Bloque 4: Señalización y Enzimas (Bioquímica y Biofísica)

Bloque-4-Senalizacion-enzimas-me... marianaarevalo Bioquímica y Biofísica 1º Grado en Enfermería Facultad de Enfermería Universidad de Valladolid Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económi...

Bloque-4-Senalizacion-enzimas-me... marianaarevalo Bioquímica y Biofísica 1º Grado en Enfermería Facultad de Enfermería Universidad de Valladolid Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-11231585 BLOQUE IV: SEÑALIZACIÓN, ENZIMAS, METABOLISMO OXIDATIVO Y METABOLISMO DE GLÚCIDOS TEMA 15: SEÑALIZACIÓN CELULAR 1. MECANISMO DE SEÑALIZACIÓN CELULAR Los tejidos y células de los seres vivos han adquirido una gran capacidad de especialización, pero los diferentes procesos que se tienen que llevar a cabo requieren una gran integración entre estos elementos. Tal información requiere comunicación entre células, la cual es realizada por mensajeros químicos, cuyo objetivo final es provocar una respuesta en la célula receptora, en la que están involucradas un gran número de proteínas. Sus funciones son: - Controlar los procesos de proliferación, diferenciación y muerte celular. - Recibir y procesar estímulos a través de los órganos sensoriales. - Regular el metabolismo energético. - Poner en marcha el sistema inmune. - Coordinar las distintas funciones de órganos y tejidos. Principios de la transducción de señales: Características de los mensajeros químicos: - Mensajero secretado por una célula en respuesta a un estímulo. - Mensajero difunde a través de la sangre u otro líquido extracelular. - Receptor une de forme específica al mensajero. - Unión mensajero-receptor provoca una respuesta. - Cuando cesa la señal termina el efecto. Mensajero químico: moléculas de señalización que transmiten mensajes entre células. - Secretadas en respuesta a un estímulo específico. - Provocan una respuesta específica en la célula diana. o Neurotransmisores. o Hormonas. o Citoquinas. - Dependiendo de la distancia entre secretor y célula diana, los mensajeros se clasifican en: o Endocrinos. o Paracrinos. o Autocrinos. 105 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-11231585 Receptores: - Lugar específico de unión a un mensajero. - Sitio de unión implicado en la transmisión (transducción) del mensaje (señal). - Membrana plasmática – receptores de membrana. o Acoplados a canales iónicos. o Tirosina quinasas. o Asociados a tirosina quinasas (JAK-STAT). o Receptores heptahélice (7 dominios transmembrana)-proteína G. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. - Intracelulares – factores de transcripción: o Capacidad de interacción con proteínas o ADN. Características de la transducción de señal: - Especificidad: complementariedad molecular entre la molécula señal y el receptor (uniones no covalentes). - Amplificación: un enzima o un receptor asociado a su ligando cataliza la activación de muchas segundas moléculas y cada una de estas a su vez la de muchas terceras, lo cual conlleva la ampliación de varios órdenes de magnitud. - Sensibilidad/desensibilidad: cuando una señal está presente continuamente se produce una desensibilización del sistema y cuando esta señal baja por debajo de un determinado nivel el sistema se activa de nuevo. - Integración: capacidad del sistema para recibir múltiples señales y producir una respuesta unificada apropiada a las necesidades de la célula. Las moléculas señal se unen a receptores específicos: Las moléculas señales pueden ser: Los receptores específicos de las células diana pueden ser: 106 Deja que el Latin Spirit de Desperados te lleve a elrow a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-11231585 2. PRINCIPALES VÍAS DE SEÑALIZACIÓN CELULAR TIPOS DE SEÑALIZACIÓN SEGÚN LA DISTANCIA Las moléculas señales pueden actuar a corta o a larga distancia: - Señalización por contacto: o Se necesitan que las dos membranas celulares se pongan en contacto. La molécula señal no se llega a segregar fuera de la célula (la deja anclada a su membrana). Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. - Señalización paracrina: o Es muy abundante. La célula señalizadora sintetiza y segrega las moléculas señales que actúan como mediadoras locales al espacio extracelular a células del entorno. - Señalización autocrina: o Es un tipo de señalización paracrina. La célula señalizadora y la célula diana son el mismo tipo, es decir, se autoestimulan. Todas segregan la señal y la reciben. - Señalización sináptica (Sistema nervioso). o En el extremo del axón se sintetizan los neurotransmisores que son recibidos por los receptores de las células diana postsinápticas y son liberados en la hendidura sináptica. Es un receptor de baja afinidad. - Señalización endocrina (Sistema endocrino). o Se organizan en glándulas especializadas en sintetizar las señales y segregarlas al torrente sanguíneo. Por lo tanto, van a lugares muy alejados y se encuentran con diferentes células diana. Está muy diluidos y tiene una afinidad muy grande por la hormona. 107 Deja que el Latin Spirit de Desperados te lleve a elrow a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-11231585 3. CÉLULAS EPITELIALES Y MÚSCULO CARDÍACO Canales estrechos llenos de agua que conectan directamente los citoplasmas de células epiteliales adyacentes, permiten el intercambio de iones inorgánicos y pequeños mensajeros intracelulares con cAMP o cGMP. Diferentes tipos celulares responden de manera diferente a una misma señal. Las células están programadas para responder a combinaciones específicas de moléculas señales, las integran y dan la respuesta adecuada. 4. RECEPTORES DE SUPERFICIE CELULAR RECEPTORES ASOCIADOS A CANALES IÓNICOS: RECEPTOR NICOTÍNICO DE ACETILCOLINA El receptor nicotínico de acetilcolina es un canal iónico. Abundan mucho en la sinapsis neuromuscular donde el nervio inerva al músculo y “le dice lo que tiene que hacer”. 108 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-11231585 RECEPTORES ACOPLADOS A PROTEÍNA G El receptor se asocia a una proteína G que está enganchada a la membrana y se activa de tal manera que activa a su vez una enzima. Son receptores de 7 hélices. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. RECEPTORES CON ACTIVIDAD TIROSINA QUINASA Son muy diferentes de los acoplados a proteínas G que pasan 7 veces la membrana mientras que estos solo la pasan una vez. Cuando están inactivados son monómeros pero cuando se activan se dimerizan y en seguida se produce una activación de un dominio catalítico. ESTRATEGIAS QUE UTILIZAN LAS PROTEÍNAS SEÑALIZADORAS A- Interruptores moleculares: - Es necesario una enzima (proteína quinasa) y ATP para fosforilar. Esta proteína no se queda permanentemente activada, cuando termina se desfosforila por medio de la hidrólisis y se lleva a cabo por medio de la proteína fcsfatasa. 109 Deja que el Latin Spirit de Desperados te lleve a elrow a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-11231585 B- Proteínas integradoras (detectoras de coincidencias): Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. C- Formación de complejos señalizadores: - Incrementan la velocidad, eficiencia y especificidad de la respuesta. - Las interacciones entre las proteínas de señalización para constituir estos complejos de señalización están mediadas por dominios de interacción modulares. Estos son dominios proteicos pequeños muy conservados en la evolución. Cada uno de ellos es capaz de unirse a un motivo estructural específico. - Los dominios homólogos comunes presentes en muchas proteínas señalizadoras, permiten su asociación en combinaciones múltiples y específicas. RUTAS QUE EMPIEZAN CON LA ACTIVACIÓN DE UN RECEPTOR ACOPLADO A LA PROTEÍNA G A- Ruta del AMPc o de la adenilato ciclasa: - La proteína Gs con GDP unido está desconectada, es decir, no puede activar la adenil- ciclasa. - La adrenalina se une a su receptor específico y el contacto de la proteína Gs con el complejo hormona-sustrato provoca el desplazamiento del GDP unido por GTP activando Gs-alfa. - Gs-alfa activada se separa del resto, se desplaza hacia adenilciclasa y la activa. Esto cataliza la formación de AMPc que se una a la proteína quinasa activándola y generando una respuesta celular a la adrenalina. 110 Deja que el Latin Spirit de Desperados te lleve a elrow a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-11231585 - Ejemplos de respuestas inducidas por hormonas que activan la cascada del AMPc. B- Ruta del Ca+2 o de los fosfoinosítidos: - Gq−alfa unido a GTP, se desplaza hacia PLC (fosfolipasa C) y la activa. - La PLC activa corta PIP2 dando IP3 y DAG (diacilglicerol) que son potentes segundos mensajeros. - IP3 se une a un canal de calcio específico liberando el calcio secuestrado. DAG y calcio activan la proteína quinasa C en la superficie de la membrana plasmática. - El aumento de calcio en el citosol activa muchas proteínas como la calmodulina que junto con el calcio activa la proteína quinasa CaM. PIP2 = Fosfatidil inositol 4,5-bifosfato IP3 = Inositol 1,4,5 trifosfato - Ejemplos de respuestas inducidas por la activación de la cascada de los fosfoinosítidos y el Ca+2. 111 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-11231585 ACTIVACIÓN DE RECEPTORES TIROSINA-QUINASA (RTK) Se activa la tirosina quinasa. Al unirse, se dimeriza y se produce una fosforilación cruzada en residuos de tirosina. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. La tirosina-quinasas catalizan la transferencia de un grupo fosforilo desde el ATP al grupo hidroxilo de la tirosina. Vía de transducción de receptores RTK a través de proteínas Ras y cascada de MAPK (Proteínas quinasa activadas por mitógeno). Se parte de una RAS inactiva (proteína G monomérica que no se acopla directamente al receptor sino a través de otras proteínas previamente activadas) que tiene GDP. Cuando se une GEF promueve el intercambio de GDP x GTP y sigue la cascada. Cuando finalice se desactiva. Entonces se le une GAP que rompe el fosfato del GTP y lo convierte en GDP devolviendo la proteína en estado inactivo. 112 Deja que el Latin Spirit de Desperados te lleve a elrow a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-11231585 Estos sitios fosforilados del receptor van a ser sitios de anclaje a otras proteínas. Se van formando por piezas y se va continuando la cascada. Tres proteínas quinasas son activadas por mitógenos: - MAPKKK que activa a MAPKK que a su vez activa a MAPK. - La proteína RAS activa a MAPKKK que fosforila a otras proteínas quinasas (MAPKK) y a su vez activa esta y fosforila a MAPK. - La MAPKKK no entra dentro de ninguna familia porque fosforea en una treonina y en una tirosina a la vez. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. - La MAPK es la que fosforila a las proteínas diana y puede entrar en el núcleo de la célula. 5. RECEPTORES INTRACELULARES SEÑALIZACIÓN POR ÓXIDO NÍTRICO (NO) El receptor del NO es una proteína intracelular: una Guanilato ciclasa que se encuentra en el citosol. Una de las funciones más importantes del NO en mamíferos es la relajación de la musculatura lisa de los vasos sanguíneos, produciendo vasodilatación, es decir, aumenta la luz del vaso. SUPERFAMILIA DE RECEPTORES NUCLEARES Hormonas esteroideas (hormonas sexuales, glucocorticoides, mineralcorticoides). Hormonas tiroideas (T3 y T4). Retinoides (ácido retinoico). Vitamina D. Su estructura varia según se encuentren en estado inactivo o activo. 113 Deja que el Latin Spirit de Desperados te lleve a elrow a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-11231585 6. BASES MOLECULARES DEL CÁNCER CONCEPTOS Célula cancerosa: célula que ha perdido la capacidad de someterse a las señales que controlan su crecimiento, diferenciación y apoptosis. Se divide cuando y donde no debería hacerlo. Tumor (neoplasia): masa de células aberrantes que crece de forma descontrolada. - Tumor benigno: las células neoplásicas permanecen formando una única masa encapsulada. - Tumor maligno = cáncer: células neoplásicas crecen de forma invasiva y colonizan nuevos tejidos. Metástasis: tumor secundario formado en otras regiones del organismo alejadas del tumor primario y originadas como consecuencia de la entrada de las células cancerosas en el torrente sanguíneo o linfático. GENES IMPLICADOS EN LA PROLIFERACIÓN Genes proliferativos: protooncogenes u oncogenes. Codifican proteínas de cascadas intracelulares proliferativas y proteínas que activan el ciclo celular. El efecto de la mutación que los hiperactiva es dominante. Es suficiente que la mutación afecte a uno de los alelos para manifestarse. La mutación no es heredable. Genes antiproliferativos: genes supresores de tumores. Codifican proteínas inhibidoras del ciclo celular, proteínas que conducen a la apoptosis y enzimas que participan en la reparación del ADN. El efecto de la mutación que los inactiva es recesivo. La mutación debe darse en los dos alelos para manifestarse. La mutación en un alelo es heredable. 114 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-11231585 Algunos proto-oncogenes/oncogenes mutados hiperactivos son: - ras: proteína G monomérica permanentemente unida a GTP. - erbB: receptor del EGF truncado (permanentemente activo). - myc: proteína de unión al DNA. - sis: factor de crecimiento derivado de plaquetas (PDGF). - src: proteína tirosin-quinasa mutada (aislada del virus del sarcoma de pollos). Un solo cambio aminoacídico en la proteína Ras elimina su capacidad de hidrolizar GTP, incluso en presencia de una Proteína Activadora de GTPasa (GAP), esto la Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. convierte en una proteína oncogénica. Aproximadamente el 30% de los cánceres humanos presentan una mutación puntual en el gen Ras (que lo transforma en oncogen al dar lugar a esta proteína anómala hiperproliferativa). Algunos genes supresores de tumores son: - P53: guardián del genoma en más del 50% de los cánceres. - Rb: cánceres de retina (retinoblastoma), óseos, vejiga, mama. o El retinoblastoma es el cáncer de la retina. Rb está implicado en la regulación del ciclo celular ya que hace que las células permanezcan en G1 (freno del ciclo celular). o Es un cáncer producido por la pérdida de dos copias del gen Rb que produce una proliferación descontrolada de las células de la retina. o Se manifiesta en edad temprana y existen dos tipos: § Hereditario: varios tumores, binocular (dos ojos) y hereditario. § Esporádico: un único tumor, monocular (un ojo), mutación al azar y no hereditario. o Rb mutado en otros tipos de cánceres: carcinoma pulmón, vejiga, mama. o Ejemplo de cánceres de retina (retinoblastoma). - BRCA1 y BRCA2: cánceres de mama y ovario. - apc: poliposis adenomatosa de colon. - dcc: deleccionado en cáncer de colon. 115 Deja que el Latin Spirit de Desperados te lleve a elrow a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-11231585 Ejemplo de cáncer de colon: Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. El cáncer es un proceso microevolutivo. Los pasos de la progresión tumoral pueden correlacionarse con mutaciones específicas. 116 Deja que el Latin Spirit de Desperados te lleve a elrow a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-11231585 TEMA 16: ENZIMAS 1. CONCEPTOS Y CARACTERÍSTICAS GENERALES Las enzimas son biocatalizadores: - Enzimas: grupo amplio de proteínas especializadas en catalizar reacciones químicas que tienen lugar en los organismos vivos. - Catalizadores: sustancias capaces de aumentar la velocidad de una reacción química. Exceptuando los ribozimas (RNA con actividad catalítica), las enzimas son proteínas. La capacidad catalítica de las enzimas depende de su conformación. Las enzimas están compuestos por: - Apoenzima: parte proteica de la enzima. - Cofactor: parte no proteica de la enzima. o Ión metálico: Fe+2, Mg+2, Ca+2, Zn+2. o Coenzima: molécula orgánica compleja. Actúan generalmente como transportadores de grupos funcionales específicos. Muchos son derivados de vitaminas. Cuando el coenzima está unido covalentemente al apoenzima se le denomina grupo prostético. Muchos coenzimas son derivados de vitaminas (por ejemplo la Vitamina C es el coenzima de la Prolil Hidroxilasa que hidroxila el colágeno). HOLOENZIMA = APOENZIMA + COFACTOR La enzima completa es el holoenzima. La capacidad catalítica de las enzimas depende de su conformación. Las enzimas, como todos los catalizadores: - No se consumen en la reacción, se recuperan inalterados al final del proceso. Por eso se necesitan en cantidades muy pequeñas. - No modifican sus propiedades termodinámicas de la reacción: ni Keq ni ∆G. - Aumentan la velocidad con la que una reacción se aproxima al equilibrio, aumentando en la misma proporción la velocidad de la reacción en un sentido y en el inverso. Las enzimas disminuyen la Energía de Activación (Ea) de una reacción, sin modificar ∆G (ni Keq). 117 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-11231585 CARACTERÍSTICAS DE LOS BIOCATALIZADORES (ENZIMAS) Las enzimas poseen una serie de características que los distinguen de los catalizadores químicos ordinarios: - Enorme poder catalítico. - Alto grado de especificidad de sustrato. - Producen siempre los mismos productos finales. - Gran afinidad por sus sustratos. - Actúan en condiciones suaves de temperatura, presión y pH. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. - Su actividad puede ser regulada. SITIO ACTIVO DE LAS ENZIMAS Las propiedades de las enzimas dependen en gran medida de que la catálisis tiene lugar en un sitio determinado de la enzima, denominada “Sitio Activo” o “Centro Activo” o “Sitio Catalítico”. En este sitio se fija el reactivo, que en las reacciones enzimáticas se llama Sustrato. En él se encuentran los grupos catalíticos, que van a participar directamente en la formación o rotura de enlaces covalentes. Sus características son: - Ocupa una porción pequeña del volumen total del enzima. - Es una entidad tridimensional. - Son hoyos o hendiduras apolares. - La unión al sustrato tiene lugar por numerosas interacciones débiles. - La superficie del sitio activo y la del sustrato son complementarias. En 1890 Emil Fischer propuso una analogía, comparando el acoplamiento del sustrato con la enzima con el de una lleva y su cerradura. Sin embargo, en algunas enzimas se ha comprobado que la forma del centro activo se modifica al unirse al sustrato y en 1958 Daniel Koshland propuso el modelo del “Ajuste Inducido” o modelo “del guante y la mano”. Los centros activos de estas enzimas tienen formas que son complementarias a las del sustrato solo después de que el sustrato se haya unido. CLASIFICACIÓN DE LAS ENZIMAS - Oxido-reductasa: transferencia de electrones. - Transferasas: transferencia de grupos funcionales. - Hidrolasas: rotura de enlaces incorporando una molécula de agua. - Liasas: rotura de enlaces covalentes por adicción o eliminación de grupos. - Isomerasas: reacciones de isomerización, transferencias de grupos dentro de la misma molécula. - Ligasas: formación de enlaces covalentes mediante reacciones de condensación. 118 Deja que el Latin Spirit de Desperados te lleve a elrow a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-11231585 2. ENSAYOS ENZIMÁTICOS EN EL DIAGNÓSTICO CLÍNICO. ISOENZIMAS Se miden incrementos en plasma, de ciertos enzimas intracelulares “escapados” de las células en situaciones patológicas: - Liberación de enzimas en exceso por lesión celular: liberados por traumatismos, procesos infecciosos, necrosis por hipoxia, etc. Cuanto más extenso haya sido el daño sufrido por el tejido más se elevarán los niveles de los enzimas en plasma. Algunos ejemplos son: Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. o Transaminasas: se elevan en las hepatitis virales y cirrosis hepáticas o en el infarto de miocardio. o Lactato Deshidrogenasa (LDH) y Creatina Quinasa (CK): se elevan en el infarto de miocardio y enfermedades musculares (distrofia muscular de Duchenne). o Amilasa: se eleva en las pancreatitis. - Aumento de la producción de la enzima por inducción de su síntesis. Algunos ejemplos son: o Fosfatasa alcalina (ALP): su síntesis aumenta en el hígado cuando hay obstrucción de las vías biliares (cálculos). o Glutamil Tranferasa: su síntesis aumenta en el hígado tras la ingesta de alcohol o barbitúricos. - Aumento de la producción del enzima por proliferación aumentada de las células. Algunos ejemplos son: o Fosfatasa ácida (ACP): en carcinomas de próstata. o Fosfatasa alcalina (ALP): en enfermedades óseas, metástasis óseas de tumores. También aumenta durante la pubertad (época de crecimiento de los huesos). ISOENZIMAS Son formas moleculares diferentes del mismo enzima. Catalizan la misma reacción pero son diferentes moléculas con diferentes propiedades (peso molecular, secuencia de aminoácidos, carga eléctrica, etc.). En la clínica suelen diferenciarse por sus desiguales movilidades en una electroforesis. La distribución de las isoenzimas es distinta en los diferentes órganos y tejidos, lo que facilita identificar el tejido dañado. El mecanismo más común de formación de isoenzimas es por combinaciones de dos subunidades proteicas distintas, codificadas cada una por un gen diferente. Lactato Deshidrogenasa (LDH) existe en 5 formas diferentes, todas ellas tetrámeros formados por dos subunidades: H más abundante en el corazón (heart) y M más abundante en el músculo (muscle). Movilidad electroforética de los Isoenzimas de la Lactato Deshidrogenasa. Patrones electroforéticos de isoenzimas de LDH en distintos tejidos. El grosor de cada banda indica la cantidad de la isoenzima. 119 Deja que el Latin Spirit de Desperados te lleve a elrow a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-11231585 3. CINÉTICA, INHIBICIÓN Y REGULACIÓN ENZIMÁTICA La cinética enzimática se define como la dependencia de la velocidad de una reacción enzimática con la concentración de sustrato, es decir, “efecto de saturación por el sustrato”. Para estudiar la cinética de una reacción enzimática se mide la velocidad de la reacción en varios ensayos en los que se utilizan diferentes concentraciones de Sustrato (S), pero una misma concentración de la Enzima y se observa que: - Para [s] bajas, la velocidad aumenta linealmente con [s], es decir al aumentar al doble la [s] la velocidad aumenta también al doble. - Al seguir aumentando la [s] la velocidad no aumenta ya proporcionalmente, llegando un momento en que la velocidad no aumenta más al aumentar el sustrato. - La velocidad se hace constante. Se alcanza la velocidad máxima (Vmáx.). Este fenómeno se denomina “saturación por el sustrato”. “Efecto de saturación por el sustrato”. El fenómeno de saturación por el sustrato fue descrito por Henri en 1903 y lo presentaban todas las enzimas estudiadas. La explicación de este hecho es que el sustrato S se une a la enzima E para formar un complejo Enzima – Sustrato (ES) que dará lugar a la formación del producto P y de la enzima libre E. E + S à ES à E + P Cuando la [s] es baja, habrá muchas moléculas de enzima libre de forma que, al aumentar S, aumentará ES y a su vez aumentará la velocidad de formación del Producto. Pero llegará un momento en que todas las moléculas de Enzima estarán ocupadas por el Sustrato formando el complejo ES. En ese momento la Velocidad será la máxima posible y al aumentar [S] ya no aumentará la velocidad de formación del Producto. - Esto no quiere decir que el nº de moléculas de Sustrato sea igual al nº de moléculas de Enzima. La [S] ha de ser mucho mayor que la [E] para que todas las moléculas de E estén unidas a S formando el complejo ES. La cantidad de S necesaria para que esto ocurra dependerá de la afinidad del E por el S. En 1913 Leonor Michaelis y Maud Menten propusieron un modelo teórico para explicar las propiedades cinéticas de las enzimas. MODELOS CINÉTICOS DE MICHAELIS-MENTEN Modelo cinético de Michaelis – Menten para las reacciones enzimáticas. - Condiciones de velocidad inicial (S à P < 10%). - [ST] >>> [ET] à [S] >>> [ES] à [ST] = [S] - [ES] = Constante - V = k2 [ES] Vmax y Km son dos constantes que caracterizan un enzima, son sus “parámetros cinéticos”. 120 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-11231585 La velocidad será máxima cuando toda la enzima esté en forma de complejo ES. En ese momento [ES] = [Et]. V = k2 · [ES] Vmax = k2 · [ET] La velocidad máxima depende de la concentración total de enzima y de una constante de velocidad (k2) propia de cada enzima. K2 es la constante catalítica o número de recambio, también llamada actividad molecular. Es el número de Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. moles de sustrato transformado por cada mol en enzima en la unidad de tiempo (segundos). La actividad de una enzima coincide con el valor de velocidad máxima cuando esta se expresa en micromoles de sustrato transformados por minuto (D moles/min). Km (constante de Michaelis-Menten) representa el valor de la concentración de sustrato para el que la velocidad (V) es la mitad de la velocidad máxima (Vmax). La Vmax depende de la concentración de Enzima presente en la reacción. Es decir, el valor de Km coincide con la [s] para la cual la enzima está saturado al 50% (están ocupados la mitad de los sitios activos), algo parecido a la P50 de la hemoglobina. El valor de km dirá si se requieren [s] grandes o pequeñas para saturar la enzima al 50%. De forma que se puede tomar Km como un índice inverso de la afinidad del enzima por el sustrato. De ello se puede intuir varios significados: - Km pequeña: afinidad grande por el sustrato porque la enzima se une bien a él. - Km grande: afinidad pequeña por el sustrato porque la enzima se une mal a él. El valor de la Km de un Enzima suele estar próximo a las concentraciones fisiológicas de su sustrato. Km se expresa en unidades de concentración, es decir en moles/L (M), pero generalmente en μM o mM (la mayoría de las Enzimas tienen una Km con valores entre 10-6 M y 10-1 M, es decir entre 1 µM y 100 mM). *Atención: km no es 1⁄2 de Vmax, sino la [s] a la cual se consigue 1⁄2 de Vmax. Significado de Km (Constante de Michaelis). Experimentalmente su significado es sencillo: es el valor de la [S] para el que la V es la mitad de la Vmax. 121 Deja que el Latin Spirit de Desperados te lleve a elrow a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-11231585 UNIDADES EN LAS QUE SE MIDE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA La actividad de una enzima coincide con su velocidad máxima cuando esta se mide en micromoles de sustrato transformados por minuto (μmoles/min). 1 μmol/min = 1 unidad internacional (u.i.) También suele utilizarse la actividad específica que se mide en u.i./mg proteína, y da una idea de la pureza de una preparación enzimática. Una preparación enzimática contiene generalmente muchas proteínas diferentes además del enzima. Al Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. purificar la preparación que contiene el enzima, disminuye el resto de las proteínas manteniéndose toda la actividad, aumenta por tanto la actividad específica. DEPENDENCIA DE LA VELOCIDAD DE UNA REACCIÓN CON EL pH Los enzimas son activos en un rango limitado de pH. La mayoría tiene un pH determinado en el cual su actividad es máxima (pH óptimo). Si se representa la velocidad de la reacción catalizada por el enzima frente al pH del medio, se suele obtener una curva en forma de campana. DEPENDENCIA DE LA VELOCIDAD DE UNA REACCIÓN CON LA TEMPERATURA La curva de actividad de un enzima frente a la temperatura presenta una forma de campana. La velocidad de las reacciones catalizadas por enzimas aumenta con la temperatura, (se duplica cada 10ºC de aumento de temperatura) dentro del intervalo de temperaturas en el que la enzima es estable y permanece activo (Ecuación de Arrhenius): Generalmente la curva tiene una pendiente descendente más rápida que la ascendente, debido a la rápida desnaturalización del enzima por el calor (es una proteína). La mayoría de las enzimas se inactivan a temperaturas superiores a 55ºC (aunque algunas enzimas especializadas pueden ser activas a temperaturas próximas a los 100ºC). 122 Deja que el Latin Spirit de Desperados te lleve a elrow a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-11231585 TRANSFORMACIÓN LINEAL DE LINEWEAVER-BURK DE LA ECUACIÓN MICHAELIS-MENTEN Lineweaver y Burk propusieron una transformación para convertir la hipérbola en una línea recta, tomar los inversos en los dos miembros de la ecuación. Al utilizar la representación gráfica de Lineweaver y Burk de dobles recíprocos, de los datos experimentales, se tiene un método preciso para determinar los valores de Km y Vmax. Es también un método muy útil para analizar el efecto de inhibidores. 4. INHIBIDORES DE LAS ENZIMAS Un inhibidor es cualquier sustancia que se une a una enzima y disminuye la velocidad de la reacción enzimática. La inhibición puede ser: - Irreversible. - Reversible. o Competitiva. o No competitiva. INHIBICIÓN IRREVERSIBLE El inhibidor se une covalentemente a un grupo catalítico inactivando la enzima de forma permanente. Cuanto más tiempo esté en contacto el inhibidor con la enzima mayor número de moléculas de enzima quedarán inactivas. Es como si disminuyera la cantidad de enzima total. La inhibición aumenta con el tiempo y es más rápida cuanto mayor sea la concentración de inhibidor. Disminuye la Vmax de la enzima, pero no se afecta la km. INHIBICIÓN REVERSIBLE El inhibidor se une a la enzima mediante interacciones débiles y se establece un equilibrio entre el enzima libre y el enzima unido al inhibidor. La constante de disociación de este equilibrio se denomina Ki. Ki es un índice inverso de la afinidad de la enzima por el inhibidor o lo que es lo mismo de la eficacia del inhibidor. Cuanto más pequeña sea Ki más eficaz es el inhibidor. En la inhibición reversible el grado de inhibición depende de la concentración del inhibidor y de su Ki. 123 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-11231585 Inhibición reversible competitiva: - El Inhibidor es un análogo estructural del Sustrato, que se une al mismo sitio activo al que se une el Sustrato e impide la unión de este. - El Inhibidor compite pues con el Sustrato por el mismo sitio activo. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. - La inhibición competitiva se revierte aumentando la concentración de sustrato. - La Vmax no varía en presencia del inhibidor y la Km aumenta. Inhibición reversible no competitiva: - El Inhibidor no se parece estructuralmente al Sustrato y se une a un sitio distinto, dificultando la catálisis en el Sitio Activo, aunque no impide la unión del Sustrato. - El Inhibidor no compite con el Sustrato por el sitio activo. - La inhibición no competitiva no se revierte aumentando la concentración de sustrato ya que el sustrato no desplaza de su sitio al inhibidor (solo se revierte si se retira el inhibidor). - La Km no varía en presencia del inhibidor y la Vmax disminuye. Diferencias: - Inhibición irreversible: disminuye la Vmax de la enzima, pero no afecta la Km. - Inhibición reversible competitiva: la Vmax no varía en presencia del inhibidor y la Km aumenta. - Inhibición reversible no competitiva: la Km no varía en presencia del inhibidor y la Vmax disminuye. 124 Deja que el Latin Spirit de Desperados te lleve a elrow a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-11231585 Implicaciones de la inhibición enzimática en la medicina: - Muchos de los fármacos que se utilizan en la actualidad (antibióticos y drogas antitumorales) son inhibidores específicos de enzimas. - Se diseñan fármacos que sean análogos estructurales de los sustratos para que actúen como inhibidores competitivos muy eficaces. - Hay dos tipos principales de mecanismos de regulación de la actividad de las enzimas: o Regulación alostérica: mediante metabolitos reguladores que se unen a sitios reguladores específicos del enzima por interacciones débiles y modifican el sitio activo. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. o Regulación covalente: mediante la unión covalente de grupos químicos. La modificación más común es la unión de grupos fosfato. La fosforilación del enzima está catalizada por proteínas quinasas, el enzima puede ser después defosforilado por proteínas fosfatasas. - Los sustratos presentan efectos cooperativos positivos (la unión de una molécula de sustrato a una de las subunidades del enzima oligomérico favorece la unión de otras moléculas de sustrato a las otras subunidades del oligómero), estos efectos son los responsables de que la cinética sea sigmoide en vez de hiperbólica. - Los activadores alostéricos generalmente aumentan la afinidad por el sustrato y las enzimas son activas a concentraciones de sustrato más pequeñas (desplazan la curva a la izquierda). - Los inhibidores alostéricos generalmente disminuyen la afinidad por el sustrato, por lo que en su presencia se requieren concentraciones mayores de sustrato para que el enzima sea activo (desplazan la curva a la derecha). 125 Deja que el Latin Spirit de Desperados te lleve a elrow a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-11231585 126 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-11231585 TEMA 17: METABOLISMO OXIDATIVO 1. INTRODUCCIÓN AL METABOLISMO: CONCEPTOS GENERALES METABOLISMO Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Es la suma de todas las transformaciones químicas que se producen en las células y organismos vivos. Es una actividad muy coordinada que abarca cientos de reacciones químicas que están catalizadas por enzimas específicas y se organizan en rutas o vías metabólicas. Actividad muy coordinada con dos objetivos: - Obtención de energía. - Obtención de moléculas características de la propia célula. En cada ruta actúan secuencialmente una serie de enzimas (etapas enzimáticas de la ruta), cada uno produce un pequeño cambio químico (modificación de un enlace covalente) de forma que un compuesto precursor se convierte en producto a través de una serie de intermediarios metabólicos denominados metabolitos. El conjunto de todas las rutas metabólicas que operan dentro de las células se denomina metabolismo intermediario. CATABOLISMO Es la fase degradativa en la que los nutrientes se convierten en productos más pequeños y sencillos. Las rutas degradativas liberan energía, parte de la cual se conserva en forma de ATP y transportadores electrónicos reducidos (poder reductor), el resto se “pierde” en forma de calor. Algunas rutas metabólicas son lineales, otras ramificadas y otras cíclicas. ANABOLISMO Es la fase biosintética en la que los pequeños precursores dan lugar a moléculas más grandes y complejas. Estas reacciones requieren un aporte de energía en forma de ATP y poder reductor. Algunas rutas metabólicas son lineales, otras ramificadas y otras cíclicas. REGULACIÓN DE LAS RUTAS METABÓLICAS Se van a estudiar rutas en común del metabolismo del glúcidos, lípidos y aa. Todas ellas ocurren en la mitocondria excepto la glucólisis (citosol). El metabolismo está regulado y muy bien organizado. El ATP se puede conseguir de dos maneras: - Fosforilación a nivel de sustrato. - Fosforilación oxidativa, síntesis de ATP dentro de la mitocondria. 127 Deja que el Latin Spirit de Desperados te lleve a elrow a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-11231585 El metabolismo está organizado en vías o rutas metabólicas de degradación y de biosíntesis. - Por ejemplo, en la ruta de la Glucolisis, una serie de enzimas actúan secuencialmente para degradar la Glucosa hasta Piruvato y en la de la Gluconeogénesis se sintetiza Glucosa desde Piruvato. Muchas de las enzimas de estas rutas antagónicas son comunes (las que catalizan etapas reversibles) pero algunas son específicas de cada ruta (etapas irreversibles) Las distintas rutas antagónicas deben Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. estar coordinadas para que no funcionen simultáneamente. La regulación se ejerce a nivel de los enzimas que catalizan las etapas irreversibles. El enzima regulador, que marca la velocidad de la ruta, suele ser el que cataliza la primera etapa irreversible específica de dicha ruta. REGULACIÓN DEL METABOLISMO Se puede regular las enzimas reguladoras de dos maneras: - Regulando su actividad enzimática (más importante): hay dos tipos principales de mecanismos de regulación de la actividad de las enzimas: o Regulación alostérica: mediante metabolitos reguladores que se unen al enzima por interacciones débiles y modifican el sitio activo. La regulación es específica, los enzimas pueden ser activadores o inhibidores. o Regulación covalente: mediante la unión covalente de grupos químicos. La modificación más común es la unión de grupos fosfato. La fosforilación está catalizada por proteínas quinasas, el enzima puede ser después desfosforilado por proteínas fosfatasas. Para unos enzimas la fosforilación les inactiva y para otros les activa. - Regulando la cantidad de enzimas (regulación de la expresión génica de la proteína). 128 Deja que el Latin Spirit de Desperados te lleve a elrow a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-11231585 2. COENZIMAS REDOX Y OXIDACIONES BIOLÓGICAS OXIDACIONES BIOLÓGICAS De forma general se puede decir que las oxidaciones biológicas consisten en llevar pares de electrones desde enlaces C−H y C−C hasta el oxígeno. Esos pares de electrones de “alta energía” se transfieren generalmente mediante reacciones de deshidrogenación a unos pocos aceptores electrónicos especializados, coenzimas redox y de estos a través de la cadena respiratoria hasta el oxígeno. Los electrones de los enlaces que ya están compartidos con el O2 no liberan energía (bajo energía) y no se pueden utilizar para la síntesis de ATP. En el anillo Nicotinamida se colocan los electrones. La diferencia entre NAD y NADP es que el NADP lleva un fosfato más colgado de la ribosa que el NAD. Esto hace que unos sean específicos en un tipo de reacciones y los otros en otras reacciones. RESPIRACIÓN CELULAR (METABOLISMO OXIDATIVO) Es un proceso en el que se consume O2 y se produce CO2. Produce más energía (ATP) a partir de glucosa que la glucolisis anaerobia. También aprovecha la energía almacenada en lípidos y aminoácidos. Tiene lugar en la mitocondria en tres etapas principales: - Fase 1: Producción de acetil CoA. - Fase 2: Oxidación de acetil CoA. - Fase 3: Transferencia de electrones y fosforilación oxidativa. 129 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-11231585 Conversión de Piruvato en Acetil-CoA: - Reacción: descarboxilación oxidativa de piruvato a Acetil−CoA, catalizada por el complejo de la piruvato deshidrogenasa (PDH). o El Acetil−CoA puede entrar en el ciclo del ácido cítrico y oxidarse a CO2 para producir energía. o El Acetil−CoA puede usarse para sintetizar lípidos (pero no para sintetizar glucosa). Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Complejo de la Piruvato Deshidrogenada (PDH): - PDH es un complejo multienzimático muy grande, tiene 3 actividades enzimáticas y varias copias de cada una de ellas: o Piruvato deshidrogenasa (E1). o Dihidrolipoil transacetilasa (E2). o Dihidrolipoil deshidrogenasa (E3). - Los sitios catalíticos están muy cerca entre sí. - Requiere cinco coenzimas diferentes: TPP, ácido lipoico, FAD, CoA y NAD+. REACCIÓN CATALIZADA POR EL COMPLEJO DE LA PIRUVATO DESHIDROGENASA (PDH) El NAD sale libre a la mitocondria en forma de NADH y viaja a la cadena respiratoria. El TPP, Lipoato y FAD son en realidad grupos prostéticos, no entran en el momento de la catálisis, están unidos covalentemente. En cambio, el CoA y el NAD entran en el momento de la catálisis. Reacción irreversible en condiciones celulares. El piruvato deshidrogenasa cuando se fosforila (PDH fosfatasa) se inactiva. Además tiene inhibidores alostéricos. El ión calcio favorece que esté activa la piruvato deshidrogenasa. 130 Deja que el Latin Spirit de Desperados te lleve a elrow a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-11231585 TEMA 18: CICLO DE ÁCIDO CÍTRICO Y SU REGULACIÓN CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICO (CICLO DE KREBS) Fue descubierto por Hans Krebs. En el ciclo del ácido cítrico, de los ácidos tricarboxílicos o ciclo de Krebs, la Acetil−Coa se quema liberando CO2. Hay cuatro reacciones oxidativas donde Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. van a pasar los electrones a los coenzimas NADH y FADH2. En cada vuelta se obtiene 3 NADH y 1 FADH2. 4 pares de electrones van a la cadena respiratoria (8 e-). Además, se libera energía en forma de GTP, cuya síntesis se lleva a cabo por fosforilación a nivel de sustrato. El GTP es una molécula equivalente al ATP desde el punto de vista energético. En primer lugar, se queman 2 carbones del acetato que entran activados en el Acetil-CoA. - La primera etapa denominada de citrato sintasa, se caracteriza por la unión del oxalacetato con el Acetil−CoA por la enzima que da nombre a esta etapa, en esta unión se hidroliza el CoA y se genera citrato de 6 carbonos. El oxalacetato utilizado se vuelve a recuperar, lo único que se quema es el acetato. - La siguiente reacción es una simple reorganización de los átomos del citrato para convertirse en su isómero, el isocitrato. Esta reacción la cataliza la aconitasa. - Después, el isocitrato sufre la primera reacción oxidativa, una descarboxilación oxidativa y se da la liberación del CO2. Además de la oxidación con la intervención de NAD y la liberación del NADH por la isocitrato deshidrogenasa, pasando a ser alfa-cetoglutarato. - El alfa−cetoglutarato sufre también una descarboxilación oxidativa por la alfa−cetoglutarato deshidrogenasa en la que sale un CO2 y un NADH, mientras entra un CoA y se forma succinil−CoA. - En la siguiente reacción, el Succinil−CoA se transforma en Succinato en una reacción catalizada por la enzima succinato−CoA. En esta reacción se produce la síntesis de GTP a partir de GDP y fósforo inorgánico (Pi) (fosforilación a nivel de sustrato). o Sintasas: reacciones que no consumen ATP. o Sintetasas: reacciones que si consumen ATP. - Después el succinato pasa a Fumarato y a la vez un FAD capta los dos electrones y se reduce a FADH2 por medio de la succinato deshidrogenasa (esta enzima también es el complejo dos de la cadena respiratoria). - Seguidamente el fumarato sufre una reorganización por la enzima fumarasa y pasa a malato. - La última etapa está catalizada por la malato deshidrogenasa que utiliza NAD y capta electrones pasando a NADH y convirtiendo el malato en oxalacetato. 131 Deja que el Latin Spirit de Desperados te lleve a elrow a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-11231585 REGULACIÓN DEL CICLO DE KREBS El ciclo de Krebs solo funciona cuando las células requieren un aporte energético. Se regulan la citrato sintasa, la isocitrato deshidrogenasa y la alfa−cetoglutarato deshidrogenasa. Todas ellas son enzimas catalíticas y poseen un modulador positivo y otro negativo. La citrato sintasa tiene como modulador positivo el ADP, cuando los niveles de este suben, la enzima de activa. Como moduladores negativos tiene NADH, ATP, citrato y succinil−CoA, cuando los niveles de estos aumentan la enzima se inhibe. La isocitrato deshidrogenasa tiene como modulador positivo el ADP y el Ca2+. Cuando suben los niveles de estos se activa el metabolismo. Como moduladores negativos tiene el NADH y ATP. Por último, la alfa−cetoglutarato deshidrogenasa tiene como modulador positivo el Ca2+ y como negativos en FADH, ATP y succinil−CoA. FUNCIONES BIOSINTÉTICAS DEL CICLO DE KREBS Es una ruta anfibólica, porque además de ser una ruta degradativa del catabolismo, tiene intermediarios metabólicos que pueden sintetizar compuestos, anabolismo. El ciclo de Krebs sirve para el anabolismo y catabolismo. Así por ejemplo el oxalacetato es el punto de partida en la glucogénesis y el citrato en la síntesis de ácidos grasos y colesterol. REACCIONES ANAPLERÓTICAS (DE RELLENOO) DEL CICLO DE KREBS Las células emplean las denominadas reacciones anapleróticas para reponer los intermediarios desviados. Es necesario mantener el nivel de intermediarios lo bastante elevado como para mantener y sostener la actividad del ciclo de Krebs. Un ejemplo es la piruvato carboxilasa, enzima reguladora que se encuentra casi inactiva en ausencia de acetil−CoA, su modulador alostérico positivo. Siempre que el acetil−CoA está en exceso se estimula la reacción del piruvato carboxilasa para producir más oxalacetato; este mecanismo permite que el ciclo utilice más acetil−CoA en la reacción de la citrato sintasa. (Carboxila el piruvato para que se tenga oxalacetato, reacción de relleno más importante del ciclo de Krebs) 132 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-11231585 TEMA 19: MECANISMO QUIMIOSMÓTICO DE LA FOSFORILACIÓN OXIDATIVA 1. MECANISMO QUIMIOSMÓTICO Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. La energía está recopilada en NADH y FADH2. NADH y FADH2 ceden sus electrones a la cadena respiratoria de transferencia electrónica. Los electrones van pasando de un transportador a otro aprovechando la energía que cada uno de ellos transporta. Albert L. Lehninger descubrió en 1948 que la fosforilación oxidativa tenía lugar en la mitocondria. 133 Deja que el Latin Spirit de Desperados te lleve a elrow a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-11231585 La cadena respiratoria y la fosforilización oxidativa tiene lugar en la mitocondria, que son orgánulos móviles que están en el citoplasma celular. - Membrana externa: muy permeable, haciendo que el espacio intermembranoso presente una composición igual al citoplasma. - Membrana interna: prácticamente impermeable. Gran cantidad de transportadores para el trasporte selectivo de sustancias entre la cara de la matriz y la Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. citoplasmática. Se encuentra muy plegada formando las crestas mitocondriales para incrementar la superficie de membrana y así poder disponer de más superficie para disponer los complejos de la cadena respiratoria. 2. COMPONENTES Y ORGANIZACIÓN DE LA CADENA RESPIRATORIA MITOCONDRIAL Peter Mitchell propuso en 1961 la hipótesis quimiosmótica de la fosforilación oxidativa. Premio Nobel de Química 1978. La fosforilación oxidativa es la culminación del metabolismo productor de energía en los organismos aeróbicos. Todos los pasos oxidativos en la degradación de glúcidos, grasas y aminoácidos convergen en esta etapa final de la respiración celular en la que la energía de la oxidación impulsa la síntesis de ATP. Tiene lugar en la mitocondria, en la membrana interna. La cadena respiratoria es una secuencia de reacciones de oxido-reducción. Se produce la oxidación de los coenzimas reducidos por el fuerte potencial redox del O2/H2O reduciéndose el oxígeno para formar agua. El diferencial de potencial entre estos pares es muy grande, △G muy grande, siendo por lo tanto muy exergónica. Estas diferencias de potencial constituyen la fuerza directriz para el desarrollo de la cadena respiratoria y de la fosforilación oxidativa. Para lograr el máximo aprovechamiento energético, el proceso redox no se desarrolla en una sola reacción, sino en una secuencia de varias reacciones, proporcionando una mayor rentabilidad en la formación de energía metabólica. Empieza con la entrada de los electrones de la cadena respiratoria. - Cuando termina el ciclo de Krebs, la mayor parte de la energía que tenía la glucosa queda almacenada en las coenzimas (NADH y FADH2). Para que los procesos oxidativos no se detengan, las coenzimas deben oxidarse de nuevo y para ello ceden sus electrones a unas moléculas transportadoras que les llevan al compuesto aceptor final de electrones, que en este caso es el oxígeno. Junto con los H+ forman H2O. - Estas moléculas transportadoras están situadas siguiendo un orden y siempre a favor de potenciales oxidación−reducción. De −0,32V a +0,81 V. Modelo quimiosmótico de la fosforilación oxidativa: 134 Deja que el Latin Spirit de Desperados te lleve a elrow a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-11231585 - Los electrones al pasar de una molécula transportadora a otra descienden hacia niveles energéticos inferiores, de tal manera que se libera una energía que será empleada para bombear H+ desd