Bioenergética-Respiración Celular

bioenergetica-respiracion celular

Definición de organismos autótrofos y heterótrofos

Organismos Autótrofos. Son los seres que necesitan la luz para fabricar su propio alimento, son los vegetales oplantas, ya que absorben la energía solar para transformarla en energía química. Necesitan CO2, H2O, Clorofila(Pigmento de color verde que contienen todos los vegetales) y Energía Solar.

Los organismos heterótrofos (del griego hetero, otro, desigual, diferente y trofo, que se alimenta), en contraste con los organismos autótrofos, son aquellos que deben alimentarse con las sustancias orgánicas sintetizadas por otros organismos, bien autótrofos o heterótrofos a su vez.

Tipos de respiración anaerobia o anaeróbica

La respiración anaeróbica (o anaerobia) es un proceso biológico de oxidorreducción de monosacáridos y otros compuestos en el que el aceptor terminal de electrones es una molécula inorgánica distinta del oxígeno, y más raramente una molécula orgánica, a través de una cadena transportadora de electronesanáloga a la de la mitocondria en la respiración aeróbica.1 No debe confundirse con la fermentación, que es un proceso también anaeróbico, pero en el que no participa nada parecido a una cadena transportadora de electrones y el aceptor final de electrones es siempre una molécula orgánica como el piruvato.

En el proceso anaeróbico no se usa oxígeno, sino que para la misma función se emplea otra sustancia oxidante distinta, como el sulfato o el nitrato. En las bacterias con respiración anaerobia interviene también una cadena transportadora de electrones en la que se reoxidan los coenzimas reducidos durante laoxidación de los substratos nutrientes; es análoga a la de la respiración aerobia, ya que se compone de los mismos elementos (citocromos, quinonas,proteínas ferrosulfúricas, etc.). La única diferencia, por tanto radica, en que el aceptor último de electrones no es el oxígeno.

Todos los posibles aceptores en la respiración anaeróbica tienen un potencial de reducción menor que el O2, por lo que, partiendo de los mismos sustratos (glucosa, aminoácidos, triglicéridos), se genera menos energía en este metabolismo que en la respiración aerobia convencional.

No hay que confundir la respiración anaeróbica con la fermentación, en la que no existe en absoluto cadena de transporte de electrones, y el aceptor final de electrones es una molécula orgánica; estos dos tipos de metabolismo tienen solo en común el no ser dependientes del oxígeno.

Bioenergética y termodinamica

La 'bionergetica' es la parte de la biología muy relacionada con la física, que se encarga del estudio de los procesos de absorción, transformación y entrega deenergía en los sistemas biológicos.

También el término 'bionergética' se utiliza para designar un estilo de 'psicoterapia' desarrollado por un alumno de Reich, Alexander Lowen, llegando al análisis bioenergético.

En general, la Bioenergética se relaciona con la Termodinámica, en particular con el tema de la Energía Libre, en especial la Energía Libre de Gibbs.

Los cambios en la energía libre de Gibbs nos dan una cuantificación de la factibilidad energética de una reacción química y pueden proveer de una predicción de si la reacción podrá suceder o no. Como una característica general de La Bioenergética, esta solo se interesa por los estados energéticos inicial y final de los componentes de una reacción química, los tiempos necesarios para que el cambio químico se lleve a cabo en general se desprecian. Un objetivo general de la Bioenergética, es predecir si ciertos procesos son posibles o no; en general, la cinética cuantifica qué tan rápido ocurre la reacción química.

La termodinámica (del griego θερμo, termo , que significa «calor»1 y δύναμις, dínamis, que significa «fuerza»)2 es la rama de la física que describe los estados de equilibrio a nivel macroscópico.3 Constituye una teoría fenomenológica, a partir de razonamientos deductivos, que estudia sistemas reales, sin modelizar y sigue un método experimental.4 Los estados de equilibrio son estudiados y definidos por medio de magnitudes extensivastales como la energía interna, la entropía, el volumen o la composición molar del sistema,5 o por medio de magnitudes no-extensivas derivadas de las anteriores como la temperatura, presión y el potencial químico; otras magnitudes tales como la imanación, la fuerza electromotriz y las asociadas con la mecánica de los medios continuos en general también pueden ser tratadas por medio de la termodinámica.

TRANSFERENCIA DE GRUPOS FOSFORILO Y ATP.

Base química de la elevada variaciónde energía libre asociada a la hidrólisis del ATP

(1) La hidrólisis, al provocar la separación de cargas,elimina la repulsión electrostática entre las cuatro cargasnegativas del ATP.

(2) El producto fosfato inorgánico (P;) se estabiliza por laformación de un híbrido de resonancia, en el que cada unode los cuatro enlaces fósforo-oxígeno tiene el mismo gradode carácter de doble enlace mientras que el ión hidrógeno noestá asociado de manera permanente con ninguno de losoxígenos. (En los fosfatos involucrados en enlaces anhídridoo éster tiene lugar también un cierto grado de estabilizaciónpor resonancia, pero son posibles menos formas deresonancia que para el Pi.

(3) El producto ADP2- se ioniza inmediatamente, liberandoun protón a un medio de [H+] muy baja (pH 7). Un cuartofactor (no mostrado) que favorece la hidrólisis del ATP es elmayor grado de solvatación (hidratación) de los productos P;y ADP con relación al ATP, lo que estabiliza todavía máslos productos con relación a los reactivos.

Catalizadas por Transferasas - Catalizan la transferencia de grupos funcionales de una molécula a otra (intermolecular) o en la misma molécula (intramolecular). Ejemplos de grupos transferibles: fosforilo (-PO32-), amino (-NH2); carboxilo (-COOH); carbonilo (C=O); metilo (-CH3); y acilo (R-C=O).

Por ejemplo, la transferencia de un grupo fosforilo de ATP a glucosa está catalizada por una fosfotransferasa, mejor conocida como hexocinasa:

Otro ejemplo es la transferencia del grupo acilo a coenzima A (CoASH) formando un enlace tioéster entre el grupo acilo y el -SH de CoASH:

Reacciones de oxidación y reducción

Se denomina reacción de reducción-oxidación, de óxido-reducción o, simplemente, reacción redox, a toda reacción química en la que uno o más electrones se transfieren entre los reactivos, provocando un cambio en sus estados de oxidación.1

Para que exista una reacción de reducción-oxidación, en el sistema debe haber un elemento que cedaelectrones, y otro que los acepte:

 El agente reductor es aquel elemento químico que suministra electrones de su estructura química al medio, aumentando su estado de oxidación, es decir, siendo oxidado.

 El agente oxidante es el elemento químico que tiende a captar esos electrones, quedando con unestado de oxidación inferior al que tenía, es decir, siendo reducido.2

Cuando un elemento químico reductor cede electrones al medio, se convierte en un elemento oxidado, y la relación que guarda con su precursor queda establecida mediante lo que se llama un «par redox». Análogamente, se dice que, cuando un elemento químico capta electrones del medio, este se convierte en un elemento reducido, e igualmente forma un par redox con su precursor oxidado.

Transportadores de electrones (NAD, NADP, FMN Y FAD)

La cadena transportadora consiste de una serie de transportadores que actúan secuencialmente y que están unidos a la membrana interna. Los transportadores son proteínas integrales de membrana con grupos prostéticos capaces de aceptar y/o donar 1 o 2 electrones.

Los transportadores realizan 3 tipos de transferencias en todo éste proceso:

1. Transferencia directa de electrones (asociada a metales)

2. Transferencia de átomo de hidrógeno → H+ + e-

3. Transferencia de ión hidruro → H- (H+ + 2e-)

Existen 5 tipos de moléculas transportadoras de electrones en éste proceso:

1. NAD+ y NADP+

2. Flavoproteínas

3. Ubiquinona

4. Proteínas Ferro-sulfuradas

5. Citocromos

NAD+ y NADP+

NAD+

NADP+

La mayor cantidad de electrones es provisto de las enzimas de tipo deshidrogenasas, presentes en las vías catabólicas, y los envían a nucleótidos de amina o flavina.

NAD+ y NADP+ son carriers electrónicos solubles que pueden acoplarse reversiblemente a las deshidrogenasas, y que son incapaces de atravesar la membrana interna mitocondrial, pero son capaces de aportar sus electrones a la cadena transportadora de manera indirecta.

El NADH lleva sus electrones al Complejo I o NADH-deshidrogenasa, y el NADPH otorga electrones a variadas reacciones anabólicas en nuestro organismo.

Reacciones catalizadas por éstas coenzimas:



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Si observan atentamente las ecuaciones, verán que tanto NAD+ y NADP+ son aceptoras de grupos hidruros (H-)

Flavoproteínas

FAD

FMN

Son proteínas que poseen flavin-mononucleotidos (FMN) o Flavin-adenin-dinucleotido (FAD) unidos de forma covalente a su sitio activo. El nucleótido de flavina oxidado puede aceptar 1 o 2 electrones, como semiquinona o FMNH2/FADH2 respectivamente. La transferencia electronica ocurre, puesto que la proteína tiene

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