OXIDACIÓN – REDUCCIÓN
Todas las reacciones que se dan en los organismos vivos para obtener su energía involucran reacciones de oxidación – reducción. Una oxidación se define la pérdida de electrones y la reducción se define como la ganancia de electrones; el que pierde electrones se llama donador de electrones y el que gana electrones se llama aceptor de electrones. Herrera


(López)

Potenciales de reducción:

Es la tendencia que tienen las sustancias para oxidarse o para reducirse, se mide en voltios y su valor esta en relación al potencial del H2. Los potenciales de reducción deben expresarse poniendo en la parte izquierda la forma oxidada y en la derecha la forma reducida. Herrera

LA TORRE DE ELECTRONES


En esta torre se representan los rangos de potenciales para las diferentes reacciones redox que se dan en los diferentes sistemas biológicos, colocando los potenciales más altos arriba y los poreciales más bajos en la parte inferior.


Un modo de ver la transferencia de electrones se lo puede interpretar en la siguiente Grafica 1:

torre_de_electroness.png





Grafica 1:
Torre de Electrones las parejas de oxi-red se ordenan de la más fuertemente reductora en el extremo superior, hasta los más oxidantes en el extremo inferior, en los primeros potencial negativo y segundos potenciales positivos










El compesto reducido se lo puede localizar en la parte superior de la torre y tiene una mayor cantidad de energía potencial y mayor tendencia a donar electrones, por otro lado en la parte inferior de la torre está el compuesto oxidado con gran tendencia a aceptar electrones.
A medida que van cayendo los electrones desde la parte superior, pueden ser captados por distintos aceptores de electrones a diferentes niveles de la torre.
La diferencia del potencial eléctrico estándar se lo puede expresar como ΔE. A medida que van cayendo los electrones de la torre mayor cantidad de energía se libera, de esta manera se tiene como resultado que la ΔE es proporcional al ΔG (energía libre de Gibbs).El oxigeno es el mayor aceptor de electrones utilizado por los microorganismos, en la mitad de la torre los pares redox pueden actuar como aceptores de electrones o donadores de electrones.

DONADOR DE ELECTRONES: Como fuente de energia

En el catabolismo se toma en consideracion a un grupo donador de elctrones como una fuente de energia, hay que tener en consideracion que lo que libera energia en una reaccion no son los donadores de elctrones sino mas bien la misma reaccion quimica en la que produce la energia necesaria para un proceso metabolico, entonces la cantidad de energia liberada en una reaccion redox depende tanto del donador como del aceptor de electrones, es deicr que cuanto mas grande sea la diferencia entre los potenciales de reduccion mayor sera la energia que se libere de una reaccion. ROMAN

TRANSPORTE DE ELECTRONES



Los transportes de electrones intermediarios se dividen en dos clases:

1. Los que difunden libremente a través de la membrana.
2. Los que están anclados a enzimas de la membrana.

Entre los que difunden libremente estan el NAD+ coencima y el NADP+ como transportador de electrones al proximo transporte de la cadena, ha este proceso se conocese como DESHIDROGENECIÓN, su potencial de reducción es de -0,32V NAD/NADH + H estan implicados en el catabolismo, mientras que el NADP/NADPH catabólicas(Gráfico 2).


NADP.jpg








Grafico 2:
Estructura de la coenzima redox nicotinamida adenín
dinucleotido NAD. En el NADP+ está presente un grupo fosfato,
como se indica. Tanto el NAD+ como el NADP+ sufren oxidación
reduccón.


SISTEMAS TRANSPORTADORES DE ELECTRONES SE PUEDEN CLASIFICAR EN DOS:
1.- Aceptar los electrones de un donador y transferirlos a un receptor de electrones.
2.- Conservar algo de energía liberada durante la transferencia de electrones para la síntesis de ATP.

EXISTEN DIFERENTES ENZIMAS IMPLICADAS EN EL TRANSPORTE DE ELECTRONES:

1.- NADH desidrogeneasa, estan unidos a la membrana en la parte interna de su cara. El NADH es producto de la reducción NAD mediante desidrogenasas, el NADH mueve dos atomos de Hidrógeno de un sustrato. podemos observar la estructura del NADH en el gráfico 2.

El protón libre más el ion hidruro acerrado por el NADH son ahora transferidos a una deshidrogenasa de NADH, un complejo enzimático que se encuentra en su totalidad en la membrana interna mitocondrial. Este complejo tiene una molécula de flavín mononucleótido (FMN) unido fuertemente que acepta lod dos átomos de Hidrógeno (2e- +2H+), reduciendose a FMNH2. La deshidrogenasa de NADH también contiene átomos de hierro apareados con átomos de azufre lo que hace centros hierro-azufre.
Estos centros son necesarios para la transferencia de átomos de Hidrógeno al siguiente miembro de la cadena, la ubiquinona (Gráfica 3)

Sin_título.jpg



Grafica 3

Edu







2.- FLAVOPROTEINAS.- Contiene un deribado de riboflavina(vitamina B12) como coenzima, comúnmente se encuentran dos flavinas FMN flavín mononucléotido, FAD flavín adenín dinucleotido. Grafica 4 flavin.jpg






Grafica 4.
FMN flavín mononucléotido,FAD flavín adenín dinucléotido. 3.- CITOCROMOS.- Son proteinas que contienen un anillo porfírinico o hemo. Se conoce diferentes citocromos que se designan con letras como citocromo a, citocromo b, citocromo c, pueden diferir ligeramente en un organismo y denominarse citocromo a1, citocromo a2, citocromo a3.Ocacionalmente los citocromos forman complejos muy compactos con otros citocromos o con ferrosulfoproteinas, ejemplo el citocromo bc1.Además de los citocromos en que los hierro se una al hemo, algunas proteínas ferrosulfoprotéinas no hémicas están asociadas en la cadena trasportadora de elctrones en varios lugares. El azufre y el hierro presentan diferentes reordenamientos, ejemplo la ferrodoxina (Fe2S2) y (Fe4S4), su potencial de reducción depende del número de átomos de hierro y azufre, por ello las diferentes proteínas ferrosulfuradas funcionan en diferentes puntos del transporte eléctrico, transportanto solo electrones, al igual que los citocromos. Grafica 5.citocromo.jpgGrafica 5.
Estructura del citocromo.
a) anillo pirrolico
b) cuatro anillos pirrolicos condensados,
originando un anillo profirínico.
c) en los citocromos este anillo está enlazado covalentemente
por puentes disulfuro a la cisteína de la proteína.EduRedes eléctricas de las bacterias (Ruiz)

Las bacterias tejen nano conductores entre ellas que utilizan para el transporte de electrones, es decir para respirar, están dotadas de muchos filamentos, a veces muy largos, que penetran en el sustrato y también pueden interconectar varias células.
Estos filamentos son conductores eléctricos, que canalizan electrones y esta corriente eléctrica está vinculada con el metabolismo de las bacterias.

Intercambios eléctricos

Los filamentos son buenos conductores de una corriente eléctrica, que se propaga de bacteria a bacteria y estos intercambios están estrechamente relacionados con el metabolismo, por ende estos filamentos transmiten electrones, la cual es una forma de respiración colectiva ya que las bacterias que no están a su alrededor como receptores de electrones, todavía pueden respirar a través de estos filamentos.
Al cortar el filamento entre dos nano-electrodos, se produce una interrupción de energía.

Bacteria_Nanoconductores_PNAS_MohamedElNaggara[1].jpg

La bacteria vive en una zona atravesada por el platino nanoelectrodos y ayudar al crecimiento de largos filamentos, que en realidad conducen electricidad. Ruiz
CADENA DE TRANSPORTE DE ELECTRONES:
Esta cada es una serie de transportadores de electrones que se encuentran en la membrana plasmática de las bacterias, en la membrana interna mitocondrial, estos electrones median reacciones bioquímicas que producen adenosin trifosfato (ATP), que es una molécula que almacena grandes cantidades de energía necesaria para los seres vivos.
  • La misión de la cadena transportadora de electrones es crear una grandiente electroquímica, que se utiliza para la sintesis del ATP
  • Este gradiente electroquímico generado por la cadena transportadora de electrones se consigue mediante el flujo de electrones entre diversas sustancias de esta cadena que favorecen la translocación de protones que generan el gradiente anteriormente mencionado. De esta forma podemos deducir la existencia de tres procesos totalmente dependientes:
  1. Un flujo de electrones desde sustancias individuales.
  2. Un uso de la energía desprendida de ese flujo de electrones que se utiliza para la translocación de protones en contra de gradiente.
  3. Un uso de ese gradiente electroquímico para la formación de ATP mediante un proceso favorable desde un punto de vista energético.

Cadena transportadora de electrones en bacterias

En bacterias la cadena transportadora de electrones es más complicada debido a que hay un gran número de donantes de electrones y también un gran número de aceptores. En las bacterias los electrones pueden entrar a la cada a través de tres niveles:
  1. Un nivel en donde participa una deshidrogenasa.
  2. Otro nivel en la que actúa un reservorio de quinonas.
  3. Un nivel en el que actúa un transportador móvil como es el citocromo.

Estos niveles corresponden a sucesivos potenciales redox, es decir , corresponden a cambios cada vez menores en la energía libre de Gibbs.
Las bacterias pueden usar múltiples cadenas de transporte de electrones, e incluso simultáneamente. Las bacterias pueden usar varios donadores diferentes de electrones. Por ejemplo, Escherichia coli, cuando crece en condiciones aeróbicas usando glucosa como fuente de energía, usa dos NADH deshidrogenasas diferentes y dos quinol oxidasas diferentes, un total de cuatro cadenas de transporte que funcionan simultáneamente, para producir ATP.

Donadores de electrones

Los donadores de electrones más comunes son las moléculas orgánicas. Los organismos que usan moléculas orgánicas como fuente de energía son conocidos como organótrofos. Sin embargo, existen procariotas que son capaces de utilizar fuentes inorgánicas como fuente de energía y se les conoce por ello con el nombre de litótrofos. Estos donadores inorgánicos incluyen al hidrógeno, al monóxido de carbono, el amonio, el nitrito, sulfuro, y el ión ferroso.

Deshidrogenasas

Las bacterias pueden usar un gran número de donadores de electrones. Cuando utilizan materia orgánica como fuente de energía, el donador puede ser el NADH o el succinato, en tal caso los electrones entran a la cadena de transporte mediante la NADH deshidrogenasa, q, o bien mediante la succinato deshidrogena, Otras deshidrogensas pueden ser utilizadas dependiendo del donador; ejemplos pueden ser la formato deshidrogenasa, la lactato deshidrogenasa, la gliceraldehído 3 fosfato deshidrogenasa , H2 deshidrogenasa, también conocida por el nombre de hidrogensa , y etc. Algunas de estas deshidrogenasas también actúan como bombas de protones, otras simplemente donan los electrones al reservorio de quinonas.

Transportadores de quinona

Las quinonas son transportadores móviles liposolubles. En general desempeñan las mismas funciones que la quinona mitocondrial, aunque las bacterias presenten quinonas específicas como son por ejemplo la ubiquinona o la menaquinona.

Citocromos

Los citocromos son proteínas que contienen porfirinas que tienen ligado un átomo de hierro. Existen citocromos que son hidrosolubles, otros que son liposolubles. Otra peculiaridad es que existen citocromos móviles como por ejemplo el citocromo c. Aunque la gran mayoría funcionan asociadas a macromoléculas como pueden ser los complejos III y IV. NARVÁEZ

VIDEO SOBRE EL TRANSPORTE DE ELECTRONESNARVÁEZ





Gráfico: esquema de una reacción oxidación-reducción que implica las formas oxidadas y reducidas de la coenzima nicotinamida adenin dinucleótido, NAD - y NADH+.

Imagen1.pngSergio
Video sobre el la CADENA TRANSPORTADORA DE ELECTRONES
POZO