BIOENERGETICA 2009

8/18/2019 BIOENERGETICA 2009

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UNIVERSIDAD PRIVADA ANTENORUNIVERSIDAD PRIVADA ANTENOR

ORREGOORREGOFACULTAD DE MEDIDINA HUMANAFACULTAD DE MEDIDINA HUMANA

BIOQUIMICABIOQUIMICA

BIOENERGETICA BIOENERGETICA

PedroPedro LezamaLezama


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GeneralidadesGeneralidades

Describe la transferencia y utilizaciDescribe la transferencia y utilizacióón de lan de la

energ energ í ía en losa en los sistemas biolsistemas biolóógicosgicos.. Utiliza las ideas bUtiliza las ideas báásicas de la termodinsicas de la termodináámica,mica,

particularmente el concepto de energ particularmente el concepto de energ í ía librea libre( ( ΔΔGG ). ).

( ( ΔΔGG ) proveen una cuantificaci ) proveen una cuantificacióón de lan de la

factibilidad energ factibilidad energ éética de una reaccitica de una reaccióón qun qu í ímica ymica ypueden proveer de una prediccipueden proveer de una prediccióón de si lan de si lareaccireaccióón podrn podráá suceder o no.suceder o no.


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Leyes de la termodinLeyes de la termodináámicamica

Primera LeyPrimera Ley : "La energ : "La energ í ía del universo permanecea del universo permanececonstante"(Ley de conservaciconstante"(Ley de conservacióón de la energ n de la energ í ía)a)

Segunda LeySegunda Ley: "La entrop: "La entrop í ía total del universo sea total del universo seincrementa"incrementa"

En sistemas biolEn sistemas biolóógicos (isobgicos (isobáárico)rico) ΔΔHH == ΔΔUU ++ PPΔΔ V V ΔΔG =G = ΔΔHH -- T TΔΔSSΔΔ

GG ==ΔΔ

GG°° + RT+ RT lnln [ [ ΔΔGG°°== -- 2,32,3 RTlog RTlog K K

H = entalpH = entalp í ía; G = energ a; G = energ í ía libre dea libre de GibssGibss


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Cambios energéticos


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Requerimientos energRequerimientos energééticosticos SintesisSintesis de macromolde macromolééculasculas

Carbohidratos:Carbohidratos: gluconeogenesisgluconeogenesis

ProteProte í ínas: traduccinas: traduccióónn LL í ípidos :pidos : BiomembranasBiomembranas Acidos Acidos nucleicos:nucleicos: ReoplicaciReoplicacióónn, Transcripci, Transcripcióónn

Gradiente electroquGradiente electroqu í ímico:mico: transporte activotransporte activoprimario y secundarioprimario y secundario

Tejidos excitables: Tejidos excitables: funcifuncióón neuronal, actividadn neuronal, actividadmuscularmuscular Crecimiento y reproducciCrecimiento y reproduccióónn


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Vias Vias metabmetabóólicaslicas MetabolismoMetabolismo: conjunto de reacciones qu: conjunto de reacciones qu í ímicas quemicas que

interconvierteninterconvierten molmolééculas biolculas biolóógicasgicas

En el humano, en el metabolismo podemos distinguirEn el humano, en el metabolismo podemos distinguirdos grandes aspectos:dos grandes aspectos: El intercambio de materia y energ El intercambio de materia y energ í ía dentro dela dentro del

propio organismo y con su entornopropio organismo y con su entorno La transmisiLa transmisióón de informacin de informacióón genn genéética, ya sea detica, ya sea de

unos a otros compartimentos de la propia cunos a otros compartimentos de la propia céélula, ylula, y

de una cde una céélula a su progenielula a su progenie PresentaPresenta vias vias anabanabóólicaslicas yy catabcatabóólicaslicas, as, as í í comocomo

anfibanfibóólicaslicas

Como energ Como energ í ía metaba metabóólica se generalica se genera ATP ATP y otrasy otrasmolmolééculas ricas energ culas ricas energ ééticamenteticamente


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Transporte activo yotros procesos que

requieren energía

alimentos Intermediarios

metabólicos

Carbohidratos,

lípidos, proteínas

y ácidos nucleicos

ADP ATP ADP + Pi/ AMP + PPi

energía

Producto de

excreción

Pii

energía


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- ∆G

+ ∆G


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MetabolismoMetabolismo Celular Celular

CatabolismoCatabolismo Anabolismo

Energía


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mm

eett

aabb

ooll

iiss

mmoo


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CATABOLISMO ANABOLISMO


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MitocondriaMitocondria


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GLUCOSA

glucolisisglucolisis

PIRUVATO

LACTATO

ETANOL

VIA ANAEROBICAVIA ANAEROBICA

ACETALDEHIDO

VIA AEROBICAPIRUVATOPIRUVATODESHIDROGENASADESHIDROGENASA

(PDH)(PDH)

Ciclo


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Ciclode

Krebs


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Ciclo deCiclo de

KrebsKrebs

oo

Ciclo delCiclo deláácidocido

tricarboxtricarboxíílicolico(ATC)(ATC)


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Funciones del CK Funciones del CK

Produce coenzimas reducidas que alimentan la cadenaProduce coenzimas reducidas que alimentan la cadenarespiratoria para la produccirespiratoria para la produccióón de ATP en la fosforilacin de ATP en la fosforilacióónnoxidativaoxidativa

Produce casi todo el COProduce casi todo el CO2

metabmetabóólico.lico. Dirige el exceso de energ Dirige el exceso de energ í ía y muchos intermediarios hacia laa y muchos intermediarios hacia la

ss í íntesis de AG.ntesis de AG. Proporciona precursores para la sProporciona precursores para la s í íntesis de protentesis de prote í ínas ynas y acidosacidos

nucleicos.nucleicos. Sus componentes regulan de forma directa (productoSus componentes regulan de forma directa (producto--precursor)precursor)

o indirecta (Alosto indirecta (Alostéérica) a otros sistemas enzimrica) a otros sistemas enzimááticos.ticos.

Es la v Es la v í ía coma comúún para la degradacin para la degradacióón metabn metabóólica delica de CHO,LipidosCHO,Lipidosy Protey Prote í ínas.nas. Es nexo de v Es nexo de v í ías metabas metabóólicas en la que los CHO, salen paralicas en la que los CHO, salen para

formar lformar l í ípidos y los aminopidos y los aminoáácidos salen a formar CHOcidos salen a formar CHO(Gluconeog (Gluconeog éénesis).nesis).


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Flujo de electronesFlujo de electrones


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Componentes de la CR Componentes de la CR

Complejo

Nombre Número de

proteínas

Grupo prostético

Complejo I NADH Deshidrogenasa 46 FMN, 9 centros Fe-S

Complejo II Succinato-CoQ

Reductasa

5 FAD, cyt b560

, 3 centros Fe-S

Complejo III CoQ-cyt c Reductase 11 cyt bH, cyt bL, cyt c1, Fe-S

Rieske

Complejo IV Citocormo Oxidasa 13 cyt a, cyt a3, Cu

A, Cu

B


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Cadena transportadora de electronesCadena transportadora de electrones


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TeorTeorííaa quimiosmoticaquimiosmotica dede MitchelMitchel


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TeorTeorííaa quimiosmoticaquimiosmotica dede MitchelMitchel


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Complejo ATPasaComplejo ATPasa


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FosforilaciFosforilacióón Oxidativan Oxidativa

La teorLa teor í íaa quimiosmquimiosmóóticatica mitocondrialmitocondrial


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qq((MitchellMitchell, 1965), 1965)

NADH O22e-

10 H+

3 H+

ATP ADP

La membrana interna esLa membrana interna esimpermeable a los Himpermeable a los H++..

La transferencia de electronesLa transferencia de electrones

en la cadena respiratoriaen la cadena respiratoriaproduce la extrusiproduce la extrusióón vectorialn vectorial

de Hde H++ alal citosolcitosol..

A ambos lados de laA ambos lados de lamembrana internamembrana interna mitocondrialmitocondrial

se establece unse establece un ““potencial opotencial o

fuerzafuerza protomotrizprotomotriz””

El potencial electroquEl potencial electroquí í mico demico de

los Hlos H++ determina su pasaje pordetermina su pasaje por

la Fla F11--ATPasaATPasa y la sy la sí í ntesis dentesis deATP.ATP.


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ÓÓ


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REGULACIREGULACIÓÓN DEL CONSUMO DEN DEL CONSUMO DE

OX OX ÍÍGENO MITOCONDRIALGENO MITOCONDRIAL

TRES PROTEINAS

REGULAN LA RESPIRACION

1. La FLa F11--ATPasaATPasa (factor(factor

limitante: ADP)limitante: ADP)

2. La2. La mtNOSmtNOS (produce NO)(produce NO)

3. La3. La citocromocitocromo oxidasaoxidasa (factor(factor

limitante:NO/Olimitante:NO/O22))

2 H+

2 H

+

2 H+

2 H+

O2NO

ADP

ATP

NADH

F1-ATPasa

mtNOS

Citocromo oxidasa


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RegulacionRegulacion del Ciclo de Krebsdel Ciclo de Krebs

ENZIMA MODULADORES (+) MODULADORES (-)

Complejo Piruvato deshidrogenasa

Citrato sintasa

Isocitrato deshidrogenasa

Complejo alfa cetoglutarato

deshidrogenasa

AMP, NAD+, CoA

ADP

ADP

---

ATP, Acetil CoA, NADH

GTP (Feed back)

ATP, Succinil CoA,citrato, NADH

ATP

Succinil CoA, NADH

ALGUNOS INHIBIDORES DE LA ALGUNOS INHIBIDORES DE LA


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PRODUCCIPRODUCCIÓÓN DE ATPN DE ATPREGION INHIBIDOR MODO DE ACCION

Cadena

Respiratoria

ATPasa

Ionoforos

H+

K+

K+, Na+, H+

K+ /H+

Na+ /H+

Cianuro, H2S, CO

Azida

Rotenona

PieridicinaAmital

Antimicina A

Oligomicina,rutamicina

DCCD, Bio9

Dinitrofenol

Valinomicina

Gramidicina

Nigericina

Monensina

Arsenato

Inhibe la citocromo oxidasa

Inhibe la citocromo oxidasa; con frecuencia ATPAsa

Inhibidores especificos del primer sitio de

acoplamiento, probablemente del lado del Oxigeno de laCoenzima Q

Inhibidor específicos del 2do sitio de acoplamiento,

entre los citocromos b y c

Inhiben la ATPasa mitocondrial, pero no la bacterianaInhiben a la ATPasa mitocondrial y bacteriana

Conduce Hidrogeno, es un agente desacoplante

Conduce el K, a veces es un agente desacoplanteRelativamente inespecífica para cationes monovalentes,

agente desacoplante

Media electricamente el intercambio de K por H; pero

generalmente no actúa como desacoplante

Media eléctricamente el intercambio de K por H; perogeneralmente no actúa como desacoplante

Actua como desacoplante al no poder unirse al ADP

INHIBIDORES EN LOS COMPLEJOSINHIBIDORES EN LOS COMPLEJOS


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INHIBIDORES EN LOS COMPLEJOSINHIBIDORES EN LOS COMPLEJOS

RESPIRATORIOSRESPIRATORIOS

ComplejoComplejo I :I : RotenonaRotenona

ComplejoComplejo III:III: Antimicina Antimicina A A

ComplejoComplejo IV:IV: MonoxidoMonoxido dede CarbonoCarbono,, cianurocianuro

Complex V (ATP sintasa):Complex V (ATP sintasa): OligomicinaOligomicina

ATP: ADP Translocasa ( ATP: ADP Translocasa ( Antiporter Antiporter ):): Atractilosido Atractilosido


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ENFERMEDADES RELACIONADOS CON DEFECTOSENFERMEDADES RELACIONADOS CON DEFECTOS


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EN LOS PROCESOS DE RESPIRACION CELULAREN LOS PROCESOS DE RESPIRACION CELULAR

SonSon muymuy rarosraros::

generangeneran acidosisacidosis

lláácticactica yy patologiaspatologiasmuscularesmusculares yy

nerviosasnerviosas..

EjemplosEjemplos lalaneuropatianeuropatia opticaoptica

hereditariahereditaria dede

Leber Leber ,, sindromesindrome dedeLeigh,Leigh,

encefalomiopatiasencefalomiopatias

mitocondrialesmitocondriales

ManifestacionesManifestaciones MultisistMultisistéémicasmicas


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ManifestacionesManifestaciones MultisistMultisistéémicasmicas SS í íntomas generales: retraso desarrollontomas generales: retraso desarrollo pondoestaturalpondoestatural,,

fatiga, sfatiga, s í íntomas respiratorios episntomas respiratorios episóódicos que incluyendicos que incluyendisnea intermitente. Sdisnea intermitente. S í íntomas derivados de compromisontomas derivados de compromisode sistema nervioso central (SNC) y perif de sistema nervioso central (SNC) y perif ééricorico

SS í íntomas derivados de compromiso sensorial: retinopatntomas derivados de compromiso sensorial: retinopat í ía,a,hipoacusiahipoacusia..

SS í íntomas derivados de compromiso renal:ntomas derivados de compromiso renal: GlomerulopatGlomerulopat í íaa.. SS í íntomas digestivos: v ntomas digestivos: v óómitos o diarreas epismitos o diarreas episóódicas, reflujodicas, reflujo

gastroesof gastroesof áágicogico,, gastroparesiagastroparesia,, pseudobstruccipseudobstruccióónn intestinal,intestinal,

megacolon, retardo en el vaciamiento g megacolon, retardo en el vaciamiento g áástrico,strico,constipaciconstipacióón.n. SS í íntomas cardntomas card í íacos: relacionados a arritmias,acos: relacionados a arritmias,

miocardiopatmiocardiopat í íaa,, ss í íncopencope..

ManifestacionesManifestaciones MultisistMultisistéémicasmicas


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ManifestacionesManifestaciones MultisistMultisistéémicasmicas SS í íntomas endocrinolntomas endocrinolóógicos: diferentesgicos: diferentes endocrinopatendocrinopat í íasas,,diabetes mellitus,diabetes mellitus, hipoparatiroidismohipoparatiroidismo, d, dééficit de laficit de la

hormona de crecimiento.hormona de crecimiento.

SS í íntomas psiquintomas psiquiáátricos.tricos. SS í íntomas hematolntomas hematolóógicos: anemiagicos: anemia sideroblsiderobláásticastica,,

pancitopeniapancitopenia,, vacuolizaci vacuolizacióónn de cde céélulaslulas hematopoy hematopoy ééticasticas

y deficiencia pancrey deficiencia pancreáática exocrinatica exocrina Ocurrencia en una familia de: muertes inexplicadas,Ocurrencia en una familia de: muertes inexplicadas,

hipoacusiahipoacusia,, cardiomiopatcardiomiopat í íaa, siguiendo habitualmente un, siguiendo habitualmente un

patrpatróón de herencia materna.n de herencia materna. Ocurrencia en una misma familia de individuos conOcurrencia en una misma familia de individuos con

distintas enfermedades derivados de compromiso dedistintas enfermedades derivados de compromiso desistemas no embriolsistemas no embriolóógicamente relacionadosgicamente relacionados

M if i N lM if i N lóó ii


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Manifestaciones NeurolManifestaciones Neurolóógicasgicas

Trastornos parox Trastornos parox í ísticos (migrasticos (migrañña, epilepsia, sincope, v a, epilepsia, sincope, v óómitos)mitos) Trastornos del movimiento (parkinson). Trastornos del movimiento (parkinson). DDééficit neurolficit neurolóógicos focales (que siguen un perfil vascular).gicos focales (que siguen un perfil vascular). Episodios semejantes a infartos especialmente en < de 40 aEpisodios semejantes a infartos especialmente en < de 40 añños.os. EncefalopatEncefalopat í ías recurrentes.as recurrentes. Demencia.Demencia. OftalmoplejiaOftalmoplejia (ptosis).(ptosis). SS í íntomas derivados de compromiso de sistema nervioso perif ntomas derivados de compromiso de sistema nervioso perif ééricorico

(miopat(miopat í ía o neuropata o neuropat í ía): Intolerancia al ejercicio, debilidad musculara): Intolerancia al ejercicio, debilidad muscular(puede ser intermitente), dolor(puede ser intermitente), dolor neuropneuropááticotico,, arreflexiaarreflexia, trastornos de, trastornos dela sudoracila sudoracióón con alteracin con alteracióón en la regula lo de la temperatura, etc.n en la regula lo de la temperatura, etc.

RESUMENRESUMEN


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RESUMENRESUMEN

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