveolar y arterial 100 mmg. Esas son las condiciones para las cuales está adaptado el organismo humano, considerando que el O 2 se mueve por simple difusión.

28 PRESIÓN EN ALTURA A medida que aumenta la altura con respecto al nivel del mar, la presión atmosférica disminuye, de modo que a metros es la mitad y en la cima del Everest es alrededor de 230 mmg. Las PO 2 atmosféricas respectivas son 76 y 46 mmg, lo que hace imposible alcanzar los 100 mmg de PO 2 alveolar necesarios para abastecer normalmente a las mitocondrias.

29 DEPENDENCIA DEL OXÍGENO En la corta existencia de los mamíferos y del ser humano sobre la tierra, se ha establecido una dependencia absoluta del oxígeno atmosférico como oxidante metabólico, para liberar la energía de las moléculas orgánicas complejas. La mayor parte de los seres humanos viven cerca del nivel del mar y su metabolismo está adaptado al oxígeno que sus mitocondrias pueden recibir en esas condiciones desde la atmósfera.

30 DEPENDENCIA DEL OXÍGENO Cuando el oxígeno no llega en cantidad suficiente a las mitocondrias por isquemia u otra razón, soluciones posibles son: a) incrementar la concentración del oxígeno en el aire inspirado. b) aumentar la presión total del aire inspirado, lo que aumenta la cantidad de moléculas por unidad de volumen. c) ambas cosas simultáneas (iperoxia hiperbárica)

31 RESPIRACIÓN EN ALTURA A medida que aumenta la altura con respecto al nivel del mar, la concentración de los gases del aire se mantiene, pero el número de moléculas por unidad de volumen disminuye progresivamente. En respuesta a la hipoxia el organismo aumenta la frecuencia y la amplitud de los ciclos respiratorios. Como consecuencia se pierde por la respiración más agua (deshidratación) y CO 2, lo que se traduce en hipocapnia y alcalosis respiratoria.

32 EJE CATABÓLICO BÁSICO Glucosa Otros azúcares Acidos grasos GLUCOLISIS Aminoácidos Piruvato Acetil-CoA + OXAL CICLO DE KREBS CO 2 FOSFORILACIÓN OXIDATIVA ADP + Pi ATP (e ) n O 2 CADENA RESPIRATORIA 2 O

33 acetil-coa 1 oxalacetato NAD NAD + citrato malato fumarato FAD 2 FAD GDP + Pi GTP succinato Succinil-CoA CO2 NAD + NAD + + isocitrato NAD + NAD + + CO2 α-cetoglutarato citrato sintasa aconitasa malato deshidrogenasa 8 3 isocitrato deshidrogenasa fumarasa 7 α-cetoglutarato deshidrogenasa 5 4 succinato deshidrogenasa 6 succinil-coa sintetasa

36 CADENA TRANSPORTADORA DE ELECTRONES La mayoría de los transportadores son proteínas integrales de la membrana mitocondrial interna. Además de NAD + y FAD hay otros tres tipos de transportadores de electrones: Ubiquinona o Coenzima Q (UQ). Citocromos a, b y c (proteínas con grupos hemo). Proteínas ferro-sulfuradas.

37 NAD ½ O 2 NAD+ + 2 O Gº = kj/mol FAD 2 + ½ O 2 FAD + 2 O Gº = kj/mol ADP + Pi ATP + 2 O Gº = 52 kj/mol

38 OXÍGENO SALUD - NORMALIDAD Es así como la normalidad y la salud están asociadas con un adecuado aporte de oxígeno a las mitocondrias de las células, mediante los sistemas respiratorio y circulatorio.

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