Cuestionario de Bioenergética y Metabolismo
1. ¿Qué es una reacción de óxido-reducción?
Una reacción de óxido-reducción (Redox) se caracteriza porque hay una transferencia de electrones, donde una sustancia gana electrones y otra sustancia pierde electrones:
- Reducción: La sustancia que gana electrones disminuye su número de oxidación. Este proceso es una ganancia de electrones.
- Oxidación: La sustancia que pierde electrones aumenta su número de oxidación. Este proceso es una pérdida de electrones.
2. ¿A qué se llama potencial de óxido-reducción?
También llamado potencial redox, es aquel que indica el carácter oxidante o reductor de una sustancia.
3. ¿Qué es la energía libre de Gibbs?
Es un potencial termodinámico, es decir, una función de estado extensiva con unidades de energía, que establece la condición de equilibrio y de espontaneidad para una reacción química (a presión y temperatura constantes).
4. ¿Para qué sirve conocer el Delta G ($ΔG$) de una reacción química?
El $ΔG$ es el cambio en energía libre de un sistema que va de un estado inicial (como los reactivos) a un estado final (como los productos). Este valor nos indica la máxima energía utilizable favorable, yendo del estado inicial al estado final. Además, su signo (positivo o negativo) nos dice si una reacción ocurrirá espontáneamente, es decir, sin energía adicional.
5. ¿A qué se llaman reacciones acopladas?
Son aquellas en donde la energía libre de una reacción (exergónica) es utilizada para dirigir una segunda reacción (endergónica). Por lo tanto, las reacciones acopladas representan reacciones liberadoras de energía acopladas a reacciones que requieren energía.
6. ¿Cuándo se hace necesario que reacciones se acoplen?
Si una fase conductora con un exceso de carga se pone en contacto con otra, las cargas de ambas se arreglarán de tal forma que en un lado de la interfase las cargas son iguales y opuestas a las del lado contrario. Estas cargas distribuidas a ambos lados de la superficie de contacto entre las fases, crean una diferencia de potencial. Esta diferencia es llamada diferencia de potencial de Galvani o diferencia de potencial interfacial ($ΔΦ$), ya que su magnitud es la diferencia entre los potenciales internos de cada fase.
7. ¿A qué se llama fosforilación a nivel de sustrato?
Es una reacción química que se puede definir como la producción de ATP (o GTP) a partir de ADP (o GDP) combinada con una transformación enzimática de un sustrato, reacción en la que no está implicada la fosforilación oxidativa ni una ATP sintasa.
8. ¿A qué se llama diferencia de potencial bioquímico?
Esta puede ser interpretada como un tipo de energía potencial disponible para el trabajo de la célula. La energía se almacena en forma de potencial químico, que representa el gradiente de concentración de un ion a través de una membrana celular, y la energía electrostática, que representa la tendencia de un ion a moverse bajo la influencia del potencial transmembrana.
9. Defina reacción endergónica.
También llamada reacción desfavorable o no espontánea, es una reacción química donde el incremento de energía libre ($ΔG$) es positivo.
10. Defina reacción exergónica.
Es una reacción química donde la variación de la energía libre de Gibbs ($ΔG$) es negativa. Esto nos indica la dirección que la reacción tomará.
La Cadena de Transporte de Electrones (CTE)
11. ¿Qué es la cadena de transporte de electrones?
Es un sistema de transferencia de hidrógenos y electrones catalizada por proteínas enzimáticas organizadas de forma secuencial en la membrana mitocondrial interna. La energía libre necesaria para generar ATP se extrae de la oxidación del NADH y del FADH2 mediante una sucesión de cuatro complejos proteicos a través de los cuales pasan los electrones.
12. ¿Cuál es la importancia de la cadena de transporte de electrones?
La cadena transportadora de electrones, encontrada en las mitocondrias, es la forma más eficiente que tiene el organismo para producir ATP (que es la principal moneda de intercambio energético). Sin embargo, no es la única vía (otras incluyen la Glucólisis, la beta oxidación o la vía de la pentosa fosfato). También es utilizada para producir calor.
13. ¿Cuánto es el rendimiento de la cadena de transporte de electrones en moléculas de ATP?
La ATP sintasa se puede imaginar como un motor molecular que produce una gran cantidad de ATP cuando los protones fluyen a través de ella. La tasa de síntesis es grande: el organismo humano en fase de reposo puede formar unas 10 moléculas de ATP por segundo.
Mediante experimentos in vitro se ha demostrado que la ATP sintasa actúa de forma independiente respecto a la cadena de transporte de electrones; la adición de un ácido débil (por ejemplo, ácido acético) a una suspensión de mitocondrias aisladas es suficiente para inducir la biosíntesis de ATP in vitro.
14. Indique qué efecto tienen sobre el rendimiento de la cadena de transporte de electrones los siguientes compuestos.
A continuación, se presentan las descripciones de los compuestos, aunque no se especifica su mecanismo de inhibición sobre la CTE:
- Fenobarbital: Es el anticonvulsivo más usado en la actualidad y también el más antiguo. Tiene propiedades sedantes e hipnóticas, al igual que el resto de barbitúricos.
- Rotenona: Es una sustancia de origen vegetal utilizada antiguamente como insecticida. Desde el 2007 no se utiliza como tal y está catalogada como toxina ambiental.
- Cianuro: Su intoxicación es frecuente en pacientes que inhalan humo de fuegos industriales o residenciales. También se observa este tipo de intoxicación en personas relacionadas profesionalmente con el cianuro o sus derivados en ciertas industrias.
- Monóxido de carbono (CO): Es responsable a nivel mundial por más del 50% de las muertes por envenenamiento. Es incoloro e inodoro; puede formarse en grandes cantidades como resultado de la combustión incompleta de combustibles.