ENFERMEDADES MITOCONDRIALES
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ENFERMEDAD PERIODONTAL
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ENFERMEDAD DE WILSON
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MECANISMOS DE LESIÓN CELULAR
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IMPORTANCIA DE LA ENERGÍA EN EL ESTADO DE CHOQUE Y SEPSIS
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sábado, 9 de abril de 2011
Eficiencia y metabolismo mitocondrial
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Valoración del estrés oxidativo en pacientes con síndrome metabólico
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martes, 5 de abril de 2011
Cuestionario
1.-Que es termodinamica?
se define la Energía como la capacidad de producir trabajo. Más ajustadamente debemos decir que la energía se relaciona con la capacidad de producir trabajo, lo cual prefigura un concepto más amplio y adecuado. Con este concepto presente podemos decir que la Termodinámica es el estudio de las transformaciones e intercambios de la energía. Todas las formas de energía tienden en última instancia a pasar a calor.
2.-¿Qué es la reacción de oxido-reduccion?
Un gran número de reacciones químicas transcurre con la pérdida formal de electrones de un átomo y la ganancia de ellos por otro. La ganancia de electrones recibe el nombre de reducción y la pérdida de electrones oxidación. El proceso global se denomina oxido-reducción o reacción redox. La especie que suministra electrones es el agente reductor (especie que se oxida) y la que los gana es el agente oxidante (especie que se reduce).
3. ¿Qué debe de existir para que se dé una reacción redox?
El agente reductor es aquel elemento químico que suministra electrones su estructura química al medio, aumentando su estado de oxidación, es decir, se oxida.
El agente oxidante es el elemento químico que tiende a captar esos electrones, quedando con un estado de oxidación inferior al que tenía, es decir, reducido.
3. ¿Qué son los radicales libres?
Los radicales libres pueden formarse cuando se forman los enlaces covalentes, de tal forma que cada porción se queda con una mitad de los electrones compartidos; también se genera cuando un átomo o molécula acepte un solo electrón transferido durante una reacción de oxido-reducción.
Los radicales libres son en extremo reactivos y pueden alterar de manera química muchos tipos de moléculas, entre ellas proteínas, lípidos y ácidos nucleicos. La formación de radicales hidroxilo tal vez sea una de las razones principales de que la luz solar sea tan nociva para la piel.
4. ¿Qué es el ATP?
El adenosín trifosfato (ATP), es la moneda energética de los seres vivos. Para poder ser sintetizado, los organismos requieren oxidar los sustratos energéticos de la dieta, las proteínas, las grasas y los carbohidratos.
5. ¿Por qué el ATP es muy importante en los sistemas vivos?
Las células requieren un continuo suministro de energía. Esta es necesaria para la síntesis de moléculas complejas, la ejecución de trabajo mecánico y el transporte de sustancias a través de las membranas. La energía es transferida desde las reacciones químicas que la acumulan a las que la consumen, mediante una molécula especial, el ATP. En las células, la energía que recibe o cede el ATP es la contenida en el enlace entre su último fosfato y el resto de la molécula. El enlace se forma durante la síntesis de ATP: incorporan así energía, la que se cede cuando el enlace se escinde.
6. ¿Qué es la fosforilación oxidativa?
La fosforilación oxidativa es la transferencia de electrones de los equivalentes reducidos NADH, NADPH, FADH, obtenidos en la glucólisis y en el ciclo de Krebs hasta el oxígeno molecular, acoplado con la síntesis de ATP. Este proceso metabólico está formado por un conjunto de enzimas complejas que catalizan varias reacciones de óxido-reducción, donde el oxígeno es el aceptor final de electrones y donde se forma finalmente agua.
7. ¿Qué es la cadena de transporte de electrones?
La cadena de transporte de electrones es una serie de transportadores de electrones que se encuentran en la membrana plasmática de bacterias. En la membrana interna mitocondrial o en las membranas tilacoidales, que median reacciones bioquímicas producen adenosina trifosfato (ATP), que es el compuesto energético que utilizan los seres vivos.
8. ¿Cuáles son los tipos de venenos que pueden afectar a la cadena respiratoria?
Inhibidores de la cadena que bloquean la cadena respiratoria
Inhibidores de la fosforilación oxidativa
Venenos que hacen permeable la membrana mitocondrial interna a los protones
Inhibidores de transporte (atractalósido) que previenen ya sea la salida del ATP o la entrada de material combustible a través de la membrana mitocondrial interna
Ionósforos (valinomicina, nigericina)
Inhibidores del ciclo de Krebs (arsénico)
9.-¿Qué es el ATP?
El intermediario, rico en energía, más común y universal del metabolismo celular es el nucleótido adenosin trifosfato (ATP), que puede ceder su grupo fosfato terminal, de elevado contenido energético, aun gran numero de moléculas orgánicas aceptores (azucares, aminoácidos y nucleótidos). La reacción de fosforilación aumenta el nivel de energía libre de la molécula aceptora, permitiendo que interaccionen exergo nicamente en reacciones bioquímicas catalizadas por enzimas.
La molécula de ATP consta de un grupo adenosin, formado por la base pirimidina adenina y el residuo carbohidratado de cinco carbonos ribosa, y de tres grupos fosfato unido. La mayor parte de la energía libre de la molécula reside en la repulsión electrostática mutua de las tres unidades de fosfato, por sus átomos de fosforo cargados positivamente y sus átomos de oxigeno cargados negativamente.
10.- ¿Cuál es su estructura y propiedades?
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).La masa molecular del ATP es de 507,181 g/mol y su acidez es de 6.5. Es una molécula inestable y tiende a ser hidrolizada en el agua. Si el ATP y el ADP se encuentran en equilibrio químico, casi todos los ATP se convertirán a ADP. Este desplazamiento del equilibrio significa que la hidrólisis de ATP en la célula libera una gran cantidad de energía.
11.-¿Por qué el ATP es muy importante en los sistemas vivos?
Las células requieren un continuo suministro de energía. Esta es necesaria para la síntesis de moléculas complejas, la ejecución de trabajo mecánico y el transporte de sustancias a través de sus membranas. La energía es transferida desde las reacciones químicas que la acumulan a las que las consumen, mediante una molécula especial, el ATP. En las células, la energía que recibe o cede el ATP es la contenida en el enlace entre su último fosfato y el resto de la molécula. El enlace se forma durante la síntesis de ATP: incorporan así energía, la que se cede cuando el enlace se escinde.
12.-¿Qué es la bioenergética?
Es el análisis cuantitativo de la forma en que los organismos adquieren y utilizan la energía, la bioenergética puede considerase una parte especial de la ciencia de las transformaciones energéticas denominada termodinámica.
13.-¿Qué es un sistema termodinámico?
Un sistema termodinámico, es la parte del universo que elegimos para el estudio, tal como un recipiente de reacción, un organismo, una única célula bacteriana, el resto del universo se considera como el entorno, este debe tener unos límites definidos.
14-¿Qué sucede en la fosforilación oxidativa?
La mayor parte del ATP producido en las células es por un mecanismo de membrana en la mitocondria y en el cloroplasto. Consiste en dos fases interrelacionadas, que se realizan por complejos proteicos embebidos en la membrana.
Fase 1: los electrones (derivados del NADH y del FADH2) son transferidos a lo largo de una serie de transportadores de electrones –denominados cadena de transporte de electrones- integrados en la membrana. Estas transferencias de electrones liberan energía que es utilizada para bombear protones (H+ derivados del agua) a través de la membrana y así generar un gradiente electroquímico de protones.
Fase 2: los H+ fluyen a favor de su gradiente electroquímico, a través de un complejo proteico denominado ATP sintetasa, el cual cataliza la síntesis (dependiente de energía) de ATP a partir de ADP y Pi. Esta enzima ubicua actúa como una turbina, permitiendo que el gradiente de protones impulse la producción de ATP.
15.-¿Qué es el acoplamiento quimiosmótico?
La interrelación entre el transporte de electrones, el bombeo de protones y la síntesis de ATP se le conoce como acoplamiento quimiosmótico. El acoplamiento quimiosmótico es utilizado por la mayoría de los organismos vivos como fuente de producción de ATP, utilizando una gran variedad de sustancias diferentes como fuente de electrones para activar la bomba de protones.
16. ¿Qué es el ojo?
El ojo en su conjunto, llamado globo ocular, es una estructura esférica de aproximadamente 2,5 cm de diámetro con un marcado abombamiento sobre su superficie delantera. La parte exterior, o la cubierta, se compone de tres capas de tejido: la capa más externa o esclerótica tiene una función protectora, cubre unos cinco sextos de la superficie ocular y se prolonga en la parte anterior con la córnea transparente; la capa media o úvea tiene a su vez tres partes diferenciadas: la coroides muy vascularizada, reviste las tres quintas partes posteriores del globo ocular continúa con el cuerpo ciliar, formado por los procesos ciliares, y a continuación el iris, que se extiende por la parte frontal del ojo. La capa más interna es la retina, sensible a la luz.
17. ¿Qué es la cornea?
La córnea es una membrana resistente, compuesta por cinco capas, a través de la cual la luz penetra en el interior del ojo.
18. ¿Qué son los conos?
Los conos son células sensibles a la luz que se encuentran situadas en la retina de los vertebrados, en la llamada capa de conos y bastones. Reciben este nombre por su forma conoidea. Estas células son las responsables de la visión en colores.
19. ¿Cuál es la función del sentido del gusto?
El gusto es función de las papilas gustativas en la boca; su importancia depende de que permita seleccionar los alimentos y bebidas según los deseos de la persona y también según las necesidades nutritivas. El sentido del gusto depende de la estimulación de los llamados “botones gustativos”, las cuales se sitúan preferentemente en la lengua, aunque algunas se encuentran en el paladar, su sensibilidad es variable.
20. ¿Qué es la lengua?
La lengua es un órgano móvil situado en el interior de la boca, impar, medio y simétrico, que desempeña importantes funciones como la masticación, la deglución, el lenguaje y el sentido del gusto.
21. ¿Cuáles son los 4 sabores elementales que podemos percibir?
La sensación dulce, la ácida, la salada y la marga
22. ¿Cuáles son las características del Olfato?
El sentido del olfato nos permite recibir del exterior los estímulos olorosos. Este sentido, en general, está mucho más desarrollado en algunos animales que en el hombre. En el hombre el sentido del olfato se localiza en una mucosa llamada mucosa olfativa, que se encuentra en el fondo de las fosas nasales. La mucosa olfativa está conectada a un nervio que transmite el estímulo hasta el cerebro llamado nervio olfatorio. En la parte superior y posterior de las fosas nasales está la mucosa pituitaria u olfativa, donde se perciben ciertos olores.
23. ¿Cuáles son las tres zonas de la cavidad nasal?
el vestíbulo: es la parte más anterior e inferior de la nariz, y está tapizada por piel.
La llamada "región respiratoria": que se continúa con el vestíbulo y se comunica con la nasofaringe, y está tapizada por una membrana mucosa de tipo respiratorio.
La región olfatoria: ubicada en el cornete superior y tercio superior del tabique nasal, donde llegan filetes nerviosos que atraviesan los orificios de un hueso llamado etmoides, cuyo conjunto origina el nervio olfatorio, que alcanza el llamado bulbo olfatorio, que se continúa con las llamadas cintillas olfatorias, cuyas fibras llevan los estímulos al cerebro y cerebelo.
24. ¿Qué son los senos paranasales?
Son prolongaciones neumatizadas o llenas aire de la porción respiratoria de la cavidad nasal localizan en los siguientes huesos craneales: frontal, etmoides, esfenoides y maxilar. Los senos se denominan de acuerdo con los huesos, en los que encuentran, de la siguiente manera: frontal, etmoidal, esfenoidal y maxilar.
se define la Energía como la capacidad de producir trabajo. Más ajustadamente debemos decir que la energía se relaciona con la capacidad de producir trabajo, lo cual prefigura un concepto más amplio y adecuado. Con este concepto presente podemos decir que la Termodinámica es el estudio de las transformaciones e intercambios de la energía. Todas las formas de energía tienden en última instancia a pasar a calor.
2.-¿Qué es la reacción de oxido-reduccion?
Un gran número de reacciones químicas transcurre con la pérdida formal de electrones de un átomo y la ganancia de ellos por otro. La ganancia de electrones recibe el nombre de reducción y la pérdida de electrones oxidación. El proceso global se denomina oxido-reducción o reacción redox. La especie que suministra electrones es el agente reductor (especie que se oxida) y la que los gana es el agente oxidante (especie que se reduce).
3. ¿Qué debe de existir para que se dé una reacción redox?
El agente reductor es aquel elemento químico que suministra electrones su estructura química al medio, aumentando su estado de oxidación, es decir, se oxida.
El agente oxidante es el elemento químico que tiende a captar esos electrones, quedando con un estado de oxidación inferior al que tenía, es decir, reducido.
3. ¿Qué son los radicales libres?
Los radicales libres pueden formarse cuando se forman los enlaces covalentes, de tal forma que cada porción se queda con una mitad de los electrones compartidos; también se genera cuando un átomo o molécula acepte un solo electrón transferido durante una reacción de oxido-reducción.
Los radicales libres son en extremo reactivos y pueden alterar de manera química muchos tipos de moléculas, entre ellas proteínas, lípidos y ácidos nucleicos. La formación de radicales hidroxilo tal vez sea una de las razones principales de que la luz solar sea tan nociva para la piel.
4. ¿Qué es el ATP?
El adenosín trifosfato (ATP), es la moneda energética de los seres vivos. Para poder ser sintetizado, los organismos requieren oxidar los sustratos energéticos de la dieta, las proteínas, las grasas y los carbohidratos.
5. ¿Por qué el ATP es muy importante en los sistemas vivos?
Las células requieren un continuo suministro de energía. Esta es necesaria para la síntesis de moléculas complejas, la ejecución de trabajo mecánico y el transporte de sustancias a través de las membranas. La energía es transferida desde las reacciones químicas que la acumulan a las que la consumen, mediante una molécula especial, el ATP. En las células, la energía que recibe o cede el ATP es la contenida en el enlace entre su último fosfato y el resto de la molécula. El enlace se forma durante la síntesis de ATP: incorporan así energía, la que se cede cuando el enlace se escinde.
6. ¿Qué es la fosforilación oxidativa?
La fosforilación oxidativa es la transferencia de electrones de los equivalentes reducidos NADH, NADPH, FADH, obtenidos en la glucólisis y en el ciclo de Krebs hasta el oxígeno molecular, acoplado con la síntesis de ATP. Este proceso metabólico está formado por un conjunto de enzimas complejas que catalizan varias reacciones de óxido-reducción, donde el oxígeno es el aceptor final de electrones y donde se forma finalmente agua.
7. ¿Qué es la cadena de transporte de electrones?
La cadena de transporte de electrones es una serie de transportadores de electrones que se encuentran en la membrana plasmática de bacterias. En la membrana interna mitocondrial o en las membranas tilacoidales, que median reacciones bioquímicas producen adenosina trifosfato (ATP), que es el compuesto energético que utilizan los seres vivos.
8. ¿Cuáles son los tipos de venenos que pueden afectar a la cadena respiratoria?
Inhibidores de la cadena que bloquean la cadena respiratoria
Inhibidores de la fosforilación oxidativa
Venenos que hacen permeable la membrana mitocondrial interna a los protones
Inhibidores de transporte (atractalósido) que previenen ya sea la salida del ATP o la entrada de material combustible a través de la membrana mitocondrial interna
Ionósforos (valinomicina, nigericina)
Inhibidores del ciclo de Krebs (arsénico)
9.-¿Qué es el ATP?
El intermediario, rico en energía, más común y universal del metabolismo celular es el nucleótido adenosin trifosfato (ATP), que puede ceder su grupo fosfato terminal, de elevado contenido energético, aun gran numero de moléculas orgánicas aceptores (azucares, aminoácidos y nucleótidos). La reacción de fosforilación aumenta el nivel de energía libre de la molécula aceptora, permitiendo que interaccionen exergo nicamente en reacciones bioquímicas catalizadas por enzimas.
La molécula de ATP consta de un grupo adenosin, formado por la base pirimidina adenina y el residuo carbohidratado de cinco carbonos ribosa, y de tres grupos fosfato unido. La mayor parte de la energía libre de la molécula reside en la repulsión electrostática mutua de las tres unidades de fosfato, por sus átomos de fosforo cargados positivamente y sus átomos de oxigeno cargados negativamente.
10.- ¿Cuál es su estructura y propiedades?
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).La masa molecular del ATP es de 507,181 g/mol y su acidez es de 6.5. Es una molécula inestable y tiende a ser hidrolizada en el agua. Si el ATP y el ADP se encuentran en equilibrio químico, casi todos los ATP se convertirán a ADP. Este desplazamiento del equilibrio significa que la hidrólisis de ATP en la célula libera una gran cantidad de energía.
11.-¿Por qué el ATP es muy importante en los sistemas vivos?
Las células requieren un continuo suministro de energía. Esta es necesaria para la síntesis de moléculas complejas, la ejecución de trabajo mecánico y el transporte de sustancias a través de sus membranas. La energía es transferida desde las reacciones químicas que la acumulan a las que las consumen, mediante una molécula especial, el ATP. En las células, la energía que recibe o cede el ATP es la contenida en el enlace entre su último fosfato y el resto de la molécula. El enlace se forma durante la síntesis de ATP: incorporan así energía, la que se cede cuando el enlace se escinde.
12.-¿Qué es la bioenergética?
Es el análisis cuantitativo de la forma en que los organismos adquieren y utilizan la energía, la bioenergética puede considerase una parte especial de la ciencia de las transformaciones energéticas denominada termodinámica.
13.-¿Qué es un sistema termodinámico?
Un sistema termodinámico, es la parte del universo que elegimos para el estudio, tal como un recipiente de reacción, un organismo, una única célula bacteriana, el resto del universo se considera como el entorno, este debe tener unos límites definidos.
14-¿Qué sucede en la fosforilación oxidativa?
La mayor parte del ATP producido en las células es por un mecanismo de membrana en la mitocondria y en el cloroplasto. Consiste en dos fases interrelacionadas, que se realizan por complejos proteicos embebidos en la membrana.
Fase 1: los electrones (derivados del NADH y del FADH2) son transferidos a lo largo de una serie de transportadores de electrones –denominados cadena de transporte de electrones- integrados en la membrana. Estas transferencias de electrones liberan energía que es utilizada para bombear protones (H+ derivados del agua) a través de la membrana y así generar un gradiente electroquímico de protones.
Fase 2: los H+ fluyen a favor de su gradiente electroquímico, a través de un complejo proteico denominado ATP sintetasa, el cual cataliza la síntesis (dependiente de energía) de ATP a partir de ADP y Pi. Esta enzima ubicua actúa como una turbina, permitiendo que el gradiente de protones impulse la producción de ATP.
15.-¿Qué es el acoplamiento quimiosmótico?
La interrelación entre el transporte de electrones, el bombeo de protones y la síntesis de ATP se le conoce como acoplamiento quimiosmótico. El acoplamiento quimiosmótico es utilizado por la mayoría de los organismos vivos como fuente de producción de ATP, utilizando una gran variedad de sustancias diferentes como fuente de electrones para activar la bomba de protones.
16. ¿Qué es el ojo?
El ojo en su conjunto, llamado globo ocular, es una estructura esférica de aproximadamente 2,5 cm de diámetro con un marcado abombamiento sobre su superficie delantera. La parte exterior, o la cubierta, se compone de tres capas de tejido: la capa más externa o esclerótica tiene una función protectora, cubre unos cinco sextos de la superficie ocular y se prolonga en la parte anterior con la córnea transparente; la capa media o úvea tiene a su vez tres partes diferenciadas: la coroides muy vascularizada, reviste las tres quintas partes posteriores del globo ocular continúa con el cuerpo ciliar, formado por los procesos ciliares, y a continuación el iris, que se extiende por la parte frontal del ojo. La capa más interna es la retina, sensible a la luz.
17. ¿Qué es la cornea?
La córnea es una membrana resistente, compuesta por cinco capas, a través de la cual la luz penetra en el interior del ojo.
18. ¿Qué son los conos?
Los conos son células sensibles a la luz que se encuentran situadas en la retina de los vertebrados, en la llamada capa de conos y bastones. Reciben este nombre por su forma conoidea. Estas células son las responsables de la visión en colores.
19. ¿Cuál es la función del sentido del gusto?
El gusto es función de las papilas gustativas en la boca; su importancia depende de que permita seleccionar los alimentos y bebidas según los deseos de la persona y también según las necesidades nutritivas. El sentido del gusto depende de la estimulación de los llamados “botones gustativos”, las cuales se sitúan preferentemente en la lengua, aunque algunas se encuentran en el paladar, su sensibilidad es variable.
20. ¿Qué es la lengua?
La lengua es un órgano móvil situado en el interior de la boca, impar, medio y simétrico, que desempeña importantes funciones como la masticación, la deglución, el lenguaje y el sentido del gusto.
21. ¿Cuáles son los 4 sabores elementales que podemos percibir?
La sensación dulce, la ácida, la salada y la marga
22. ¿Cuáles son las características del Olfato?
El sentido del olfato nos permite recibir del exterior los estímulos olorosos. Este sentido, en general, está mucho más desarrollado en algunos animales que en el hombre. En el hombre el sentido del olfato se localiza en una mucosa llamada mucosa olfativa, que se encuentra en el fondo de las fosas nasales. La mucosa olfativa está conectada a un nervio que transmite el estímulo hasta el cerebro llamado nervio olfatorio. En la parte superior y posterior de las fosas nasales está la mucosa pituitaria u olfativa, donde se perciben ciertos olores.
23. ¿Cuáles son las tres zonas de la cavidad nasal?
el vestíbulo: es la parte más anterior e inferior de la nariz, y está tapizada por piel.
La llamada "región respiratoria": que se continúa con el vestíbulo y se comunica con la nasofaringe, y está tapizada por una membrana mucosa de tipo respiratorio.
La región olfatoria: ubicada en el cornete superior y tercio superior del tabique nasal, donde llegan filetes nerviosos que atraviesan los orificios de un hueso llamado etmoides, cuyo conjunto origina el nervio olfatorio, que alcanza el llamado bulbo olfatorio, que se continúa con las llamadas cintillas olfatorias, cuyas fibras llevan los estímulos al cerebro y cerebelo.
24. ¿Qué son los senos paranasales?
Son prolongaciones neumatizadas o llenas aire de la porción respiratoria de la cavidad nasal localizan en los siguientes huesos craneales: frontal, etmoides, esfenoides y maxilar. Los senos se denominan de acuerdo con los huesos, en los que encuentran, de la siguiente manera: frontal, etmoidal, esfenoidal y maxilar.
jueves, 3 de marzo de 2011
TRANSPORTE A TRAVES DE MEMBRANAS
En biología celular se denomina transporte de membrana al conjunto de mecanismos que regulan el paso de solutos, como iones y pequeñas moléculas, a través de membranas plasmáticas, esto es, bicapas lipídicas que poseen proteínas embebidas en ellas. Dicha propiedad se debe a la selectividad de membrana, una característica de las membranas celulares que las faculta como agentes de separación específica de sustancias de distinta índole química; es decir, la posibilidad de permitir la permeabilidad de ciertas sustancias pero no de otras.
Los movimientos de casi todos los solutos a través de la membrana están mediados por proteínas transportadoras de membrana, más o menos especializadas en el transporte de moléculas concretas. Puesto que la diversidad y fisiología de las distintas células de un organismo está relacionada en buena medida con su capacidad de captar unos u otros elementos externos, se postula que debe existir un acervo de proteínas transportadoras específico para cada tipo celular y para cada momento fisiológico determinado;1 dicha expresión diferencial se encuentra regulada mediante: la transcripción diferencial de los genes codificantes para esas proteínas y su traducción, es decir, mediante los mecanismos genético-moleculares, pero también a nivel de la biología celular: dichas proteínas pueden requerir de activación mediada por rutas de señalización celular, activación a nivel bioquímico o, incluso, de localización en vesículas del citoplasma
Termodinámicamente, el flujo de sustancias de un compartimento a otro puede realizarse a favor o en contra de un gradiente, ya sea de concentración, o electroquímico. Si el intercambio de sustancias se realiza a favor del gradiente, esto es, en el sentido de los potenciales decrecientes, el requerimiento de energía externo al sistema es nulo; si, en cambio, el transporte se hace en contra del gradiente, se requiere el aporte de energía, energía metabólica en nuestro caso.3 Por ejemplo, un mecanismo químico de separación clásico que no requiere un aporte de energía externo es la diálisis: en ella, una membrana semipermeable separa dos soluciones que difieren en la concentración de un mismo soluto. Si la membrana permite el paso de agua pero no el del soluto, sucede que el agua fluye hacia el compartimento más concentrado en soluto, a fin de establecer un equilibrio en el cual la energía del sistema sea mínima. Para que suceda este flujo, puesto que el agua se desplaza de un lugar muy concentrado a uno muy diluido en disolvente (en cuanto a soluto, se da la situación opuesta), y, por ello, lo hace a favor de gradiente, no se requiere un aporte de energía externo.
La naturaleza de las membranas biológicas, especialmente la de sus lípidos, es anfipática, lo que se traduce en que forman una bicapa que alberga una parte interna hidrofóbica y una externa hidrofílica, permite que surja una posibilidad de transporte, la difusión simple o difusión pasiva, que consiste en la difusión de sustancias a su través sin gasto de energía metabólica y sin ayuda de proteínas transportadoras. En el caso de que la sustancia a transportar posea una carga neta, difundirá no sólo en respuesta a un gradiente de concentración, sino también al potencial de membrana, esto es, al gradiente electroquímico.
Difusión simple
Una membrana semipermeable separa dos compartimentos con concentraciones distintas de un soluto: con el paso del tiempo, el soluto difundirá hasta alcanzar el equilibrio a ambos lados.
Como se mencionó anteriormente, la difusión pasiva es un fenómeno espontáneo puesto que suceden incrementando la entropía del sistema, y disminuyendo la energía libre.5 No requiere de la intervención de proteínas de membrana, pero sí de las características de la sustancia a transportar y de la naturaleza de la bicapa. Para el caso de una membrana fosfolipídica pura, la velocidad de difusión de una sustancia depende de su:
gradiente de concentración,
hidrofobicidad,
tamaño,
carga, si la molécula posee carga neta.
Estos factores afectan de diversa manera a la velocidad de difusión pasiva:
a mayor gradiente de concentración, mayor velocidad de difusión,
a mayor hidrofobicidad, esto es, mayor coeficiente de partición, mayor solubilidad en lípido y por tanto mayor velocidad de difusión,
a mayor tamaño, menor velocidad de difusión,
dado un potencial de membrana, es decir, la diferencia de potencial entre la cara exoplasmática y la endoplasmática de la membrana, y un gradiente de concentración se define un gradiente electroquímico que determina las direcciones de transporte energéticamente favorables de una molécula cargada, dependiendo de la naturaleza de ésta y del signo del potencial, si bien la mayor parte de las células animales poseen carga negativa en su exterior.6
La difusión simple a través de la membrana lipídica muestra una cinética de no saturación, esto es, que, puesto que la tasa neta de entrada está determinada sólo por la diferencia en el número de moléculas a cada lado de la membrana, la entrada aumenta en proporción a la concentración de soluto en el fluido extracelular. Esta característica distingue la difusión simple de los mecanismos de penetración por canales de transporte mediado.
Difusión facilitada
Bajo el mismo principio termodinámico que en el caso de la difusión simple, es decir, que el soluto a transportar lo hace a favor de gradiente, la difusión facilitada opera de modo similar, pero está facilitada por la existencia de proteínas canal, que son las que facilitan el transporte de, en este caso, agua o algunos iones y moléculas hidrófilas. Estas proteínas integrales de membrana conforman estructuras en forma de poro inmersas en la bicapa, que dejan un canal interno hidrofílico que permite el paso de moléculas altamente lipófobas como las mencionadas anteriormente. La apertura de este canal interno puede ser constitutiva, es decir, continua y desregulada, en los canales no regulados, o bien puede requerir una señal que medie su apertura o cierre: es el caso de los canales regulados
Transporte activo y cotransporte
En él se efectúa un transporte en contra del gradiente de concentración o electroquímico y, para ello, las proteínas transportadoras implicadas consumen energía metabólica (comúnmente adenosín trifosfato). La hidrólisis del compuesto que actúa como moneda energética puede ser muy evidente, como en el caso de los transportadores que son ATPasas, o puede tener un origen indirecto: por ejemplo, los cotransportadores emplean gradientes de determinados solutos para impulsar el transporte de un determinado compuesto en contra de su gradiente, a costa de la disipación del primer gradiente mencionado. Pudiera parecer que en este caso no interviene un gasto energético, pero no es así puesto que el establecimiento del gradiente de la sustancia transportada colateralmente al compuesto objetivo ha requerido de la hidrólisis de ATP en su generación mediante unos determinados tipos de proteínas denominados bombas.2 Por ello, se define transporte activo primario como aquél que hidroliza ATP de forma directa para transportar el compuesto en cuestión, y transporte activo secundario como aquél que utiliza la energía almacenada en un gradiente electroquímico.
El descubrimiento de la existencia de este tipo de transportadores se produjo al estudiar cinéticamente la transferencia de moléculas a través de las membranas: para algunos solutos, se observó que la velocidad de entrada alcanza una meseta a partir de cierta concentración externa a partir de la cual no se produce un incremento significativo de velocidad de captación, esto es, surge una respuesta tipo curva logística. Se interpretó que el transporte aquí se produce por la formación de un complejo sustrato-transportador, conceptualmente idéntico al complejo enzima-sustrato de la cinética enzimática. Por ello, cada proteína transportadora posee una constante de afinidad por el soluto que es igual a la concentración del soluto cuando la velocidad de transporte es la mitad de su valor máximo (equivaldría, para el caso de un enzima, a la constante de Michaelis-Menten).
Algunos rasgos importantes del transporte activo, además de su capacidad de intervenir aun en contra de gradiente, su cinética y el empleo de ATP, son: su elevado grado de selectividad y su facilidad de inhibición farmacológica selectiva.
Bibliografía:
Lodish et al. (2005). Biología celular y molecular. Buenos Aires: Médica Panamericana. ISBN 950-06-1974-3.
Los movimientos de casi todos los solutos a través de la membrana están mediados por proteínas transportadoras de membrana, más o menos especializadas en el transporte de moléculas concretas. Puesto que la diversidad y fisiología de las distintas células de un organismo está relacionada en buena medida con su capacidad de captar unos u otros elementos externos, se postula que debe existir un acervo de proteínas transportadoras específico para cada tipo celular y para cada momento fisiológico determinado;1 dicha expresión diferencial se encuentra regulada mediante: la transcripción diferencial de los genes codificantes para esas proteínas y su traducción, es decir, mediante los mecanismos genético-moleculares, pero también a nivel de la biología celular: dichas proteínas pueden requerir de activación mediada por rutas de señalización celular, activación a nivel bioquímico o, incluso, de localización en vesículas del citoplasma
Termodinámicamente, el flujo de sustancias de un compartimento a otro puede realizarse a favor o en contra de un gradiente, ya sea de concentración, o electroquímico. Si el intercambio de sustancias se realiza a favor del gradiente, esto es, en el sentido de los potenciales decrecientes, el requerimiento de energía externo al sistema es nulo; si, en cambio, el transporte se hace en contra del gradiente, se requiere el aporte de energía, energía metabólica en nuestro caso.3 Por ejemplo, un mecanismo químico de separación clásico que no requiere un aporte de energía externo es la diálisis: en ella, una membrana semipermeable separa dos soluciones que difieren en la concentración de un mismo soluto. Si la membrana permite el paso de agua pero no el del soluto, sucede que el agua fluye hacia el compartimento más concentrado en soluto, a fin de establecer un equilibrio en el cual la energía del sistema sea mínima. Para que suceda este flujo, puesto que el agua se desplaza de un lugar muy concentrado a uno muy diluido en disolvente (en cuanto a soluto, se da la situación opuesta), y, por ello, lo hace a favor de gradiente, no se requiere un aporte de energía externo.
La naturaleza de las membranas biológicas, especialmente la de sus lípidos, es anfipática, lo que se traduce en que forman una bicapa que alberga una parte interna hidrofóbica y una externa hidrofílica, permite que surja una posibilidad de transporte, la difusión simple o difusión pasiva, que consiste en la difusión de sustancias a su través sin gasto de energía metabólica y sin ayuda de proteínas transportadoras. En el caso de que la sustancia a transportar posea una carga neta, difundirá no sólo en respuesta a un gradiente de concentración, sino también al potencial de membrana, esto es, al gradiente electroquímico.
Difusión simple
Una membrana semipermeable separa dos compartimentos con concentraciones distintas de un soluto: con el paso del tiempo, el soluto difundirá hasta alcanzar el equilibrio a ambos lados.
Como se mencionó anteriormente, la difusión pasiva es un fenómeno espontáneo puesto que suceden incrementando la entropía del sistema, y disminuyendo la energía libre.5 No requiere de la intervención de proteínas de membrana, pero sí de las características de la sustancia a transportar y de la naturaleza de la bicapa. Para el caso de una membrana fosfolipídica pura, la velocidad de difusión de una sustancia depende de su:
gradiente de concentración,
hidrofobicidad,
tamaño,
carga, si la molécula posee carga neta.
Estos factores afectan de diversa manera a la velocidad de difusión pasiva:
a mayor gradiente de concentración, mayor velocidad de difusión,
a mayor hidrofobicidad, esto es, mayor coeficiente de partición, mayor solubilidad en lípido y por tanto mayor velocidad de difusión,
a mayor tamaño, menor velocidad de difusión,
dado un potencial de membrana, es decir, la diferencia de potencial entre la cara exoplasmática y la endoplasmática de la membrana, y un gradiente de concentración se define un gradiente electroquímico que determina las direcciones de transporte energéticamente favorables de una molécula cargada, dependiendo de la naturaleza de ésta y del signo del potencial, si bien la mayor parte de las células animales poseen carga negativa en su exterior.6
La difusión simple a través de la membrana lipídica muestra una cinética de no saturación, esto es, que, puesto que la tasa neta de entrada está determinada sólo por la diferencia en el número de moléculas a cada lado de la membrana, la entrada aumenta en proporción a la concentración de soluto en el fluido extracelular. Esta característica distingue la difusión simple de los mecanismos de penetración por canales de transporte mediado.
Difusión facilitada
Bajo el mismo principio termodinámico que en el caso de la difusión simple, es decir, que el soluto a transportar lo hace a favor de gradiente, la difusión facilitada opera de modo similar, pero está facilitada por la existencia de proteínas canal, que son las que facilitan el transporte de, en este caso, agua o algunos iones y moléculas hidrófilas. Estas proteínas integrales de membrana conforman estructuras en forma de poro inmersas en la bicapa, que dejan un canal interno hidrofílico que permite el paso de moléculas altamente lipófobas como las mencionadas anteriormente. La apertura de este canal interno puede ser constitutiva, es decir, continua y desregulada, en los canales no regulados, o bien puede requerir una señal que medie su apertura o cierre: es el caso de los canales regulados
Transporte activo y cotransporte
En él se efectúa un transporte en contra del gradiente de concentración o electroquímico y, para ello, las proteínas transportadoras implicadas consumen energía metabólica (comúnmente adenosín trifosfato). La hidrólisis del compuesto que actúa como moneda energética puede ser muy evidente, como en el caso de los transportadores que son ATPasas, o puede tener un origen indirecto: por ejemplo, los cotransportadores emplean gradientes de determinados solutos para impulsar el transporte de un determinado compuesto en contra de su gradiente, a costa de la disipación del primer gradiente mencionado. Pudiera parecer que en este caso no interviene un gasto energético, pero no es así puesto que el establecimiento del gradiente de la sustancia transportada colateralmente al compuesto objetivo ha requerido de la hidrólisis de ATP en su generación mediante unos determinados tipos de proteínas denominados bombas.2 Por ello, se define transporte activo primario como aquél que hidroliza ATP de forma directa para transportar el compuesto en cuestión, y transporte activo secundario como aquél que utiliza la energía almacenada en un gradiente electroquímico.
El descubrimiento de la existencia de este tipo de transportadores se produjo al estudiar cinéticamente la transferencia de moléculas a través de las membranas: para algunos solutos, se observó que la velocidad de entrada alcanza una meseta a partir de cierta concentración externa a partir de la cual no se produce un incremento significativo de velocidad de captación, esto es, surge una respuesta tipo curva logística. Se interpretó que el transporte aquí se produce por la formación de un complejo sustrato-transportador, conceptualmente idéntico al complejo enzima-sustrato de la cinética enzimática. Por ello, cada proteína transportadora posee una constante de afinidad por el soluto que es igual a la concentración del soluto cuando la velocidad de transporte es la mitad de su valor máximo (equivaldría, para el caso de un enzima, a la constante de Michaelis-Menten).
Algunos rasgos importantes del transporte activo, además de su capacidad de intervenir aun en contra de gradiente, su cinética y el empleo de ATP, son: su elevado grado de selectividad y su facilidad de inhibición farmacológica selectiva.
Bibliografía:
Lodish et al. (2005). Biología celular y molecular. Buenos Aires: Médica Panamericana. ISBN 950-06-1974-3.
Fotobiología
Las reacciones luminosas usan la energía luminosa para producir ATP y NADPH. La moléculas que intervienen en esta función se encuentran dentro de la membrana de los tilacoides, los cuales están constituidos por dos complejos llamados fotosistema I (FSI) y fotosistema II (FSII). Cada fotosistema tiene moléculas de clorofila, junto con otras moléculas y proteínas. Una molécula de clorofila de cada fotosistema se encuentra en una región llamada el centro de reacción, donde la energía absorbida de la luz inicia la transferencia de los electrones a otras moléculas.
Juntos, el FSI y el FSII mueven los electrones del agua al NADP+, formando NADPH. La absorción de la luz excita un electrón del centro de reacción del FSI a un mayor nivel de energía. Una molécula captura al electrón de alta energía y por medio de la cadena de transporte lo pasa al NADP+. El electrón perdido del FSI es reemplazado por un electrón transferido del FSII por otra cadena de transporte de electrones. El FSII reemplaza sus electrones extrayéndolos de las molécula del agua, dejando como producto el oxígeno.
FENÓMENO FOTOQUÍMICO
La fotoquímica es el estudio de las transformaciones químicas provocadas o catalizadas por la emisión o absorción de luz visible o radiación ultravioleta. Una molécula en su estado fundamental (no excitada) puede absorber un quantum de energía lumínica, esto produce una transición electrónica y la molécula pasa a un estado de mayor energía o estado excitado. Una molécula excitada es más reactiva que una molécula en su estado fundamental.
El fenómeno fotoquímico precisa de fases principales:
Recepción de la energía luminosa
Reacción química propiamente dicha.
Según se opere con una sustancia única o con un sistema de varios cuerpos en presencia, se realizará, bien una descomposición de la sustancia en sus elementos (fotólisis), bien una combinación de varios cuerpos en uno solo (fotosíntesis).
Ciertas sustancias orgánicas sometidas a la influencia de la luz, cambian de color. Si se vuelven a colocar en la oscuridad toman de nuevo su color primitivo. Se trata de una variación reversible de color, que se denomina fototropía.
Los cuerpos que presentan fototropía son relativamente numerosos. Una exposición de un minuto a la luz de una lámpara de 50 vatios, colocada a 5 cm basta en general para operar el cambio de color, estando la sustancia fotótropa en solución acuosa, alcohólica o acetónica, y aún en estado cristalino.
Algunas veces, el color debido a la iluminación se mantiene varios días en la oscuridad antes de desaparecer pero, con mayor frecuencia, el retorno al estado primitivo es rápido.
La fotrotopía es atribuida a un desplazamiento reversible de los electrones, correspondientes a varias formas mesómeras de una misma sustancia (electrotropía).
PIGMENTOS ANTENA Y CAPTACIÓN DE LUZ
En el cloroplasto, los pigmentos están estrechamente asociados a proteínas y se alojan en la bicapa lipídica de los tilacoides. Según el modelo admitido actualmente, estos complejos proteína-clorofila se encuentran empaquetados formando unidades denominadas fotosistemas. Cada unidad contiene de 200 a 400 moléculas de pigmento que tienen por finalidad captar la luz como una antena, forman el llamado complejo antena. Cuando la energía de la luz se absorbe por uno de los pigmentos de la antena, pasa de una molécula a otra de pigmento del fotosistema hasta que alcanza una forma especial de clorofila a que constituye el centro de reacción del fotosistema.
Referencias
Lehninger, Albert L. "Bioquímica" Ed. Omega, S. A. 15a ed. Barcelona, 1991. pp. 399
Juntos, el FSI y el FSII mueven los electrones del agua al NADP+, formando NADPH. La absorción de la luz excita un electrón del centro de reacción del FSI a un mayor nivel de energía. Una molécula captura al electrón de alta energía y por medio de la cadena de transporte lo pasa al NADP+. El electrón perdido del FSI es reemplazado por un electrón transferido del FSII por otra cadena de transporte de electrones. El FSII reemplaza sus electrones extrayéndolos de las molécula del agua, dejando como producto el oxígeno.
FENÓMENO FOTOQUÍMICO
La fotoquímica es el estudio de las transformaciones químicas provocadas o catalizadas por la emisión o absorción de luz visible o radiación ultravioleta. Una molécula en su estado fundamental (no excitada) puede absorber un quantum de energía lumínica, esto produce una transición electrónica y la molécula pasa a un estado de mayor energía o estado excitado. Una molécula excitada es más reactiva que una molécula en su estado fundamental.
El fenómeno fotoquímico precisa de fases principales:
Recepción de la energía luminosa
Reacción química propiamente dicha.
Según se opere con una sustancia única o con un sistema de varios cuerpos en presencia, se realizará, bien una descomposición de la sustancia en sus elementos (fotólisis), bien una combinación de varios cuerpos en uno solo (fotosíntesis).
Ciertas sustancias orgánicas sometidas a la influencia de la luz, cambian de color. Si se vuelven a colocar en la oscuridad toman de nuevo su color primitivo. Se trata de una variación reversible de color, que se denomina fototropía.
Los cuerpos que presentan fototropía son relativamente numerosos. Una exposición de un minuto a la luz de una lámpara de 50 vatios, colocada a 5 cm basta en general para operar el cambio de color, estando la sustancia fotótropa en solución acuosa, alcohólica o acetónica, y aún en estado cristalino.
Algunas veces, el color debido a la iluminación se mantiene varios días en la oscuridad antes de desaparecer pero, con mayor frecuencia, el retorno al estado primitivo es rápido.
La fotrotopía es atribuida a un desplazamiento reversible de los electrones, correspondientes a varias formas mesómeras de una misma sustancia (electrotropía).
PIGMENTOS ANTENA Y CAPTACIÓN DE LUZ
En el cloroplasto, los pigmentos están estrechamente asociados a proteínas y se alojan en la bicapa lipídica de los tilacoides. Según el modelo admitido actualmente, estos complejos proteína-clorofila se encuentran empaquetados formando unidades denominadas fotosistemas. Cada unidad contiene de 200 a 400 moléculas de pigmento que tienen por finalidad captar la luz como una antena, forman el llamado complejo antena. Cuando la energía de la luz se absorbe por uno de los pigmentos de la antena, pasa de una molécula a otra de pigmento del fotosistema hasta que alcanza una forma especial de clorofila a que constituye el centro de reacción del fotosistema.
Referencias
Lehninger, Albert L. "Bioquímica" Ed. Omega, S. A. 15a ed. Barcelona, 1991. pp. 399
Bioenergética mitocondrial
A principios de la década de 1960, P. Mitchell (Mitchell ,1961) propuso que la síntesis de ATP se llevaba a cabo a través de un mecanismo que se conoce cono hipótesis quimiosmótica. En sus inicios la propuesta se recibió con escepticismo, pero como se fueron acumulando datos experimentales, la hipótesis llegó a convertirse en el dogma central de la bioenergética.
Los principios de la hipótesis se aplican tanto a la transducción de energía en mitocondrias, como a aquella que ocurre en organismos fotosintéticos y en la membrana plasmática de bacterias, estructuras celulares en las que también hay cadenas de transporte de electrones y ATP sintasas.
En la hipótesis quimiosmótica se visualiza que el transporte de electrones da origen a la formación de una fuerza protomotriz (en la terminología de Mitchell), o un gradiente de H+ , que es una forma de energía. Siguiendo a Mitchell, la energia del gradiente de H+ la capta y utiliza la ATP sintasa para formar ATP. En otras palabras, la fuerza protomotriz es el intermediario por el cual la energía de óxido-reducción de la cadena respiratoria se transforma en la energía del ATP . La Fig 10.6 muestra esquemáticamente la hipótesis quimiosmótica:
Los electrones se emplean para reducir el NADP+ a NADPH. El ATP y el NADPH producidos de esta forma pueden utilizarse en la fase oscura para las reacciones de síntesis, en las que se reducen moléculas sencillas, como el CO2, para formar glúcidos.
La síntesis de ATP en el cloroplasto se explica mediante la hipótesis quimiosmótica de Mitchell, de forma muy semejante como ocurre en la mitocondria. El transporte de electrones en la cadena transportadora de la membrana tilacoidal produce el bombeo de protones desde el estroma hacia el espacio tilacoidal a nivel del complejo citocromo b6 - f , lo que genera un gradiente electroquímico. El flujo de protones a favor del gradiente desde el espacio tilacoidal hasta el estroma, a través del canal de protones de la ATP - sintasa, activa la síntesis de ATP a partir de ADP y fosfato.
ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LA CADENA RESPIRATORIA
Dentro de las reacciones que se producen en los sistemas vivos, un gran número de ellas son proceso de oxidación o de reducción: La respiración, oxidaciones anaerobias, fermentaciones , fotosíntesis, reducción del sulfato o del nitrato, desnitritrificación, fijación del nitrógeno, etc.
La mitocondria está constituida por cuatro regiones: las membranas internas y externas del espacio intermembranal y la matriz. La membrana interior se encuentra muy plegada formando crestas, lo cual aumenta considerablemente su superficie. Debido a que las proteinas respiratorias están soportadas en las membranas internas, la densidad de las crestas se correlaciona con la actividad respiratoria de la célula. Por ejemplo, las células del músculo cardiaco , las cuales tienen indices altos de respiración, contienen crestas densamente empacadas. Por el contrario, las células del higado poseen crestas mucho mas separadas, pues presenran una menor tasa de respiración.
FOSFORILACIÓN OXIDATIVA Y SINTESIS DE ATP
Actualmente, se acepta como modelo para la sintesis de ATP el modelo de acoplamiento quimio-osmótico propuesto en 1961, por el bioquimico británico Peter Mitchell.
De una manera general, el modelo propone que la energia proveniente del transporte de electrones se utiliza en un transporte activo de protones de la matriz de la mitocondria, o sea que este transporte saca protones de la matriz. Esta acción origina un gradiente electroquímico de protones, con un pH inferior en la parte externa de la membrana interna. Los protones en la parte externa, tienen la tendencia termodinámica de regresar e igualar el pH en ambos lados de la membrana. En otras palabras, la energia generada se utiliza para mantener el gradiente de protones. Peter Mitchell recibió el premio Nobel en 1978 por sus logros cientificos.
Los protones en su regreso atraviesan el sistema ATPasa, descrito anteriormente en la fotosíntesis.
NHIBIDORES Y DESACOPLANTES
La energía química útil para la realización de las actividades celulares esta asociada al metabolismo del ATP, se desprende de su hidrólisis y se genera a partir del metabolismo oxidativo (NADH) para la refosforilación del ADP hasta ATP.
Los efectos de los xenobióticos sobre estos procesos mitocondriales (T. E. y F. O.) se pueden comparar con los manifestados por otros agentes ya estudiados, clasificados en inhibidores o desacoplantes. En general los XBs se comportan produciendo interferencias en la membrana interna mitocondrial, interrumpiendo el paso de los e-, el gradiente de H+ o la actuación de la ATP-sintasa.
En un sentido muy amplio, los compuestos químicos que interfieren con la síntesis de ATP mitocondrial se pueden asociar en cuatro grupos, según se recoge en el siguiente esquema:
I.- Inhibidores del metabolismo oxidativo.
II.- Inhibidores del transporte electrónico.
III.- Inhibidores de la liberación de O2 a la C.T.E.M.
IV.- Inhibidores de la fosforilación oxidativa.
I.- Inhibición en la liberación de [H] a la cadena de transporte electrónico mitocondrial (CTEM)
* Glucolisis: hipoglucemia, yodoacetato crítico en neuronas
* B-oxidación: ácido 4-pentenoico crítico en músculo cardiaco
* Piruvato Deshidrogenasa: arsenito, DCl-VinilCYS, p-benzoquinona
** aconitasa fluoroacetato, NO
II.- Inhibición el transporte electrónico.
* Inhibidores de los complejos del TE :
*** I.- NADH-CoEQ reductasa: rotenona, amital, MetPhPiridinium(DPP+)
*** II.- succinato DesH: malonato, DCVC, PentaCl-ButDien-cys, 2Br-hidroquinona
*** II.- Coenzima Q-Cit c reductasa: antimicina A, mixotiazol, PCBs
*** III.- Citocromo c oxidasa: CN-, SH, azida, fórmico
*** IV.- Inhibidores múltiples: dinitro-anilina, herbicidas difenil-eter, NO, PCBs
* Aceptores de electrones: CCl4, doxorrubicina, menadiona, DPP+
III.- Inhibición de la liberación de O2 a la CTEM.
* Agentes que provocan parálisis respiratoria: convulsivos, depresores del CNS
* Agentes que causan isquemia: alcaloides, cocaina
* Agentes que inhiben la oxigenación de la Hb: CO, agentes oxidantes que forman meta Hb(Fe3+)
IV.- Inhibición de la fosforilación del ADP , se puede producir al nivel de:
1 ATP sintasa: oligomicina, DDT, clordecone
2 Transportador ADP/ATP (antiporte): atractilosido, DDT, Ac Grasos, lisopospolípidos
3 Transportador de fosfato: N-etil maleimida, p-benzoquinona
4 Agentes desacoplantes del potencial de membrana:
* * Ionóforos: penta-Cl-fenol, dinitro-fenol, benzo-nitrilo, salicilato,
valinomicina, gramicidina
* * Agentes permebealizantes de la membrana interna mitocondrial:
pentaCl-butadienil-CYS, clordecone.
El daño sobre la fosforilación oxidativa que impide la refosforilación del ADP, produce la acumulación del ADP y de los productos de su hidrólisis, a la vez que una disminución en los niveles de ATP. Hepatocitos en cultivo expuestos a KCN y yodoacetato exhiben un rápido aumento de H+ y Mg+2 citosólicos, como resultado de la hidrólisis de las sales de ADP y AMP con Mg+2, al igual que la salida al medio de Pi y Mg+2. La caída en los niveles de ATP comprometen todas las operaciones que dependen de él. La pérdida de iones influye sobre el volumen celular, disminuyéndolo.
Problemas Asociados a las Citopatías Mitocondriales
SISTEMA DE ÓRGANOS
PROBLEMAS POSIBLES
Cerebro
Retraso en el desarrollo, retardo mental, demencia, convulsiones, desórdenes neuro-psiquiátricos, paralsis cerebral atípica, migrañas, infartos
Nervios
Debilidad (que puede ser intermitente), dolor neuropático, ausencia de reflejos, problemas gastrointestinales (reflujo gastroesofágeo, vaciado gástrico retrasado, constipación, pseudo obstrucción), desmayos, ausencia o exceso de sudor relacionados con problemas de regulación de la temperatura
Músculos
Debilidad, hipotonia, calambres, dolor muscular
Riñones
Desgaste proximal renal tubular que provoca pérdida de proteínas, magnesio, fósforo, calcio y otros electrolitos
Corazón
Defectos en los conductos cardiacos (bloqueos del corazón), cardiomiopatía
Hígado
Hipoglicemia (niveles de azúcar bajos en la sangre), falla del hígado
Ojos
Pérdida de visión y ceguera
Oídos
Pérdida auditiva y sordera
Páncreas
Diabetes y falla pancreatítica exocrina (incapacidad para generar encimas digestivas)
Sistémico
Incapacidad para subir de peso, corta estatura, fatiga, problemas respiratorios incluyendo sofocamientos intermitentes
Enfermedades mitocondriales con pérdidas visuales y auditivas con sus descripciones
Bibliografía:
J. Pelableuo. Bioquimica Mitocondrial,1 edición,Barcelona, 1998.
Los principios de la hipótesis se aplican tanto a la transducción de energía en mitocondrias, como a aquella que ocurre en organismos fotosintéticos y en la membrana plasmática de bacterias, estructuras celulares en las que también hay cadenas de transporte de electrones y ATP sintasas.
En la hipótesis quimiosmótica se visualiza que el transporte de electrones da origen a la formación de una fuerza protomotriz (en la terminología de Mitchell), o un gradiente de H+ , que es una forma de energía. Siguiendo a Mitchell, la energia del gradiente de H+ la capta y utiliza la ATP sintasa para formar ATP. En otras palabras, la fuerza protomotriz es el intermediario por el cual la energía de óxido-reducción de la cadena respiratoria se transforma en la energía del ATP . La Fig 10.6 muestra esquemáticamente la hipótesis quimiosmótica:
Los electrones se emplean para reducir el NADP+ a NADPH. El ATP y el NADPH producidos de esta forma pueden utilizarse en la fase oscura para las reacciones de síntesis, en las que se reducen moléculas sencillas, como el CO2, para formar glúcidos.
La síntesis de ATP en el cloroplasto se explica mediante la hipótesis quimiosmótica de Mitchell, de forma muy semejante como ocurre en la mitocondria. El transporte de electrones en la cadena transportadora de la membrana tilacoidal produce el bombeo de protones desde el estroma hacia el espacio tilacoidal a nivel del complejo citocromo b6 - f , lo que genera un gradiente electroquímico. El flujo de protones a favor del gradiente desde el espacio tilacoidal hasta el estroma, a través del canal de protones de la ATP - sintasa, activa la síntesis de ATP a partir de ADP y fosfato.
ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LA CADENA RESPIRATORIA
Dentro de las reacciones que se producen en los sistemas vivos, un gran número de ellas son proceso de oxidación o de reducción: La respiración, oxidaciones anaerobias, fermentaciones , fotosíntesis, reducción del sulfato o del nitrato, desnitritrificación, fijación del nitrógeno, etc.
La mitocondria está constituida por cuatro regiones: las membranas internas y externas del espacio intermembranal y la matriz. La membrana interior se encuentra muy plegada formando crestas, lo cual aumenta considerablemente su superficie. Debido a que las proteinas respiratorias están soportadas en las membranas internas, la densidad de las crestas se correlaciona con la actividad respiratoria de la célula. Por ejemplo, las células del músculo cardiaco , las cuales tienen indices altos de respiración, contienen crestas densamente empacadas. Por el contrario, las células del higado poseen crestas mucho mas separadas, pues presenran una menor tasa de respiración.
FOSFORILACIÓN OXIDATIVA Y SINTESIS DE ATP
Actualmente, se acepta como modelo para la sintesis de ATP el modelo de acoplamiento quimio-osmótico propuesto en 1961, por el bioquimico británico Peter Mitchell.
De una manera general, el modelo propone que la energia proveniente del transporte de electrones se utiliza en un transporte activo de protones de la matriz de la mitocondria, o sea que este transporte saca protones de la matriz. Esta acción origina un gradiente electroquímico de protones, con un pH inferior en la parte externa de la membrana interna. Los protones en la parte externa, tienen la tendencia termodinámica de regresar e igualar el pH en ambos lados de la membrana. En otras palabras, la energia generada se utiliza para mantener el gradiente de protones. Peter Mitchell recibió el premio Nobel en 1978 por sus logros cientificos.
Los protones en su regreso atraviesan el sistema ATPasa, descrito anteriormente en la fotosíntesis.
NHIBIDORES Y DESACOPLANTES
La energía química útil para la realización de las actividades celulares esta asociada al metabolismo del ATP, se desprende de su hidrólisis y se genera a partir del metabolismo oxidativo (NADH) para la refosforilación del ADP hasta ATP.
Los efectos de los xenobióticos sobre estos procesos mitocondriales (T. E. y F. O.) se pueden comparar con los manifestados por otros agentes ya estudiados, clasificados en inhibidores o desacoplantes. En general los XBs se comportan produciendo interferencias en la membrana interna mitocondrial, interrumpiendo el paso de los e-, el gradiente de H+ o la actuación de la ATP-sintasa.
En un sentido muy amplio, los compuestos químicos que interfieren con la síntesis de ATP mitocondrial se pueden asociar en cuatro grupos, según se recoge en el siguiente esquema:
I.- Inhibidores del metabolismo oxidativo.
II.- Inhibidores del transporte electrónico.
III.- Inhibidores de la liberación de O2 a la C.T.E.M.
IV.- Inhibidores de la fosforilación oxidativa.
I.- Inhibición en la liberación de [H] a la cadena de transporte electrónico mitocondrial (CTEM)
* Glucolisis: hipoglucemia, yodoacetato crítico en neuronas
* B-oxidación: ácido 4-pentenoico crítico en músculo cardiaco
* Piruvato Deshidrogenasa: arsenito, DCl-VinilCYS, p-benzoquinona
** aconitasa fluoroacetato, NO
II.- Inhibición el transporte electrónico.
* Inhibidores de los complejos del TE :
*** I.- NADH-CoEQ reductasa: rotenona, amital, MetPhPiridinium(DPP+)
*** II.- succinato DesH: malonato, DCVC, PentaCl-ButDien-cys, 2Br-hidroquinona
*** II.- Coenzima Q-Cit c reductasa: antimicina A, mixotiazol, PCBs
*** III.- Citocromo c oxidasa: CN-, SH, azida, fórmico
*** IV.- Inhibidores múltiples: dinitro-anilina, herbicidas difenil-eter, NO, PCBs
* Aceptores de electrones: CCl4, doxorrubicina, menadiona, DPP+
III.- Inhibición de la liberación de O2 a la CTEM.
* Agentes que provocan parálisis respiratoria: convulsivos, depresores del CNS
* Agentes que causan isquemia: alcaloides, cocaina
* Agentes que inhiben la oxigenación de la Hb: CO, agentes oxidantes que forman meta Hb(Fe3+)
IV.- Inhibición de la fosforilación del ADP , se puede producir al nivel de:
1 ATP sintasa: oligomicina, DDT, clordecone
2 Transportador ADP/ATP (antiporte): atractilosido, DDT, Ac Grasos, lisopospolípidos
3 Transportador de fosfato: N-etil maleimida, p-benzoquinona
4 Agentes desacoplantes del potencial de membrana:
* * Ionóforos: penta-Cl-fenol, dinitro-fenol, benzo-nitrilo, salicilato,
valinomicina, gramicidina
* * Agentes permebealizantes de la membrana interna mitocondrial:
pentaCl-butadienil-CYS, clordecone.
El daño sobre la fosforilación oxidativa que impide la refosforilación del ADP, produce la acumulación del ADP y de los productos de su hidrólisis, a la vez que una disminución en los niveles de ATP. Hepatocitos en cultivo expuestos a KCN y yodoacetato exhiben un rápido aumento de H+ y Mg+2 citosólicos, como resultado de la hidrólisis de las sales de ADP y AMP con Mg+2, al igual que la salida al medio de Pi y Mg+2. La caída en los niveles de ATP comprometen todas las operaciones que dependen de él. La pérdida de iones influye sobre el volumen celular, disminuyéndolo.
Problemas Asociados a las Citopatías Mitocondriales
SISTEMA DE ÓRGANOS
PROBLEMAS POSIBLES
Cerebro
Retraso en el desarrollo, retardo mental, demencia, convulsiones, desórdenes neuro-psiquiátricos, paralsis cerebral atípica, migrañas, infartos
Nervios
Debilidad (que puede ser intermitente), dolor neuropático, ausencia de reflejos, problemas gastrointestinales (reflujo gastroesofágeo, vaciado gástrico retrasado, constipación, pseudo obstrucción), desmayos, ausencia o exceso de sudor relacionados con problemas de regulación de la temperatura
Músculos
Debilidad, hipotonia, calambres, dolor muscular
Riñones
Desgaste proximal renal tubular que provoca pérdida de proteínas, magnesio, fósforo, calcio y otros electrolitos
Corazón
Defectos en los conductos cardiacos (bloqueos del corazón), cardiomiopatía
Hígado
Hipoglicemia (niveles de azúcar bajos en la sangre), falla del hígado
Ojos
Pérdida de visión y ceguera
Oídos
Pérdida auditiva y sordera
Páncreas
Diabetes y falla pancreatítica exocrina (incapacidad para generar encimas digestivas)
Sistémico
Incapacidad para subir de peso, corta estatura, fatiga, problemas respiratorios incluyendo sofocamientos intermitentes
Enfermedades mitocondriales con pérdidas visuales y auditivas con sus descripciones
Bibliografía:
J. Pelableuo. Bioquimica Mitocondrial,1 edición,Barcelona, 1998.
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