Bioenergetica CK

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Bioenergética
Bioquímica
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Bioenergética
• Es el estúdio de la transformación de la energia dentro de las células
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2 Leyes de la Termodinámica 
1. Primera Ley de la Termodinámica
• La energía en el universo es constante. No se crea ni se destruye, se 
transforma
2. Segunda Ley de la Termodinámica 
• El grado de desorden del universo (sistema + entorno) siempre 
tiende a aumentar
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Conceptos de la Termodinámica
• Un sistema termodinámico: es por ejemplo una reaccion química 
de una vía metabólica
• El entorno es la matéria del resto del universo
• El Sistema + el Entorno forma el universo
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Bioenergética
• Energía libre de Gibbs (G) 🡪 Energía libre capaz de 
realizar trabajo
El cambio en la energía libre de Gibbs durante una 
reacción provee información útil acerca de la energía y 
espontaneidad de la reacción. Su definición seria: 
∆G negativo ―‣ reacción exergónica (libera energía) ―‣ 
Espontanea (Joules/mol)
∆G positivo ―‣ reacción endergónica (consume 
energía) ―‣ No espontanea (Joules/mol)
∆G zero ―‣ reacción en equilibrio
• Entalpia (H) 🡪 Calor intercambiado durante la 
transformación (Joules/mol)
• Entropía (S) 🡪 desorden del sistema
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El cambio energía libre (∆G) depende de la concentración 
de P y R
• 🡪 Es la variación de la energía libre de Gibbs EN CONDICION ESTANDART 
- P= 1 atm - T=25 °C - [R]= 1M - [P]= 1M - pH = 7
Esas condiciones no están presentes en una célula, pero se define porque nos permite conocer 
otros criterios de la reacción que se analisa que es el Equilibrio de las reacciones y si las reacciones 
pueden ser o no Reversibles.
Las concentraciones de P 
y R en equilíbrio definen 
Keq
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Equilibrio
• El equilíbrio químico de una reacción se genera cuando las reacciónes directas y inversas ocuren 
en la misma velocidad
• Si el valor de la constante de equilibrio (Keq) es cercanos a 1 la reacción esta cerca del 
equilíbrio. Entonces se puede decir que la reacción es reversible
• En el quilibrio la Energia libre disminuye y no se puede realizar trabajo
• Si las reacciones en una célula alcanzaran el equilibrio, la célula moriría porque no habría 
energía libre para realizar el trabajo necesario para mantenerla viva.
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Acoplamiento
• El acoplamiento es una forma de mantener las reacciones en la 
direccion correcta 🡪 Espontanea
ENDERGONICA – NO 
ESPONTANEA
EXERGONICA - 
ESPONTANEA
EXERGONICA - 
ESPONTANEA
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La hidrólisis de ATP es una reacción muy 
exergónica
• Una molécula de ATP posé 4 carga negativas
Eso regenera una repulsión entre si. Debido a eso, el ATP se 
convierte en una molécula muy inestable. Para eliminar la 
repulsión se hidroliza el ATP
• Estabilización por Resonancia 
Resonancia: los eléctrones cambian de posición pero los 
átomos no cambian, confieren característica de doble enlace y 
las cargas negativas estan estabilizadas. Hay mayor estabilidad 
del producto en relación al reactivo
• Ionización
A pH fisiológico esta favorecido la liberación de H+ hacia el 
médio y con eso favorece la estabilización por resonancia
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Gracias!
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Metabolismo – Ciclo 
de Krebs
Bioquímica
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Metabolismo
• Es el conjunto de procesos en el que las células 
obtienen la energia y poder reductor apartir del 
entorno para luego sintetizar las macromoléculas 
utilizando esta energia y poder reductor
Anabolismo: reacciones químicas que requieren aporte 
de energía y poder reductor para la síntesis de moléculas 
orgánicas complejas a partir de moléculas pequeñas. 
∆G>0
Catabolismo: reacciones químicas que transforman 
combustibles en energía celular. ∆G<0
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Metabolismo
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Ciclo de Krebs
• Produce Poder Reductor
Resultad de moléculas de Acetil CoA 
provenientes de la degradación de glúcidos, 
ácidos grasos y aminoácidos el Acetil CoA se 
oxida a CO2 y genera 3 NADH + FADH2
• Produce Energia
Las moléculas de NADH + H+ y FADH2 van a 
fosforilación oxidativa y generan moléculas de 
ATP
• Produce Intermediários Metabólicos
Succinil CoA
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CICLO DE KREBS
Isomerización a 
Isocitrato
Enzima está unida a 
membrana interna de 
la mitocondria y 
tiene un FAD unido 
covalentemente 
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Regulación del ciclo de Krebs – 
3 Puntos de Control
• Las 3 reacciones del Ciclo de Krebs 
Irreversibles tienen una Regulación 
Alostérica
• Las 3 Enzimas tienen regulación 
Alostérica en el ciclo son: 
- Citrato Sintasa
- Isocitrato Deshidrogenasa
- α cetoglutarato Deshidrogenasa
• Regulación Alostérica, es cuando un 
modulador alostérico (+) o (-) se unen a 
un sítio de la enzima, diferente del sítio 
activo, para luego inhibir o activar la 
acción de la enzima
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El Ciclo de Krebs es una vía anfibólica
• Anfibólico porque el ciclo de Krebs tiene reacciones catabólicas y 
anabólicas
• Es catabólico: porque promueve la oxidación de acetilCoA, a dos 
moléculas de CO2
• Es anabólico: porque promueve la unión de moléculas pequeñas 
para formar moléculas mayores. Ejemplo: Acetil CoA + Oxalacetato 
= Citrato
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Reacciones Anapleuróticas
• Para que el Ciclo de Krebs tenga una función tanto anabólica como 
catabólica, las concentraciones de los compuestos intermedios formados 
son mantenidas y controladas mediante reacciones auxiliares 
reacciones anapleróticas
• Son Reacciones que sintetizan intermediários para el Ciclo de Krebs, 
cuando eses intermediários son utilizados para otras vías metabólicas
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Reacciones Anapleuróticas - Ejemplos
• Transaminaciones (Aminoácidos)
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Fosforilación 
Oxidativa
Bioquímica
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Fosforilación Oxidativa
• La fosforilación oxidativa es una de las etapas metabólicas de la 
respiración celular. Es un sistema de dadores y aceptores de 
electrones de forma espontanea hacia el aceptor final 🡪 O2
• Ocurre un proceso acoplado de: oxidación de moléculas (NADH + 
H+ y FADH2) que reducen el O2 🡪 H2O y también ocurre la síntesis 
de ATP
• Esta presente en la Membrana interna de la Mitocondria
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Potencial de Reducción 
• Es la capacidad que una molécula tiene de aceptar electrones y 
reducirse
OJO: 
OxiDAR Dar electrones
REducir Receber 
electrones
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Cadena Transportadora de Electrones
Espácio 
Intermembranas
Mitocondria
OJO: Tiene como función aumentar 
el Gradiente Electroquímico para 
luego sintetisar ATP
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1 Complejo: NADH Deshidrogenasa
• El NADH + H+ (reducido) se 
oxida reduciendo la Flavina 
mononucleótido
• La FMN se oxida reduciendo 
La Ubiquinona Q
• Ubiquinona Q transporta los 
electrones hacia el 3 complejo
• Se libera 4 H+ hacia el espacio 
intermembrana generando 
una Gradiente Electroquímico
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2 Complejo : Succinato Deshidrogenasa
• El FADH2 (reducido) se oxida 
reduciendo el Fe-S
• El Fe-S se oxida reduciendo la 
Ubiquinona Q
• Ubiquinona Q transporta los 
electrones hacia el 3 complejo
• OJO: La Ubiquinona Q 
también puede recibir 
electrones a partir de un FAD 
reducido presente en la enzima 
Glicerol 2P Deshidrogenasa
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3 Complejo: Citocromo BC1 
• Ubiquinona Q transporta los 
electrones hacia el 3 complejo 🡪 
Citocromo B
• Citocromo B se oxida 
reduciendo el Citocromo C1
• Citocromo C1 se oxida 
reduciendo el Fe-S
• Fe-S se oxida reduciendo el 
Citocromo C 
Q
B
Fe-S
CITOCROMO C
4 H+
C1
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4 Complejo: Citocromo Oxidasa
• Citocromo C se oxida 
reduciendo el Citocromo A1 
• Citocromo A1 se oxida 
reduciendo el Citocromo A3
• Citocromo A3 se oxida 
reduciendo el Cobre 
• Cobre se oxida reduciendo el 
O2, que es el acceptor final de 
los electrones 
• El O2 acepta los electrone y 2 
H+ 🡪 H2O
CITOCROMO C
A1
A3
Cu+
2 H+
O2 + H+ = H2O 
MATRIZ
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Fosforilación 
Oxidativa
Bioquímica
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Fosforilación Oxidativa
• La fosforilación oxidativa es una de las etapas metabólicas de la 
respiración celular. Es un sistema de dadores y aceptores de 
electrones de forma espontanea hacia el aceptor final 🡪 O2
• Ocurre un proceso acoplado de: oxidación de moléculas (NADH + 
H+ y FADH2) que reducen el O2 🡪 H2O y también ocurre la síntesis 
de ATP
• Esta presente en la Membrana interna de la Mitocondria
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Potencial de Reducción 
• Es la capacidad que una molécula tiene de aceptar electrones y 
reducirse
OJO: 
OxiDAR Dar electrones
REducir Receber 
electrones
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Cadena Transportadora de Electrones
Espácio 
Intermembranas
Mitocondria
OJO: Tiene como función aumentar 
el Gradiente Electroquímico para 
luego sintetisar ATP
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1 Complejo: NADH Deshidrogenasa
• El NADH + H+ (reducido) se 
oxida reduciendo la Flavina 
mononucleótido
• La FMN se oxida reduciendo 
La Ubiquinona Q
• Ubiquinona Q transporta los 
electrones hacia el 3 complejo
• Se libera 4 H+ hacia el espacio 
intermembrana generando 
una Gradiente Electroquímico
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2 Complejo : Succinato Deshidrogenasa
• El FADH2 (reducido) se oxida 
reduciendo el Fe-S
• El Fe-S se oxida reduciendo la 
Ubiquinona Q
• Ubiquinona Q transporta los 
electrones hacia el 3 complejo
• OJO: La Ubiquinona Q 
también puede recibir 
electrones a partir de un FAD 
reducido presente en la enzima 
Glicerol 2P Deshidrogenasa
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3 Complejo: Citocromo BC1 
• Ubiquinona Q transporta los 
electrones hacia el 3 complejo 🡪 
Citocromo B
• Citocromo B se oxida 
reduciendo el Citocromo C1
• Citocromo C1 se oxida 
reduciendo el Fe-S
• Fe-S se oxida reduciendo el 
Citocromo C 
Q
B
Fe-S
CITOCROMO C
4 H+
C1
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4 Complejo: Citocromo Oxidasa
• Citocromo C se oxida 
reduciendo el Citocromo A1 
• Citocromo A1 se oxida 
reduciendo el Citocromo A3
• Citocromo A3 se oxida 
reduciendo el Cobre 
• Cobre se oxida reduciendo el 
O2, que es el acceptor final de 
los electrones 
• El O2 acepta los electrone y 2 
H+ 🡪 H2O
CITOCROMO C
A1
A3
Cu+
2 H+
O2 + H+ = H2O 
MATRIZ
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Fosforilación 
Oxidativa
Bioquímica
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Fosforilación Oxidativa
• La fosforilación oxidativa es una de las etapas metabólicas de la 
respiración celular. Es un sistema de dadores y aceptores de 
electrones de forma espontanea hacia el aceptor final 🡪 O2
• Ocurre un proceso acoplado de: oxidación de moléculas (NADH + 
H+ y FADH2) que reducen el O2 🡪 H2O y también ocurre la síntesis 
de ATP
• Esta presente en la Membrana interna de la Mitocondria
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Potencial de Reducción 
• Es la capacidad que una molécula tiene de aceptar electrones y 
reducirse
OJO: 
OxiDAR Dar electrones
REducir Receber 
electrones
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Cadena Transportadora de Electrones
Espácio 
Intermembranas
Mitocondria
OJO: Tiene como función aumentar 
el Gradiente Electroquímico para 
luego sintetisar ATP
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1 Complejo: NADH Deshidrogenasa
• El NADH + H+ (reducido) se 
oxida reduciendo la Flavina 
mononucleótido
• La FMN se oxida reduciendo 
La Ubiquinona Q
• Ubiquinona Q transporta los 
electrones hacia el 3 complejo
• Se libera 4 H+ hacia el espacio 
intermembrana generando 
una Gradiente Electroquímico
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2 Complejo : Succinato Deshidrogenasa
• El FADH2 (reducido) se oxida 
reduciendo el Fe-S
• El Fe-S se oxida reduciendo la 
Ubiquinona Q
• Ubiquinona Q transporta los 
electrones hacia el 3 complejo
• OJO: La Ubiquinona Q 
también puede recibir 
electrones a partir de un FAD 
reducido presente en la enzima 
Glicerol 2P Deshidrogenasa
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3 Complejo: Citocromo BC1 
• Ubiquinona Q transporta los 
electrones hacia el 3 complejo 🡪 
Citocromo B
• Citocromo B se oxida 
reduciendo el Citocromo C1
• Citocromo C1 se oxida 
reduciendo el Fe-S
• Fe-S se oxida reduciendo el 
Citocromo C 
Q
B
Fe-S
CITOCROMO C
4 H+
C1
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4 Complejo: Citocromo Oxidasa
• Citocromo C se oxida 
reduciendo el Citocromo A1 
• Citocromo A1 se oxida 
reduciendo el Citocromo A3
• Citocromo A3 se oxida 
reduciendo el Cobre 
• Cobre se oxida reduciendo el 
O2, que es el acceptor final de 
los electrones 
• El O2 acepta los electrone y 2 
H+ 🡪 H2O
CITOCROMO C
A1
A3
Cu+
2 H+
O2 + H+ = H2O 
MATRIZ
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Como se acoplan el transporte de electrones 
con la sínteses de ATP
• El pasage de eléctrones por la cadena transportadora de eléctrones 
genera la liberación de H+ desde la matriz hacia el espacio 
intermembranas
• Se genera el Gradiente Electroquímico, o sea, aumento de H+ en el 
espacio intermembranas y disminución de H+ en la Matriz que se 
queda con mayor concentración de OH-
• Se genera un Gradiente de Cargas, o sea, carga + en el espacio 
intermembranas y carga - en la Matriz 
• Existe una Fuerza Proton-Motriz, generada por el gradiente de pH y la 
diferencia de potencial, en la que el H+ vuelve a la matriz mitocondrial 
através de un canal de H+ ubicado en la Enzima ATP Sintasa presente 
en la Membrana Mitocondrial interna.
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ATP Sintasa
• La enzima ATP Sintasa posé una Subunidad F0 y F1
• Hay una alta concentración de H+ en el espacio 
intermembranas pero el H+ no puede atravesar la 
MMI
• La Subunidad F0 es un canal de protones (H+) por 
donde passa los prótones desde el espacio 
intermembranas hacia la Matriz
• Al passar los H+ por las subunidades hace que la 
enzima se mueva y cambia la conformación de la 
subunidade F1
• Eso permite que el Sítio Activo estea libre para 
catalisar la reacción de sintesis de ATP 🡪 ADP + Pi
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Transporte de ATP + ADP por la Membrana
• Exiten 2 Enzimas en la MMI :
Fosfato Translocasa, en pH 7 el Pi seencuentra en las formas 
H2PO4 o HPO y por diferencia de gradiente entre los H+ de la 
matriz y espacio intermembranas, va ocurir ingresso de H+ en 
la matriz y luego el Pi entra junto
Adenina Nucleótido Translocasa, Esta enzima saca ATP de la 
matriz hacia el citosol y ingressa ADP desde el citosol hacia la 
matriz
Luego de la entrada de ADP y Pi la ATP Sintasa puede catalisar la 
reacción 🡪 ADP + Pi = ATP 
El ATP que se forma en la mitocondria pero es utilizado en el citosol, 
por lo tanto tiene que salir de la Matriz mitocondrial
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El funcionamiento normal de la 
CTE y ATP Sintasa puede esta 
intervenido por sustancias 
INHIBIDORAS y 
DESACOPLANTES
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Inhibidores de la CTE
• Existen sustancias endógenas y exógenas que inhiben el 
funcionamiento de las bombas de la Cadena Transportadora de 
Electrones
 
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Inhibidores del Complejo I
• Rotenona 
Impide la transferência de eletrones desde Fe-S hacia la Ubiquinona
No frena totalmente la CTE porque tiene los otros complejos 
↓ H+ en espacio intermembrana
↓ ATP
↓ Consumo de O2 en la matriz mitocondrial
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Inhibidor del Complejo II
• Malonato
Es un inhibidor competitivo de la Succinato Deshidrogenasa
No frena totalmente la CTE porque tiene la primera bomba
↓ ATP
↓ Consumo de O2 en la matriz mitocondrial
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Inhibidores del Complejo III
• Antimicina A y Dimercaprol
Inhiben la transferência de eléctrones desde el citocromo b al c1
Frena la CTE
↓ H+ en espacio intermembrana
↓ ATP
↓ Consumo de O2 en la matriz mitocondrial
 
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Inhibidores del Complejo IV
• Cianuro, CO (monóxido de carbono) y Azida
Inhiben la Citocromo Oxidasa
Frena la CTE
↓ H+ en espacio intermembrana
↓ ATP
↓ Consumo de O2 en la matriz mitocondrial
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Inhibidor de la ATP Sintasa 
• Oligomicina A
Inhibe la subunidad F0
• Aurovertina 
Inhibe la subunidad F1
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Desacoplantes de la ATP Sintasa
• Son ácidos debiles que disipan el gradiente electroquímico
• Son liposolubles, pasan libremente por la membrana mitocondrial interna
• Al unirse a los H+ en el espacio intermembrana( pH ácido ↑ H+), los transporta hacia la 
matriz mitocondrial (pH básico ↓ H+) sin passar por la ATP Sintasa
• La energia se libera en forma de calor y no hay síntesis de ATP
• Ejemplos: 
2,4 Dinitrofenol
Ácidos Grasos
Bilirrubina
Termogenina
Fisiológicos
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2,4 Dinitrofenol (DNP)
• Es una 
moléculahidrofóbica que 
atravessa facilmente la 
memebrana y puede 
llevar junto el H+. Algunas 
personas utilizan esa 
sustancia para diminuir el 
peso, pero tiene peligro 
de muerte
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