REACCIONES QUIMICAS

CUESTIONARIO

1.     Durante el metabolismo celular, ¿Qué tipo de reacciones se llevan a cabo en el ciclo de Krebs? ¿Cuál es la formula general del metabolismo anaeróbico y aeróbico de la molécula de glucosa?

 El Ciclo de Krebs es el punto central donde confluyen todas las rutas catabólicas de la respiración aerobia.Este ciclo se realiza en la matriz de la mitocondria y se da en ocho pasos que son:

ADICION DEL GRUPO ACETILO AL OXALACETATO (SINTESIS DEL CITRATO). Esta reacción está catalizada por la enzima "Citrato sintasa" y es una reacción de adición de un grupo acetilo, a una molécula de cuatro átomos de carbono denominada "oxalacetato". El grupo acetilo es transportado, por la coenzima A, una coenzima especializada en el transporte de estos grupos de dos átomos de carbono provenientes tanto de la glucólisis como de la b−oxidación de ácidos grasos.

·         Tipo de reacción Síntesis: Adición Acetilación o Acilación

·         Enzima: Citrato Sintasa: esta enzima trabaja con una coenzima denominada Coenzima A (CoA)

·         Sustrato: Oxalacetato (o ácido oxálico) ·

·         Producto: Citrato (o ácido cítrico) ·

·          ðG° = −32.2 Kcal/mol ·

ISOMERIZACION DEL CITRATO A ISOCITRATO. En este paso, el ácido cítrico experimenta un reordenamiento, transposición del grupo hidroxilo de la posición 3 a la posición 2 formando el ácido isocítrico, su isómero. En el proceso se efectúa una deshidratación y se forma un producto intermedio denominado "cis−aconitato"; luego éste se rehidrata y el resultado final es la transposición del grupo hidróxilo (−OH) de la molécula. El proceso se cataliza por acción de la enzima aconitasa.

·         Tipo de reacción: Isomerización, Mecanismo de Hidratación, deshidratación ·

·         Enzima: Aconitasa: esta enzima es una hidratasa.

·         Sustrato: Citrato (o ácido cítrico) ·

·         Producto: Isociitrato (o ácido isocítrico)

·         ðG° = +6.3 kcal/mol ·

OXIDACION DEL ISOCITRATO A ð− CETOGLUTARATO. El grupo hidroxilo del isocitrato es oxidado hasta grupo carbonilo, con la correspondiente perdida de dos átomos de hidrógeno y un par de electrones; par que es "recibido" y transportado por la coenzima NAD+, por medio de la acción de la enzima "isocitrato deshidrogenasa".En consecuencia se debilita el enlace con el grupo carbonilo central y la molécula, pierde este grupo en forma de CO2. El producto obtenido es el a−cetoglutarato, también llamado "oxalosuccinato" que es una molécula con cinco (5) átomos de carbono.

·         Tipo de reacción: Oxidación: Deshidrogenación y Descarboxilación ·

·         Enzima: Isocitrato deshidrogenasa: esta enzima trabaja con NAD+ como coenzima

·         Sustrato: Isocitrato (o ácido isocítrico) ·

·         Producto: ð−Cetoglutarato (o ácido ð−Cetoglutárico) ·

·         ðG° = −20.9 kcal/mol ·

OXIDACION DEL ð− CETOGLUTARATO Y SINTESIS DE SUCCINIL−CoA. El ð− cetoglutarato es oxidado nuevamente por medio de un complejo multienzimático denominado " ð−cetoglutarato deshidrogenasa" . El mecanismo de esta reacción (y el tipo de enzimas que participan en éste), es el mismo presentado en la etapa de formación del "Acetil−CoA" a partir del Piruvato en la etapa de transición de la Glucólisis al Ciclo de Krebs. Durante este proceso la molécula de ð−cetoglutarato pierde un átomo de carbono ( liberado como CO2),quedando una porción de molécula de cuatro átomos de carbono que es "transportada por la Coenzima A ( en forma de "Succinil CoA), hacia la siguiente reacción. Este paso oxidativo también genera una molécula de NADH y un H+.

·         Tipo de reacción: Oxidación y síntesis: Deshidrogenación, Descarboxilación y síntesis

·         Enzima: Complejo ð−cetoglutarato deshidrogenasa: esta enzima trabaja con NAD+ como coenzima

·         Sustrato: ð−Cetoglutarato (o ácido ð−Cetoglutárico) ·

·         Producto: Succinil Coenzima A ·

·         ðG° = −33.5 kcal/mol ·

HIDROLISIS DEL SUCCINIL−CoA Y FORMACION DE GTP. El Succinil CoA se hidroliza mediante la acción de la enzima "succinil CoA sintetasa", liberando la coenzima A y el residuo de cuatro átomos de carbono que se convierte en la molécula de ácido succinico o "succinato". Esta reacción libera la energía suficiente para que se active una cascada de reacciones paralelas de síntesis, que comienza con la formación de GTP ( Guanosin trifosfato), a partir de GDP ( Guanosín monofosfato), la cascada continua con la transferencia del grupo fosfato desde el GTP al ADP para la formación final de ATP.

·         Tipo de reacción: Hidrólisis: acoplada a una síntesis de GTP ·

·         Enzima: Succinil CoA sintetasa

·         Sustrato: Succinil Coenzima A ·

·         Producto: Succinato (o ácido succínico) ·

·         ðG° = −2.9 kcal/mol ·

OXIDACIÓN DEL SUCCINATO. Esta etapa es catalizada por la enzima "Succinato deshidrogenasa", una oxidoreductasa que utiliza FAD como coenzima. El FAD es de mayor poder oxidante que el NAD+, y es utilizado en esta clase de proceso oxidativo, donde es necesario producir una insaturación en una cadena hidrocarbonada. Es posible producir la insaturación entre los carbonos a y b, debido a que los grupos carboxilo contiguos a éstos, debilitan los enlaces C−H.

·         Tipo de reacción: Oxidación: Deshidrogenación ·

·         Enzima: Succinato deshidrogenasa. Esta enzima utiliza FAD como coenzima. ·

·         Sustrato: Succinato (o ácido succínico) ·

·         Producto: Fumarato (o ácido Fumárico) ·

·         ðG° = 0.0 kcal/mol ·

HIDRATACION DEL FUMARATO. Esta etapa es catalizada por la enzima "Fumarasa", una hidratasa. El agua se adiciona a la insaturación del ácido fumárico (o fumarato), formando un a−hidroxiácido: el ácido málico (o malato).

·         Tipo de reacción: Hidratación ·

·         Enzima: Fumarasa. Esta enzima es una hidratasa

·         Sustrato: Fumarato (o ácido Fumárico) ·

·         Producto: Malato (o ácido Málico) ·

·         ðG° = −3.8 kcal/mol ·

OXIDACION DEL MALATO · Esta etapa es catalizada por la enzima "Malato deshidrogenasa", una oxidorreductasa que utiliza NAD+ como coenzima. El NAD+ oxida el grupo alcohol del a−hidroxiácido a grupo carbonilo para producir nuevamente el a−cetoácido que sirve de sustrato para el primer paso: el oxalacetato, completando de esta manera el ciclo.

·         Tipo de reacción: Oxidación: Deshidrogenación ·

·         Enzima: Malato deshidrogenasa. Esta enzima trabaja con NAD+ como coenzima

·         Sustrato: Malato (o ácido Málico) ·

·         Producto: Oxalacetato (o ácido Oxalacético) ·

·         ðG° = +29.7 kcal/mol ·

2.     ¿En qué tipo de reacciones participan los citocromos y NADP?  Explique y sustente.

Los citocromos, son proteínas de color oscuro que desempeñan una función vital en el transporte de energía química en todas las células vivas. Las células animales obtienen la energía de los alimentos mediante un proceso llamado respiración aerobia; las plantas capturan la energía de la luz solar por medio de la fotosíntesis. Los citocromos intervienen en los dos procesos.

Se tratan de metaloporfirinas (proteínas que tienen un anillo compuesto de 4 pirroles, llamado porfirina, que encierra un átomo metálico por enlaces coordinados), del tipo hemo, es decir, es el hierro, cuyo estado de oxidación varía de +3 a +2, el que forma parte del anillo. El átomo metálico es el que da al citocromo el color oscuro característico. Hay tres grandes tipos de citocromos llamados a, b y c, clasificados en función del espectro de absorción y del tipo de grupo hemo.

·         Citocromo b, contienen hierro-protoporfirina IX (existen 15 clases de porfirinas aunque solo la IX aparece en la naturaleza), conocida como hemo a.

·         Citocromo c, contienen el grupo hemo c, que a diferencia de los otros hemos se une directamente ( y no por enlaces coordinados) a la proteína, concretamente a través de dos cisteínas que forman sendos enlaces tiol.

·         Citocromo a, Contienen hemo a que es una forma modificada de la protoporfirina IX. Es importante mencionar que los citocromos a de la cadena de transporte están asociados a átomos de cobre, que serán oxidados reducidos por los Fe de las porfirinas, pero nunca el Cu formará parte de los grupos hemo.

Los citocromos están incorporados en la membrana celular de las bacterias y en las membranas internas de las mitocondrias (orgánulos presentes en las células animales y vegetales) y de los cloroplastos (que sólo se encuentran en las células vegetales). Durante la respiración y la fotosíntesis, las moléculas de citocromo aceptan y liberan alternativamente electrones, que pasan a otro citocromo en una cadena de reacciones químicas llamada transferencia de electrones, que funciona con liberación de energía. Esta energía se almacena en forma de adenosín trifosfato (ATP). Cuando la célula necesita energía, la toma de sus reservas de ATP.

NADP

La dinucleótido de nicotinamida adenina; abreviada NAD+ en su forma oxidada y NADH en su forma reducida, es una coenzima encontrada en células vivas y compuesta por un dinucleótido, ya que consiste en dos nucleótidos unidos a través sus grupos fosfatos, uno de ellos conteniendo una base adenina y el otro conteniendo nicotinamida. Su función principal es el intercambio de electrones e hidrogeniones en la producción de energía de todas las células.

En el metabolismo, el NAD+ se involucra en reacciones de reducción-oxidación, llevando los electrones de una reacción a otra. Debido a esto, la coenzima se encuentra en dos formas de la célula: como un agente oxidante; que acepta electrones de otras moléculas y las vuelve reducidas. Esta reacción da como resultado la segunda forma de la coenzima, el NADH, que es la forma reducida del NAD+ y puede ser usado como agente reductor para donar electrones. Estas reacciones de transferencia de electrones son la principal función del NAD+, que es también usado en otros procesos celulares, siendo el más notable su actuación como sustrato de enzimas que adhieren a remueven grupos químicos de las proteínas,, en modificación postraduccionales. Debido a la importancia de estas funciones, la enzimas involucradas en el metabolismo del NAD+ son objetivos para el descubrimiento de drogas.

En los organismos, el NAD+ puede ser sintetizado de simples bloques de construcción desde amionoácidos de triptófano o ácido aspártico. De forma alternativa, más componentes completos de las coenzimas son tomados de la comida como la vitamina llamada niacina. Asimismo se dan a conocer compuestos similares por las reacciones que rompen la estructura del NAD+. Estos componentes preformados pasan entonces a través de un camino de rescate que los recicla de nuevo a la forma activa. Algunas coenzimas de NAD+ son también convertidas en nicotinamida adenina dinucleótido fosfato (NADP+); la química e estas coenzimas relacionadas es similar a la del ADN+, pero tiene diferentes roles en el metabolismo.

3.     ¿Qué tipo de reacciones suceden en la transformación del ATP en ADP y después en AMP? Explique y sustente.

La energía de la unión fosfato en el ATP  puede ser retenida en el organismo hasta el momento en el cual este es requerida.

Como se puede apreciar en la figura el ATP es una combinación de adenina, ribosa y tres enlaces ricos en energía. La energía libre de cada uno de estos enlaces es de  unas 7300 en condiciones ambientales, y de 1200 calorías de energía. Cuando un ATP  a perdido un radical fosfato se llama adenosinadifosfato (ADP), y cuando ha perdido los dos, adenosinamonofosfato (AMP). Las interconversiones de ATP, ADP y AMP son:

La degradación del ATP→  ADP implica la pérdida de un grupo fosfato terminal del ATP; la síntesis de ADP → ATP restablece dicho fosfato terminal. Sin embargo, esta interconversión equivale tan solo a la mitad de la descripción. El resto consiste en la perdida de los procesos. Al respecto, el hecho es que el ATP es una molécula menos estable que el ADP y el Pi

Por lo tanto, el ATP representa un estado de energía más elevado que el ADP y el Pi

4.     ¿Cuáles son los tipos de enzimas que usa el ser humano? Haga una lista y explique cada uno de sus componentes.

ENZIMAS:

Moléculas proteicas encargadas de la catálisis de reacciones químicas en los seres vivos, aceleran la velocidad de reacción por medio de disminuir la energía de activación.

CLASIFICACION

·       Clase 1. Oxido-reductasas, Procesos de óxido-reducción. Ej: Deshidrogenasas, peroxidasas

·       Clase 2. Transferasas, Transferencia de grupos funcionales: amino, acilo, fosfato, glucosilo, grupo monocarbonados. Ej: transaminasas, quinasas.

·       Clase 3. Hidrolasas, Catalizan la ruptura de enlaces químicos con la participación de las moléculas de agua. Reacciones de hidrólisis de: enlaces éster (lipasas, fosfatasas); de enlaces glucosídicos (sacarasas, amilasas), de enlaces peptídicos (tripsina, pepsina, etc)

·       Clase 4. Liasas, Catalizan reacciones en las cuales se eliminan grupos  H2O, NH3, CO2  para formar doble enlace o añadirse a un doble enlace.

·       Clase 5. Isomerasas, Catalizan isomerizaciones de diversos tipos (cis-trans, cetoenol, aldosa-cetosa). Ej: Isomerasas, epimerasas (mutasas).

·       Clase 6. Ligasas, Ligan o separan compuestos y para ello utilizan energía o liberan energía