3.3 Radicales libres.

Los radicales libres son átomos o grupos de átomos que tienen un electrón(e-) desapareado en capacidad de aparearse, por lo que son muy reactivos.
Estos radicales recorren nuestro organismo intentando robar un electrón de las moléculas estables, con el fin de alcanzar su estabilidad electroquímica.
Una vez que el radical libre ha conseguido robar el electrón que necesita para aparear su electrón libre, la molécula estable que se lo cede se convierte a su vez en un radical libre, por quedar con un electrón desapareado, iniciándose así una verdadera reacción en cadena que destruye nuestras células. La vida biológica media del radical libre es de microsegundos; pero tiene la capacidad de reaccionar con todo lo que esté a su alrededor provocando un gran daño a las moléculas y a las membranas celulares. Los radicales libres no son intrínsecamente malos. De hecho, nuestro propio cuerpo los fabrica en cantidades moderadas para luchar contra bacterias y virus. Los radicales libres producidos por el cuerpo para llevar a cabo determinadas funciones son neutralizados fácilmente por nuestro propio sistema. Con este fin, nuestro cuerpo produce unas enzimas (como la catalasa o la dismutasa) que son las encargadas de neutralizarlos. Estas enzimas tienen la capacidad de desarmar los radicales libres sin desestabilizar su propio estado.

Las reacciones químicas de los radicales libres se dan constantemente en las células de nuestro cuerpo y son necesarias para la salud. Pero, el proceso debe ser controlado con una adecuada protección antioxidante. Un antioxidante es una sustancia capaz de neutralizar la acción oxidante de los radicales libres, liberando electrones en nuestra sangre que son captados por los radicales libres convirtiéndose en moléculas inestables.

Las células de nuestro cuerpo requieren oxígeno para funcionar. De hecho nuestro metabolismo, es decir la suma de los procesos químicos de nuestro cuerpo relacionados con la utilización del alimento, está fundamentado sobre las propiedades químicas del oxígeno. Los físicos han identificado una propiedad en las partículas que componen los átomos a la que denominan rotación. Por lo general cada electrón en un átomo forma pareja con otro de rotación contraria. En el caso del oxígeno esto no sucede, ya que dicho elemento posee dos electrones sin su correspondiente pareja. Este hecho convierte al oxígeno en un elemento altamente reactivo. Un átomo de oxígeno siempre está a la búsqueda de otro átomo con el cual aparear o intercambiar electrones. Esta es precisamente la característica que hace a los átomos de oxígeno esenciales para la vida ya que gran parte de las reacciones químicas de nuestro cuerpo requieren la transferencia de electrones.

Sin embargo, esta misma característica, además de hacer del oxígeno esencial a la vida lo convierte en un elemento altamente tóxico y peligroso. En el proceso de reaccionar con otros átomos y moléculas el oxígeno se transforma en una amplia variedad de sustancias conocidas como oxidantes, entre las cuales se encuentran los radicales libres. Los radicales libres cumplen numerosas funciones útiles en el organismo pero también tienen el potencial de dañar nuestras células y el material genético allí contenido.

Además del metabolismo celular, existen otras fuentes de radicales libres tales como: los rayos ultravioletas del sol, los escapes de los automóviles, la contaminación ambiental y el humo del cigarrillo. En adición, nuestro propio cuerpo produce radicales libres con propósitos específicos. Uno de estos es el de protegernos contra agentes externos. Un ejemplo es el de las células blancas del sistema inmunológico conocidas como neutrófilos y macrófagos. Estas células utilizan grandes cantidades de oxígeno con el cual producen radicales libres que se unen con las bacterias o virus invasores, matándolos.

Por otra parte, los radicales libres también se unen a varias sustancias químicas del cuerpo, entre las que se encuentra el ADN, provocando daños en las mismas. Se estima que el ADN de cada célula es golpeado unas 10,000 veces cada día por radicales libres. Nuestro cuerpo posee una serie de mecanismos biológicos para desactivar estos radicales libres y otros destinados a reparar el daño causado por estos. Sin embargo con el paso de los años se van acumulando daños que no pudieron ser reparados debido a ineficiencias del sistema. Los mecanismos de reparación de daños también van disminuyendo en efectividad con lo cual la acumulación de daños se acelera. Eventualmente los daños que se producen superan por mucho la capacidad de reparación del organismo. El resultado de todo esto es que nuestro cuerpo se torna menos funcional al igual que más débil y vulnerable ante las enfermedades. El primer paso en esta dirección parece ser la creación de radicales libres a una velocidad y en una cantidad que supera la capacidad del cuerpo para liberarse de ellos. A esta condición se le conoce como estrés oxidativo. Se ha estimado que el estrés oxidativo contribuye al desarrollo de más de sesenta enfermedades degenerativas tales como: artritis, cataratas, cáncer, condiciones cardíacas, problemas del sistema inmunológico y del sistema nervioso.

Radicales libres de importancia para la célula.

De auerdo con el tipo de átomo del cual proviene, los radicales libres se clasifican en especies reactivas de oxígeno y especies reactivas del nitrógeno, a su veez cada una de ellas presenta varios tipos de radicales libres o pro-radicales libres.

http://www.lukor.com/ciencia/radicales_libres.htm
http://www.saludparati.com/radicaleslibres.htm
http://redalyc.uaemex.mx/redalyc/pdf/579/57937409.pdf
http://images.google.com.mx/imgres?imgurl=http://1.bp.blogspot.com/_PsKaduqvos0/SwxDsepd7CI/AAAAAAAAAZs/Z-6VGOxxFWI/s1600/mitocondria%2BROS.jpg&imgrefurl=http://biomedicinaregenerativa.blogspot.com/2009/11/regulacion-positiva-de-la-funcion.html&usg=__JGo832FLA0g_A69YgXghxGNOfq0=&h=364&w=650&sz=80&hl=es&start=15&sig2=vh-V4twG0IuCcKvb0Hjc7Q&um=1&itbs=1&tbnid=vohsvpvcZTIt2M:&tbnh=77&tbnw=137&prev=/images%3Fq%3Daccion%2Bde%2Blos%2Bradicales%2Blibres%26hl%3Des%26safe%3Dactive%26sa%3DN%26um%3D1&ei=tMN9S_2-H-CGlgehld29AQ

3.2 Potencial redox.

El potencial redox es una medida de la actividad de los electrones. Está relacionado con el pH y con el contenido de oxígeno. Es análogo al pH ya que el pH mide la actividad de protones y el potencial redox mide la de los electrones.

El potencial redox se calcula como:

Eh = 1, 234 - 0,058 pH + 0,0145 log (10) Po.

siendo Po la presión parcial de oxígeno expresada en atmósferas.

POTENCIAL REDOX
Dentro de una reacción redox siempre existe una sustancia que se oxida y otra que se reduce, lo que implica una transferencia de electrones entre las mismas. La reacción
redox va acompañada por un intercambio de energía química, ya sea que se libere o que se almacene en los compuestos químicos implicados en el proceso.


http://www.journal.lapen.org.mx/sep08/LAJPE_175%20Albarran_F.pdf
http://www.cienciaybiologia.com/ecologia/redox.htm

3.1 Oxidación y reducción.

Fotosíntesis


REACCIONES DE OXIDO – REDUCCION

Las reacciones de óxido – reducción o REDOX son aquellas donde está involucrado un cambio en el número de electrones asociado a un átomo determinado, cuando este átomo o el compuesto del cual forma parte se transforma desde un estado inicial a otro final.

Cada vez que utilizamos un motor, una lámpara eléctrica o calórica o una bujía para encender la gasolina en una máquina de combustión interna, utilizamos el flujo de electrones para realizar trabajo. En el circuito que enciende un motor, la fuente de electrones es la batería que contiene dos especies químicas con diferente afinidad por los electrones. Los cables proveen del camino para el flujo de los electrones desde las especies en un polo de la batería, a través del motor a las especies químicas en el otro polo de la batería.

Las células poseen un circuito biológico análogo al motor, con compuestos relativamente reducidos como la glucosa como fuente de electrones. Como la glucosa es oxidada enzimáticamente, el flujo de electrones migra espontáneamente a través de una serie de intermediarios acarreadores de electrones a otras especies como el O2. este flujo de electrones es exergónico porque el O2 posee una elevada afinidad por los electrones comparada con los intermediarios acarreadores de electrones. La FEM resultante provee de energía a una variedad de transductores moléculaeculares de energía (enzimas y otras proteínas) que hacen trabajo biológico. En la mitocondria, por ejemplo, existen enzimas membranales que acoplan el flujo de electrones a la producción de una diferencia transmembranal de pH, lo cual es acompañando por trabajo osmótico y eléctrico. El gradiente de protones es energía potencial, a menudo denominada fuerza protón-motriz por analogía con la FEM. Por otra parte la enzima ATPsintasa ubicada en la membrana interna mitocondrial, utiliza esta fuerza protón-motriz para hacer trabajo químico, es decir, la síntesis de ATP a partir de ADP y Pi a medida que los protones migran espontáneamente a través de la membrana.


http://www.mitecnologico.com/Main/ReaccionesDeOxidoReduccion
http://laguna.fmedic.unam.mx/~evazquez/0403/reacciones%20redox.html
http://images.google.com.mx/imgres?imgurl=http://bp0.blogger.com/_nYuxqpFpBsI/R09LKr0JqCI/AAAAAAAAACA/JYY_5AnE7MI/s320/fases.jpg&imgrefurl=http://lenabiologia.blogspot.com/2007/11/procesos-de-la-fotosintesis.html&usg=__SoQaB-diTxXhHapn3iZXwWjrcXY=&h=248&w=227&sz=29&hl=es&start=17&sig2=0qCf7e6op90a2ZWrlFcvDA&um=1&itbs=1&tbnid=5K9UMFMYLz7NuM:&tbnh=111&tbnw=102&prev=/images%3Fq%3Dreacciones%2Boxido-reduccion%26hl%3Des%26safe%3Dactive%26sa%3DN%26um%3D1&ei=g_95S_CBEdKUtgf9vMXvCQ

3. REACCIONES OXIDO-REDOX

3.1 Oxidación y reducción.
3.2 Potencial redox.
3.3 Radicales libres.

2.6 NADH y FADH2 como fuentes de poder reductor.

Fosforilación oxidativa

En el metabolismo de la glucosa y del ciclo del ácido tricarboxilico, la oxidación de los intermediarios metabólicos esta ligada a la reducción de un número limitado de cofactores (NAD+, NADP+, FAD)a sus correspondientes formas reducidas (NADH, NADPH, FADH2). El poder reductor de estas formas se logra mediante una secuencia de reacciones complejas que en los sistemas aeróbicos estan asociadas a la reducción del oxigeno atmosférico. Durante esta secuencia el ATP se genera a partir de ADP y fosfato inorgánico Pi.

La producción de energía en forma de ATP, por mol de glucosa o por el piruvato que se origina por las reacciones de los ácidos tricarboxilicos se pueden resumir en:

Produción de ATP a partir de glucosa, de acuerdo a las siguientes reacciones:

Glucosa + 2 NAD+ + 2 H2PO4------------2 piruvato + 2 NADH + 2 ATP
Piruvato + CoA + NAD+ ------------------Acetil CoA +NADH + CO2
Acetil CoA + 3 NAD+ +FAD +ADP------2 CO2 + CoA + 3 NADH + FADH2 + ATP

A partir de cada mol de NADH se producen 3 moles de ATP y a partir de cada mol de FADH2 se producen 2 moles de ATP.

En condiciones anaerobias todo el NADH y el piruvato deben sin oxidación neta y la producción máxima de ATP son dos moles por mol de hexosa (fosforilación a nivel sustrato).

Hay dos teorias que explican esta producción.

1. La hipótesis quimiosmótica desarrollada por MItchell durante los pasados 20 años.
2. La hipótesis que supone que los transportadores de la cadena de electrones interaccionan con un intermediario hipotético; estos intermediarios se denominan factores de acoplamiento.

Gallego D, et al, introducción a la ingeniería bioquimíca, universidad nacional de colombia, disponible en: http://books.google.com.mx/books?id=O7Agojvd9PIC&printsec=frontcover&source=gbs_v2_summary_r&cad=0#v=onepage&q=&f=false

http://images.google.com.mx/imgres?imgurl=https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEj86GWjmNAPfFjU310GwS2-V8cAk0hmBw5vqGWUmtadr0d2X3C6qvpaDR7JSj5gr3-s7RNkVcHrwy8M3aKQWbQ2IW8C7xcIV0WiyQE7pMzU0mHx7Y9eC1FGVbQ0MRvcNw74FC8gLQZNvhLc/s320/fosforilacion+oxidativa.jpg&imgrefurl=http://lucero-bioqumica.blogspot.com/&usg=__MoBzU7-akf5v4Rak8rpe1dRsdSc=&h=257&w=320&sz=26&hl=es&start=7&um=1&itbs=1&tbnid=5qIwXtGnGysdcM:&tbnh=95&tbnw=118&prev=/images%3Fq%3Dpoder%2Breductor%2Bde%2BNADH%2By%2BFADH2%26hl%3Des%26safe%3Dactive%26sa%3DN%26um%3D1

2.5 Hidrólisis de ATP acoplada a las reacciones bioquímicas no espontáneas.

En células vivas, las reacciones químicas que liberan energía son generalmente los involucrados en el catabolismo, el desglose de los complejos compuestos orgánicos en otros más sencillos. Estas reacciones se denominan catabólico, o de degradación, las reacciones. Sin embargo, la energía que requieren las reacciones son en su mayoría participan en el anabolismo, el edificio del complejo de moléculas orgánicas de otras más sencillas. Estas reacciones son llamados anabólicos, o de biosíntesis, las reacciones. anabólicos procesos implican a menudo la síntesis de la deshidratación reacciones (reacciones que el agua de liberación) y requieren de energía para formar enlaces químicos nuevos. Ejemplos de los procesos anabólicos son la formación de proteínas a partir de aminoácidos, ácidos nucleicos a partir de nucleótidos, y los polisacáridos de azúcar simple... Un ejemplo de catabolismo se produce cuando las células se rompen transforma los azúcares en dióxido de carbono y agua. reacciones catabólicas suministrar la energía necesaria para conducir las reacciones anabólicas. El acoplamiento de la energía que requiere y la energía liberadora de reacciones es posible gracias a la molécula trifosfato de adenosina (ATP). reservas de ATP la energía derivada de reacciones catabólicas y comunicados posteriormente a la unidad reacciones anabólicas y realizar un trabajo de otros celulares (es decir, el ATP es la moneda dentro de las células)... Por lo tanto, reacciones anabólicas están acopladas a la ruptura de ATP y reacciones catabólicas se acopla a la síntesis de ATP... Es importante Entiendo que las vías metabólicas una célula están determinadas por sus enzimas, que son a su vez determinada por la composición genética de la célula.

mansfield.osu.edu/~sabedon/biol1020.htm
www.rpi.edu/dept/bcbp/molbiochem/MBWeb/mb1/part2/3-energy.ppt

2.4 Hidrólisis de ATP y energía libre.

Hidrólisis del ATP es la reacción por la cual la energía química que se ha almacenado y se ha transportado en enlaces phosphoanhydridic de gran energía en ATP (Trifosfato de adenosina) se lanza, por ejemplo en los músculos, el producto del trabajo. El producto es ADP (Difosfato de adenosina) y fosfato inorgánico, orthophosphate (pi). El ADP se puede hidrolizar más a fondo para dar energía, Amperio (Monofosfato de adenosina), y otro organofosfato (pi). La hidrólisis del ATP es el acoplamiento final entre la energía derivada del alimento o de la luz del sol y el trabajo útil tal como contracción del músculo, el establecimiento de los gradientes del ion a través de las membranas, y procesos biosintéticos necesarios para mantener vida.

Hidrólisis de fosfato los grupos en el ATP es especialmente exergonico, porque el grupo del orthophosphate que resulta es estabilizado grandemente por múltiplo estructuras de la resonancia, haciendo los productos (ADP y Pi) baje mucho en energía que el reactivo (ATP). La alta densidad de la carga negativa asociada a las tres unidades adyacentes del fosfato del ATP también desestabiliza la molécula, haciéndolo más alto en energía. La hidrólisis releva alguno de estas repulsiones electrostáticas también, liberando energía útil en el proceso.

La hidrólisis del enlace phosphoanhydridic terminal es un proceso altamente exergonic, produciendo -30.5 kJ mol-1 energía. Esta reacción se puede entonces juntar con reacciones termodinámico desfavorables para dar una negativa total (espontánea) ΔG para la secuencia de la reacción. El valor real de ΔG para la hidrólisis del ATP varía, sobre todo dependiendo del magnesio2+ la concentración, y bajo condiciones physiologic normales está realmente más cercano a -50 kJ mol-1.

En seres humanos, el aproximadamente 60% de la energía lanzaron de la hidrólisis de una topo del ATP produce calor metabólico más bien que aprovisiona de combustible ocurrir real de las reacciones.


http://worldlingo.com/ma/enwiki/es/ATP_hydrolysis
http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen3/ciencia3/143/htm/sec_8.htm
http://www.forest.ula.ve/~rubenhg/atp/
http://images.google.com.mx/imgres?imgurl=http://perso.wanadoo.es/sancayetano2000/biologia/images/Transportea.gif&imgrefurl=http://perso.wanadoo.es/sancayetano2000/biologia/apu/tema2_4.htm&usg=__aa7U6IuDxOYZ5g0VRiwQvnQZ6yk=&h=338&w=442&sz=9&hl=es&start=6&sig2=aozTBlwRtw9LLOCrIDAq_Q&um=1&itbs=1&tbnid=9iffYj5K7QT7CM:&tbnh=97&tbnw=127&prev=/images%3Fq%3DHidr%25C3%25B3lisis%2Bde%2BATP%26hl%3Des%26safe%3Dactive%26sa%3DN%26um%3D1&ei=YbN0S9LRIaSltgf2vM38CQ

2.3 Potenciales de transferencia de fosfato

Síntesis de ATP a partir del NADH o el FADH2

El transporte de electrones y la síntesis de ATP se acoplan mediante un gradiente protónico a través de la membrana mitocondrial. Según el modelo, la secuencia en la transferencia de electrones del NADH o del FADH2 al oxígeno, da lugar a un bombardeo de protones hacia el espacio intermembranoso de la membrana mitocondrial interna
Los protones son bombardeados fuera de la matriz por tres complejos de transferencia de electrones; cada uno de ellos asociado con determinadas etapas del sistema de transporte de electrones.
Esto crea una diferencia en la concentración de protones entre la matriz y el espacio intermembranoso, lo que representa una energía potencial.
La membrana mitocondrial interna es impermeable al paso de protones, los cuales pueden desplazarse, de regreso a la matriz mitocondrial, sólo a través de canales especiales en la membrana.
Estos canales se encuentran en la ATP sintetasa, también llamada complejo:
F 0 - F1.
La ATP sintetasa forma complejos, llamados crestas respiratorias los cuales se proyectan hacia adentro y fuera de la membrana mitocondrial.
A medida que los protones se desplazan a favor de un gradiente eléctrico la ATP sintetasa utiliza la energía liberada a fin de producir ATP.
La ATP sintetasa actúa como una turbina, convirtiendo una forma de energía en otra.
El gradiente protónico a través de la membrana mitocondrial interna acopla la fosforilación con la oxidación
En el proceso de fosforilación oxidativa, la energía del potencial de transferencia de electrones del NAH (es decir, la capacidad de transferir electrones a otro compuesto) se convierte en energía potencial de transferencia de fosfatos del ATP (capacidad del ATP de transferir grupos fosfato a otros compuestos)
El potencial de transferencia de electrones de un compuesto se refleja en su potencial redox, que se expresa en volts.

http://www.bioapuntes.cl/apuntes/respcel.htm
http://images.google.com.mx/imgres?imgurl=http://www.educa.madrid.org/web/cc.nsdelasabiduria.madrid/Ejercicios/2b/Biologia/Metabolismo/fosforilacion.jpg&imgrefurl=http://www.educa.madrid.org/web/cc.nsdelasabiduria.madrid/Ejercicios/2b/Biologia/Metabolismo/fosforilacion.htm&usg=__e9kw1_eqBYv0cSFnI7oB5rzCuTY=&h=345&w=450&sz=46&hl=es&start=2&sig2=BzOudvRMo1nVYB_l_JWWFw&um=1&itbs=1&tbnid=mzg6oMcv_nqZzM:&tbnh=97&tbnw=127&prev=/images%3Fq%3Ds%25C3%25ADntesis%2Bde%2BATP%26hl%3Des%26safe%3Dactive%26sa%3DN%26um%3D1&ei=ULB0S66yHoGXtgeL1oCCCg

2.2 Estructura del ATP: inestabilidad y formación de híbridos de resonancia.

La adenosina trifosfato (abreviado ATP, y también llamada adenosín-5'-trifosfato o trifosfato de adenosina) es una molécula utilizada por todos los organismos vivos para proporcionar energía en las reacciones químicas. También es el precursor de una serie de coenzimas esenciales como el NAD+ o la coenzima A. El ATP es uno de los cuatro monómeros utilizados en la síntesis de ARN celular. Además, es una coenzima de transferencia de grupos fosfato que se enlaza de manera no-covalente a las enzimas quinasas (co-sustrato).

El ATP es un nucleótido trifosfato que se compone de adenosina (adenina y ribosa, como β-D-ribofuranosa) y tres grupos fosfato. Su fórmula molecular es C10H16N5O13P3. La estructura de la molécula consiste en una base purina (adenina) enlazada al átomo de carbono 1' de un azúcar pentosa. Los tres grupos fosfato se enlazan al átomo de carbono 5' de la pentosa. Los grupos fosforilo, comenzando con el grupo más cercano a la ribosa, se conocen como fosfatos alfa (α), beta (β) y gamma (γ).

El ATP es inestable porque hace 3 grupos negativamente cargados del fosfato conectados juntos secuencialmente. Las cargas negativas están empujando constantemente lejos de si mismos.


http://www.coenzima.com/adenosina_trifosfato_atp

2.1 El ATP como fuente de energía libre en los sistemas biológicos.

ATP





En los sístemas biologicos, el ATP se utiliza como el principal dador inmediato de energía libre, no como una forma de almacenamiento a largo plazo de la energía libre. En una célula típica, cada molecula de ATP se consume dentro del minuto siguiente a su formación, aunque la cantidad en el organismo está límitada a unos 100 grs. el recambio de esta pequeña cantidad de ATP es muy elevado.

Por ejemplo: un ser humano en reposo consume unos 40 kg de ATP en 24 hrs, mientras que durante un ejercicio intenso, la tasa de utilización puede alcanzar los 0.5 kg/minuto. Durante una carrera de 2 hrs, se utilizan unos 6o kg de ATP, por lo cual es muy evidentemente disponer de mecanismos para regenerarlo, El movimiento, el transporte activo, la amplificación de señales y la biosíntesis solo pueden producirse si el ATP se regenera continuamente a partir de ADP.

Una de la principáles funciones de del catabolismo es la regeneración del ATP partir de glucosa y grasa, la energía que se produce por este mecanismo, la energía liberada se utiliza para generar el ATP a partir de ADP y Pi.

La energía de los alimentos, se extren en tres etapas:

1. Las grandes moléculas de los alimentos se fragmentan hasta unidades más pequeñas.
2. Las estás numerosas moléculas pequeñas se degradan hasta unas pocas unidades simples que desempeñan un papel central en el metabolismo.
3. Se produce ATP a partir de la oxidación completa del fragmento acetílo del acetil-CoA.


Berg J. et al, Bioquímica, editorial Reverté, españa 2008,p. 417-426

2. ATP

2.1 El ATP como fuente de energía libre en los sistemas biologicos.
2.2 Estructura del ATP: inestabilidad y formación de híbridos de resonancia.
2.3 Potenciales de transferencia de fosfato.
2.4 Hidrólisis de ATP y energía libre.
2.5 Hidrólisis de ATP acopladas a las reacciones bioquímicas no espontáneas.
2.6 NADH y FADH2 como fuentes de poder reductor.