QUÍMICA BIOLÓGICA

1. QUÍMICA BIOLÓGICA • LIC. NUTRICIÓN • ANALISTA BIOLÓGICO 2014

2. LIC. NUTRICIÓN – ANALISTA BIOLÓGICO QCA. BIOLÓGICA PROGRAMA ANALITICO Y/O DE EXAMEN Bolilla 3 Cadena respiratoria. Ubicación celular. Componentes de la cadena respiratoria. Función. Importancia de Vitaminas y Minerales. Fosforilación oxidativa: Síntesis de ATP. Acción de Inhibidores: Desacoplantes, inhibidores de la fosforilación, inhibición del transporte electrónico. Control respiratorio. Sistema microsómico: Metabolismo de xenobióticos.

3. Antes de estudiar …… CADENA RESPIRATORIA Veremos …. HERRAMIENTAS PARA SU COMPRENSIÓN Vitaminas que participan: Niacina (NAD), Riboflavina (FAD) Minerales indispensables: Hierrro Concepto de Oxidación y Reducción: Oxidaciones biológicas Mitocondrias: estructura, función ATP: contenido energético

4. NUTRIENTES Repasemos….. • MACRONUTRIENTES. Grasas, Carbohidratos y Proteínas • MICRONUTRIENTES. Vitaminas y los Minerales

5. FUNCIONES DE LAS VITAMINAS Regulan procesos CELULARES Actúan como coenzimas o grupo prostético de las ENZIMAS. ANTIOXIDANTES Están implicadas en los procesos de CRECIMIENTO y DIFERENCIACION CELULAR

6. CLASIFICACION DE LAS VITAMINAS SEGÚN SU SOLUBILIDAD • HIDROSOLUBLES • No se acumulan en el organismo • Se disuelven en agua • Se eliminan rápidamente • Es preciso aportarlas diariamente • LIPOSOLUBLES • Se acumulan en el organismo • No se disuelven en agua • Se almacenan en hígado y tejido • graso VIT C – COMPLEJO B B1 – B2 – B3 – B6 – B12 – BIOTINA AC. PANTOTENICO - AC. FOLICO A D E K Aceites , lacteos y derivados y huevo Carnes, vísceras, huevo, leche, legumbres, cereales, levaduras, Frutos frescos y secos, Cítricos , vegetales de hojas verdes

7. VITAMINAS HIDROSOLUBLES Vitamina C, Vitaminas del Complejo B: B12, B2, B6, niacina, ácido fólico, biotina y ác. Pantoténico. • No se acumulan en el cuerpo. • Se transportan en la sangre unidas a proteínas plasmáticas. • Regulan los procesos que producen energía metabólica.

8. Funciones de las Vitaminas del complejo B VitaminaCoenzimaFunción B1TiaminaTiamina Pirofosfato Descarboxilaciónoxidativa B2 Riboflavina FAD, FMN Oxido- reducción B3 Niacina NAD, NADP Oxido reducción B5Ac Pantoténico Coenzima A Transferencia de grupos acil B6 PiridoxalPiridoxalfosfato Transanminación BiotinaBiotinilCarboxilación Acido fólico Tetra hidrofolato Transferencia de unidades de un carbono B12Cianocobalamina Metilación

9. R │ │H Nicotinamida Riboflavina NIACINA O VITAMINA B3RIBOFLAVINA O VITAMINA B2 + NAD (NADP) FAD (FMN) • Intervienen como cofactor enzimático en el metabolismo energético de macronutrientes

13. RESUMEN DE LAS VITAMINAS HIDROSOLUBLES • Se encuentran en alimentos de origen Vegetal y Animal a excepción de la B12 que solo en estos últimos. • Son solubles en agua por lo que se absorben y se transportan unidos a proteínas • No se almacenan en los tejidos por mucho tiempo a excepción de la Vitamina B12 • Se excretan por orina ó heces • La mayoría está formando parte de Coenzimas que actúan en el metabolismo energético

14. BIOELEMENTOS O, C, H,N, • ELEMENTOS PRIMARIOS • ELEMENTOS SECUNDARIOS (Macroelementos) • OLIGOELEMENTOS (Microelementos) • ELECTROLITOS Ca, P, S, Mg Fe, F, Cu, I, Mn Zn, Co, Mo, Se, Cr y Si Na+, Cl+, K+

15. DISTRIBUCIÓN DEL HIERRO • HEMOBLOBINA 63% • MIOGLOBINA • CITOCROMOS • PROTEINAS Fe-S • CATALASAS Y PEROXIDASAS • FERRITINA Transporte de O2 Transporte de e- Eliminacion de EROS Almacenamiento

16. FUENTES NATURALES DE HIERRO • ALIMENTOS DE ORIGEN ANIMAL Y VEGETALES VERDES Y LEGUMBRES

17. Concepto de Oxidación y Reducción: Oxidaciones Biológicas

18. SOL FLUJO DEL MATERIA Y ENERGÍA EN LA BIÓSFERA AUTÓTROFOS FOTOSINTÉTICOS CO2, H2O O2 , GLÚCIDOS HETERÓTROFOS

19. GLÚCIDOS LÍPIDOS PROTEÍNAS DEGRADACIÓN POR OXIDACIÓN (Vía Glicolítica, Ciclo de Krebs) TRANSPORTADORES ELECTRÓNICOS REDUCIDOS (NADH, FADH2) TRANSPORTE ELECTRÓNICO MITOCONDRIAL Y FOSFORILACIÓN OXIDATIVA ADP O2 ATP H2O TRANSPORTADORES ELECTRÓNICOS OXIDADOS (NAD+, FAD)

20. Desde el punto de vista químico • OXIDACIÓN • Ganancia de oxígeno • Pérdida de electrones • Pérdida de hidrógeno • REDUCCIÓN • Pérdida de oxígeno • Ganancia de electrones • Ganancia de hidrógeno (en compuestos orgánicos) Este principio de OXIDO- REDUCCIÓN se aplica a los sistemas bioquímicos y es un concepto importante para la comprensión de la naturaleza de las oxidaciones biológicas. El uso principal del OXÍGENO es en la RESPIRACIÓN Y ESTE ES EL PROCESO POR EL CUAL LAS CÉLULAS OBTIENEN ENERGÍA EN FORMA DE ATP

21. OXIDACIÓN-REDUCCIÓN O2 + e- OXIDACIÓN - - H O2 - REDUCCIÓN e- + H +

22. EN LOS SISTEMAS REDOX LOS CAMBIOS DE ENERGÍA LIBRE PUEDEN EXPRESARSE EN TÉRMINOS DEL POTENCIAL DE OXIDACIÓN – REDUCCIÓN

23. 2 Na + Cl2 2 NaCl 2 Na 2 Na+ + 2 e- Cl2 + 2 e- 2 Cl- POTENCIAL DE REDUCCIÓN • POTENCIAL DE REDUCCIÓN (E) DE UN ELEMENTO, ION O COMPUESTO ES SU TENDENCIA A GANAR ELECTRONES FRENTE A OTRO ELEMENTO, ION O COMPUESTO REACCIÓN REDOX HEMIRREACCIONES Oxidación Reducción

24. CUPLA REDOX • La forma oxidada y reducida en cada hemirreacción constituyen un par o cupla redox Na+/Na , Cl/Cl- (Sentido de la reducción) E´o : Potencial de reducción Estándar: Se determina en comparación con el potencial de Hidrógeno = 0 A 25°C , concentración1M, pH 7 en sistemas biológicos. Signo positivo (+) : par redox con mayor tendencia que el hidrógeno a sufrir reducción Signo negativo (-): par redox con menor tendencia que el hidrógeno a sufrir reducción

25. Potenciales de reducción estándar 2 H+ + 2 e- → H2 -0.42 V NAD+ + H+ + 2 e- → NADH -0.32 V S + 2 H+ + 2 e- → H2S -0.23 V FAD + 2 H+ + 2 e- → FADH2 -0.22 V Acetaldehído + 2 H+ + 2 e- → etanol -0.20 V Piruvato + 2 H+ + 2 e- → lactato -0.19 V Cu+ → Cu2+ + e- -0.16 V Citocromo b (Fe3+) + e- → citocromo b (Fe2+) + 0.075 V Citocromo c1 (Fe3+) + e- → citocromo c1 (Fe2+) + 0.22 V Citocromo c (Fe3+) + e- → citocromo c (Fe2+) + 0.235 V Citocromo a (Fe3+) + e- → citocromo a (Fe2+) + 0.29 V Fe3+ + e- → Fe2+ + 0.77 V ½ O2 + 2 H+ + 2 e- → H2O + 0.82 V

26. EN LOS SISTEMAS BIOLÓGICOS • LAS ENZIMAS QUE INTERVIENEN EN LOS PROCESOS REDOX SE DENOMINAN • OXIDORREDUCTASAS

27. OXIDORREDUCTASAS Catalizan reacciones de óxido- reducción Ared + Box Aox + Bred A : es el reductor o dador electrónico; en el curso de la reacción se oxida (pierde electrones) B : es el oxidante o aceptor electrónico; en el curso de la reacción se reduce (gana electrones) En las reacciones redox, siempre tienen que estar presentes a la vez el aceptor y el dador electrónico

28. 1.- Transferencia de 1 e-: Fe +++ Fe++ 2.- Transferencia de un átomo de hidrógeno (H+ + e-): AH2 + B A + BH2 4.- Transferencia de e- desde un reductor orgánico al oxígeno: R-CH3 + ½ O2 RCH2-OH DISTINTAS FORMAS EN QUE SE TRANSFIEREN ELECTRONES EN LA CELULA 3.- Transferencia de un ion Hidruro (:H-) porta 2 e- AH2 + NAD+ → A + NADH + H+

29. Representación esquemática de una oxidación biológica A (OX) BH2 (RED) Sustrato H2 C (OX) H2O AH2 (RED) B (OX) CH2 (RED) Sox ½ O2 E E Energía E O2 S Escala de Potencial de Reducción E´o(-) E´o(+)

30. Flujo de electrones en las oxido-reducciones biológicas

31. OXIDORREDUCTASAS (DESHIDROGENASAS) • Deshidrogenasas ligadas a NAD ó nicotinamídicas (en la matriz mitocondrial) • Deshidrogenasas ligadas a FAD ó flavínicas H- AH2 + NAD+A + NADH + H+ AH2 + FAD (FMN) A + FADH2 (FMNH2) e- + H+

32. LA MITOCONDRIA FÁBRICA DE ENERGÍA CELULARES EL SITIO DONDE TIENEN LUGAR EL TRANSPORTE ELECTRÓNICO Y LA FOSFORILACIÓN OXIDATIVA

33. ¿En qué sitio celular ocurre la Cadena Respiratoria? MITOCONDRIA Microfotografía electrónica Esquema

34. Anatomía bioquímica de la Mitocondria Lehninger A. L., 4ª Edic. 2007

35. CADENA DE TRANSPORTE ELECTRÓNICO • Cadena Respiratoria o Cadena de Transporte Electrónico: Grupos de moléculas aceptores de hidrógeno y/o e- (H y e- : “Equivalentes de Reducción”) dispuestos en la membrana mitocondrial interna. • Los componentes actúan secuencialmente en orden creciente según sus potenciales de reducción. • Reciben equivalentes de reducción de NADH Y FADH2 producidos en la matriz. • La energía que se libera durante la transferencia electrónica está acoplada a varios procesos endergónicos entre los que se destaca la • síntesis de ATP.

36. La Cadena de Transporte de Electrones comprende dos procesos: 1.- Los electrones son transportados a lo largo de la membrana, de un complejo de proteínas transportadoras a otro. 2. Los protones son translocados a través de la membrana, desde el interior o matriz hacia el espacio intermembrana de la mitocondria. Esto determina la formación de un gradiente de protones. El oxígeno es el aceptor terminal del electrón, combinándose con electrones e iones H+ para producir agua.

37. COMPONENTES DE LA CADENA DE TRANSPORTE ELECTRONICO • FLAVOPROTEINAS: FMN o FAD: Transportan 2 e- y 2 H+ • PROTEINAS FERROSULFURADAS: transportan e- (Fe+++ Fe++) • COENZIMA Q o UBIQUINONA: Quinonaisoprenoideno proteica. Transporta 1 e- y libera 2 H+. • CITOCROMOS b, c, c1, a, a3: Proteínas que contienen un grupohemo. Transportan 1 e-

38. Componentes de la Cadena de transporte electrónico Complejo enzimáticoGrupos prostéticos Complejo I (NADH deshidrogenasa) FMN, FeS Complejo II(succinato deshidrogenasa) FAD,FeS Complejo III (citocromo bc1) Hemo, FeS Citocromo c Hemo Complejo IV (citocromo oxidasa) Hemo, Cu

40. e- NAD+ III Fe Fe Fe-S Fe FAD Coenzima Q NADH FMN I II Fe-S Fe-S Fe Fe/Cu IV Fe/Cu O2 Fumarato Complejo II SUCCINATO DESHIDROGENASA Complejo II SUCCINATO DESHIDROGENASA Succinato Cit.c Complejo I NAD UBIQUINONA REDUCTASA Complejo I NAD UBIQUINONA REDUCTASA Complejo I NAD UBIQUINONA REDUCTASA Complejo I NAD UBIQUINONA REDUCTASA Cit.b /Centro Fe-S/ Cit c1 Cit.a Cit a3 Complejo III CITOCROMO C –COENZIMA Q OXIDO REDUCTASA Complejo III CITOCROMO C –COENZIMA Q OXIDO REDUCTASA Complejo III CITOCROMO C –COENZIMA Q OXIDO REDUCTASA Complejo III CITOCROMO C –COENZIMA Q OXIDO REDUCTASA Complejo IV CITOCROMO OXIDASA Complejo IV CITOCROMO OXIDASA Complejo IV CITOCROMO OXIDASA

41. CICLO DE KREBS Reacciones que proveen de NADH a la cadena respiratoria • Piruvato deshidrogenasa • Isocitrato deshidrogenasa • Malato deshidrogenasa • a-cetoglutarato deshidrogenasa CR Sustrato + NAD+ Producto + NADH + H

42. REACCIONES DEL COMPLEJO I NADH + H+ NAD+ + 2 e- + H+ (Eo= - 0,32 V) FMN + 2 e- + 2 H+ FMNH2 (Eo= - 0,22 V) NADH + H+ + FMN → FMNH2 + NAD+

43. Camino de los equivalentes de reducción en el Complejo I

44. COMPLEJO II • Succinato-coenzima Q oxidorreductasa • Coenzima: FAD • Proteínas ferrosulfuradas • Transfiere equivalentes de reducción desde succinato a la coenzima Q Succinato + E-FAD Fumarato + E-FADH2 E-FADH2 + Prot-Fe+++ E-FAD + Prot-Fe++ Prot-Fe++ + CoQ Prot-Fe+++ + CoQH2

45. Complejo IV Complejo III CAMINO DE LOS ELECTRONES desde el COMPLEJO III al O2 ½ O2 + H+ CoQH2 Fe+++ Fe++ Fe+++ Fe++ Fe+++ Fe++ Cit. b566 Cit. b562 Cit. c1 Cit. c Cit. a.a3 Fe-S CoQ H2O Fe++ Fe+++ Fe++ Fe+++ Fe++ Fe+++

46. Cadena de Transporte de Electrones. Feduchi, Blasco, Romero, Yañez. Bioquímica. 1° Edición

47. Gracias!..... Seguimos en la próxima clase…..

48. BIBLIOGRAFIA • “Nutrición”-Texto y Atlas –Autores: Biesalski.Grimm- Ed. Panamericana-Año 2007 • “Química Biológica”- Autor: Antonio blanco- Editorial El Ateneo-Reimpresión 8° edic.-2007 • “Lo Esencial en metabolismo y Nutrición”-Cursos Crash de Mosby- Autor: Sarah Benyon-Ed. Harcourt Brace- 1°Ed. 1998