1. LA BASE MOLECU'LAR DE LA VIDA Tercera edicinTrudy McKee James R. McKee @lMcGRAW Hiu. iNTERAMERicANA

2. Abreviaturas habituales en Bioqumica AAACR AAEAANE ACP ACTHtDP ALANvlP ATP BH, BHBPG C cAJ"lPCAP CDP cCMP citCMP CoA o CoASH CTPDAG DHAPDNA DnasaDNP dsDJJA d"RNAEF ECF ESRFAD FADH, fMet FMN GGDP GH G,'vlP GSH CSSC GTPHuHDL HETPPHGPRT HMG-CoA hnRNAHPLC HRE hsp IFIGF IgG IL IMPIP,adenina dminocido de cadena ramificada aminocido esencial aminocido no esenci.O .. O DI:n___________________________Cada captulo se inicia con un sumario que presenta al estudiante los temas a abordar. Este sumario ofrece adems al profesor un resumen temtico de consulta rpida que le permite organizar el contenido de sus clases. Un prrafo introductorio sirve para situar la materia tratada en el contexto general y destac ar su importancia.Mor~OSACA nr() os, ....-r. .. t.~ ...' ' ' L 7. "Uf., O t("r"Ol'Olo1.tf,,!I(IH~GLUCO COi'llUGADOS"I ....... o::.... U _I'IITI __ _.Klft.!:.~~!!IIOl)t1CA '1 ~()'E"-l~... ~ " ' ." / . ff.'~ '-"', _ rr.:Hltr _~ fK~-c."IJ ' . 'IIl'o ~.. :.=II dr aa.t~ ~ d "'. :~,,.,rara r_ " rapo!.... trk , .7 ~,_.~ I ~ r ......1/"-."...'r .... 1 :-C'ut r",","i(P'O"' q..~,~ __ 1 ~J tmwl";p'I~,t--.~. J'(l l n,",r~ ~ I"'It: ,,,",,) ,, .~PROI3RAM A D E I3R FI C D SToda una serie de fotografas, ilustraciones y cuadros a todo color resaltan el contenido didctico. Una interesante fotografa o ilustracin introduce visualmente, a modo de apertura, el foco de atencin de cada captulo.o~...~ " , ... Arvl no.ucctnllo. ",~'-0-fum .r8toH,,C/COO-coo-1"" Ir'C H.l .--?' i~r'~!~:coo.1- i"'- N-I 1 000-1 ~ 1.. '1IL1" ....( 'irlodtlanrt"lt, h ,ir ,do! :. 1II t";/,.,..,.. .III.~......... . 19. A 1'..."" ,k 1:1. Ji"("r.;Il,~ .. r.I " .J~ I~, .. 1 I.. "f~l:'~'. eI':'I.,1 JIn'~~ r.. , ni.;",.!.; "':"" ... Ir"'~'" ,1 .", .... , ~~~"'. un .. .:.'Iul . b:. .... lcrJ" .. q"c ';, . . J~~ n:I"I;o:.:!" ,lEY':" !.:.n ~ " '".,,:.,1.11"., ,':'lrL . ..., """1"'-" """'(",~IIk: )' .... "'1'..... , ' .. ,.!' ...... " ir...:c.-:. '1": '1.""' .'K"J&>, . . "c !~/." 1:" jo,. ....... v j)l.(t ! ' ..... l. !I.,..I. " 1'0,,,,,,,:. ). " :!I(l61).C1 :.,"I IUlxr.:l< ,... II,~ .. IIn: .I.t.Ir"""l!X. l l """"'f;:t- "v""" ,, ! " ~,,"~ !B.; ~,"fif,,~ , .. ~ "'d :doJ"") ~ ( ,(J II (l I. ) d .fDIc l0 4."f" ".mm",ld'''' lA} ~I:~"'" n.... ,... .........Bioqumica vegetalAplicacin mdica,.y.:Mecanismo de regulacin metablicaICONO S DE CO N CEPTO S Y AP LICACION ESA lo largo de todo el texto, el estudiante encontrar smbolos grficos que marcan diversos conceptos y aplicaciones importantes.':0(.. en",',,~,,!~ ~l ~){4.~L~>(j Al.I:tC-("'('"'JI(j , (:ex",(jAA CG(jA(;G ....(i (;l.' (iC (-Gitl l G O 11OHO-P-OOH10-G Iucosa-1-fosfato 283. 264CAPTULO OCHOMetabolismo de los hidratos de carbonoforma ms segura en el lugar activo de las enzimas que catalizan las reacciones de transferencia (denominadas glucosil transferasas). Debido a que la UDP-glucosa contiene dos enlaces fosforilo, es una molcula muy energtica. La formacin de la UDP-glucosa, cuyo valor de !1Co' es cercano a cero, es una reaccin reversible catalizada por la UDP-glucosa pirofosforilasa:HO~CH2 O +UTPo-r-o-r-o ObOH OH OHGlucosa-1-fosfatoOO+PPUridinaOUDP-glucosaSin embargo, la reaccin se completa debido a que el pirofosfato (PP) se hidroliza inmediatamente y de forma iD'eversibJe por la pirofosforilasa con una prdida grande de energa libre (!1Co' = -33.S kJ/mol):OO1111HO-P- O - P - OH 1O 11+H,O2 - O - P - OH10PP I1OH PI(Recuerde que la eliminacin del producto desplaza el equilibrio de la reaccin hacia la derecha. Esta estrategia celular es habitual.) 3. Sntesis de glucgeno a partir de lIDP-glucosa. La formacin de glucgeno a partir de UDP-glucosa requiere dos enzimas: a. b.Glucgeno sintasa, que cataliza la transferencia del grupo glucosilo de la UDP-glucosa a los extremos no reductores del glucgeno (Fig. 8.13a), y Amilo-a-( 1,4 --> 1,6)-glucosil transferasa (enzima ramifican te) que crea los enlaces c;(l,6) para las ramificaciones de la molcula (Fig. 8.13b).La sntesis de glucgeno requiere una cadena de glucgeno. La sntesis de glucgeno se cree que se inicia por la transferencia de glucosa desde la UDP-glucosa a un residuo especfico de tirosina en una protena cebadora denominada glucogenina. En el citoplasma de las clulas hepticas y musculares de los animales bien alimentados pueden observarse grnulos grandes de glucgeno, cada uno formado por una molcula de glucgeno muy ramificada. Las enzimas responsables de la sntesis y degradacin del glucgeno recubren cada grnulo.Glucogenlisis La degradacin del glucgeno requiere las dos reacciones siguientes: l. Eliminacin de la glucosa de los extremos no reductores del glucgeno. Utilizando fosfato inorgnico (Pi), la glucgeno fosforilasa rompe los enlaces a(1,4) de las ramificaciones externas del glucgeno para dar glucosa-I-fosfato. La glucgeno fosforilasa se detiene cuando llega a cuatro residuos de glucosa hasta el punto de ramificacin (Fig. 8.14). (Una molcula de glucgeno que se ha degradado hasta estos puntos de ramificacin se denomina dextrina lmite.) 2. Hidrlisis de los enlaces glucosdicos c;(l ,6) en los puntos de ramificacin del glucgeno. La amilo-c;(l ,6)-glucosidasa, que tambin se denomina enzima desramificante, comienza a eliminar los puntos de ramificacin c;CI ,6) transfiriendo los tres residuos de glucosa ms externos de los cuatro unidos al punto de ramificacin a un extremo no reductor cercano. Luego elimina el nico residuo de glucosa unido en cada punto de ramificacin. El producto de esta ltima reaccin es glucosa libre (Fig. 8.1 S). En la Figura 8.16 se presenta un resumen de la glucogenlisis. 284. 8.5. Metabolismo del glucgeno~ HOCH'HOooOO-~-O-~-O-OHOH10-265Uridina+0-HO10-OHUDP-glucosaOHCebador de glucgeno (n residuos) Glucogeno1slntasaO+ OHOH11-0- P - O - P - O - Uridina0-OOO11110-0-OHGlucgeno (n + 1 residuos)UDP(a)Enzima lamlflcanle(b) F"leURA 8-1:3Sntesis de glucgeno. (a) La enzima glucgeno sintasa rompe el enlace ster de la UDP-glucosa y forma un enlace glucosdico 0.(1,4) entre la glucosa y la cadena creciente de glucgeno. (b) La enzima ramifjcante es la responsable de la sntesis de enlaces a( 1,6) en el glucgeno. 285. 266CAPTULO OCHOMetabolismo de los hidratos de carbono~~q. Ovt-~"'0"5-~CH 2 0H0"5-+1-of;:!~OHPor'SS~~~~ ~~SS~H~O-PO'3OH CH 2 0H+vt-~ H6H'-O-PO'3OH Glucosa-1-fosfatoGlucgeno fosforilasaHPOfGlucgenoFIGlURA 8 - 14Degradacin del glucgeno. La glucgeno fosforiJasa cataJiza la separacin de los residuos de glucosa de los extremos no reduclores de una cadena de glucgeno...., "Regulacin del metabolismo del glucgeno El metabolismo del glucgeno est regulado de forma cuidadosa para evitar el derroche de energa. Tanto la sntesis como la degradacin estn controladas mediante un mecanismo complejo con participacin de la insulina, el glucagn y la adrenalina. Estas hormonas inician procesos que controlan varios conjuntos de enzimas. La unin del glucagn a las clulas hepticas estimula la glucogenlisis e inhibe la glucognesis. Al caer la concentracin sangunea de glucosa horas despus de una comida, el glucagn asegura la liberacin de glucosa al torrente sanguneo. Tras unirse el glucagn a su receptor, la adenilato ciclasa (una enzima de la membrana celular) se estimula y convierte el ATP en la molcula sealizadora intracelular AMP 3'-5' -cclico, que se abrevia cAMPo Luego el cAMP inicia una cascada de reacciones (que se describe en el Captulo 16) que amplifica la seal original. En segundos, unas pocas molculas de glucagn han iniciado la liberacin de miles de molculas de glucosa. Cuando est ocupado, el receptor de insulina se convierte en una enzima tirosina quinasa activa que produce una cascada de fosforilacin que en ltima instancia 286. 8.5. Metabolismo del glucgeno267GlucgenoAmll -,,(1 6,-gluCQ idasaGlucgeno.~:'O~o~:'O~>-o~:'O~o~:'O~o. . OHOHOHOH+Glc'o,"~:'o>.HOOHGluclisisTorrente sanguneoOH FII3IURA 8 - 15Degradacin del glucgeno_ Los puntos de ramificacin del glucgeno se eliminan por la enzima desrumificanle (ami 10'l.( 1,6)-glucosidusa).tiene el efecto opuesto al sistema glucagnlcAMP: las enzimas de la glucogenlisis se inhiben y las enzimas de la glllcognesis se activan. La insulina aumenta tambin el ritmo de la captacin de la glucosa en varias clases de clulas diana, pero no en las clulas hepticas o cerebrales. El estrs emocional o la agresin fsica liberan adrenalina por la mdula suprarrenal. La adrenalina estimula la glucogenlisis e inhibe la glucognesis. En situaciones de urgencia, cuando se libera adrenalina en cantidades relativamente grandes, la produccin masiva de glucosa proporciona la energa que se requiere para controlar la situacin. Este efecto se denomina respuesta de escape o lucha. La adrenalina inicia el proceso activando la adenilato ciclasa del hgado y las clulas musculares. Otros dos segundos mensajeros, los iones calcio y el inositol trisfosfato (Captulo 16) se cree que tambin participan en la accin de la adrenalina. La glucgeno sin tasa y la glucgeno fosforilasa poseen ambas conformaciones activas e inactivas que se interconvierten por modificacin covalente. La forma activa de la glucgeno sintasa, conocida como forma 1 (independiente), se convierte en la forma inactiva o D (dependiente) mediante fosforilacin. Por el contrario, la forma inactiva de la glucgeno fosforilasa (fosforilasa b) se convierte en la forma activa (fosforilasa a) por la fosforilacin de un residuo especfico de serina. La enzima fosforilante se denomina fosforilasa quinasa. La fosforilacin de la glucgeno sintasa y de la fosforilasa quinasa est catalizada por una protena quinasa, que se activaCDNCEFTDS CLAVE 8.4Durante la glucognesis, la glucgeno sinlasa cataliza la transferencia del grupo glucosilo de la UDP-glucosa a los extremos no reductores del glucgeno, 'j la enzima rnmificante del glucgeno cataliza la formacin de los puntos de ramificacin. La glcogenlisis requiere la glucgeno fosforilasa y la enzima desramificante. El metabolismo del glucgeno est regulado por la accin de tres bormonas: glucagn, insulina y adrenalina. 287. 268CAPTULO OCHOMetabolismo de los hidratos de carbonoFIGURA 8-1 6Degradacin del glucgeno. La glucgeno fosforilasa rompe los enlaces (,(1,4) del glucgeno para producir glucosa-1-fosfato hasta que llega a cuatro residuos de glucosa de un punto de ramificacin. La enzima desramificante transfiere tres de estos residuos a un extremo no reductor cercano y libera el cuarto residuo como glucosa libre. Las acciones repetidas de ambas enzimas pueden conducir a la degradacin completa del glucgeno.Extremo . - reductor Glucogeno fosforllasa1 GI"~;::;1Enzima desramlflcan!eEnZima desrnmllicanteGlucgeno losforllasa1Glucosa-1-fosfatoDex!rlna li miteI EnZima t desramihcante I Glucgeno t fosforl!glucosa-6-fosfatoGlucosa-6-fosfato + H2 0-->glucosa + P,Sugiera cmo se evitan o controlan estos ciclos derrochadores.10. La gluclisis se produce en dos fases. Describa qu se realiza en cada fase.PREGUNTAS DE RAZONAR l. Una persona tiene una deficiencia gentica que impide la produccin de glucoquinasa. Tras una comida con hidratos de carbono. espera que la concentracin de glucosa en sangre sea elevada, baja O alrededor de lo normal? Qu rgano acumula glucgeno en estas circunstancias?S. En la oxidacin aerobia, el oxgeno es el agente oxidante ltimo (aceptor electrnico). Nombre dos agentes oxidantes comunes en la fermentacin anaerobia. 6. POI qu es importante que la gluconeognesis no sea la inversin exacta de la g]uclisis?2. La sntesis de glucgeno requiere una pequea cadena cebadora. Explique, dada esta limitacin, cmo se sintetizan las molculas nuevas de glucgeno.7. Compare las frmulas estructurales del etanol, el acetato y el acetaldehdo. Qu molcula est ms oxidada? Cul es la ms reducida? Explique sus respuestas.3. Por qu se metaboliza la fructosa ms rpidamente que la glucosa? 4. Cul es la diferencia entl'e un ster enol-fosfato y un ster fosfato normal que proporciona al PEP un potencial de transferencia de grupo fosfato tan elevado? 291. SUMARIOREACCIONES DE OXIDACiN-REDUCCiN CICLO DEl CIDO CTRICO Conversin del pi ruvato en aceti I-CoA Reacciones del ciclo del cido ctrico Destino de los tomos de carbono en el ciclo del cido ctrico Ciclo del cido ctrico anfiblico Regulacin del ciclo del Cido ctrico RECUADRO DE I NTERB ESPECIAL 9 .. 1CNCER Y METABOLISMO ENERGTICO Ciclo del glioxilato RECUADRO DE INTERS EElPECIAL 9 . 2HANS KREBS y EL CICLO DEL CI DO CTRICOEn las clulas aerobias la mayor parte de la energa se genera dentro de las mitocondrias. El dioxgeno (O,) es el aceptor electrnico final en la oxidacin de las moleculas de nutrientes.Hace unos 2000 millones de aos, los procariotas como las cianobacterias comenzaron a crear una atmsfera oxigenada. El oxgeno que producan como praducto de desecho de la fotosntesis desencaden una revolucin en el mundo vivo. Muchos organismos fueron metablicamente incapaces de aceptar las cantidades crecientes de esta molcula tan reactiva. Aunque muchas especies se extinguieron o fueron obligadas a aislarse en hbitats sin oxgeno, otras generaron mecanismos moleculares que les permitieron explotar el dioxigeno (0 2, frecuentemente denominado oxigeno) como medio para capturar energia. Los or""=1=-ganismos aerobios modernos transducen la energia del enlace quimico de lasmol culos de alimento en la energia del enlace del ATP utilizando el oxigeno como aceptor terminal de los electrones extraidos de las molculas de alimento. La capacidad para utilizar el oxigeno y oxidar los nutrientes, como la glucosa y los cidos grasos, proporciona una cantidad sustancialmente mayor de energia que la fermentacin. 272 292. IntroduccinAl emerger sobre la Tierra las primeras fOnl1as primordiales de vida, stas se mantuvieron utilizando molculas orgnicas simples ya formadas como los cidos carboxlicos y los aminocidos. La fuente de estas sustancias, que se utilizaron como bloques de construccin y molculas combustibles por los seres vivos primitivos, se cree que fueron las reacciones qumicas impulsadas por las descargas elctricas, la radiacin solar y las fuerzas trmicas profundas del interior del planeta. Adems, llegaron del espacio exterior incontables toneladas de materia qumica al ser bombardeada la Tierra por meteoritos y otros desechos csmicos. Los primeros organismos (clulas procariotas primordiales) finalmente llegaron a ser tan abundantes que consuman las molculas orgnicas a mayor velocidad de la que se formaban por las fuerzas naturales. Al menguar los suministros de molculas ya formadas, algunos organismos produjeron mecanismos nuevos para obtener alimentos. Algunos organismos generaron la capacidad de sintetizar pigmentos fotosensibles que capturaban la energa luminosa y la convertan en energa de enlace qumico. Este mecanismo, la fotosntesis, tuvo un efecto impresionante y trascendente sobre el ambiente global. Hace unos 3000 millones de aos, las clulas fotosintetizadoras comenzaron a producir su propio alimento utilizando la energa luminosa para transformar el CO 2 y el H 2 0 en molculas orgnicas. El dioxgeno (0 2 ) es un producto secundario de este proceso. Al producirse la fotosntesis en una escala cada vez mayor, aument el contenido de oxgeno de la atmsfera. Debido a que el O 2 se combina fcilmente con otras molculas (p. ej., 4 NH, + 3 O 2 - 2 N 2 + 6 H 20), la atmsfera de la TielTa se fue convirtiendo gradualmente (durante un tiempo de 1000 millones de aos) en otra que contenta principalmente dinitrgeno, vapor de agua, dixido de carbono y oxgeno. La mayora de los seres vivos que surgieron en las condiciones reductoras de la Tierra primitiva no estaban preparados para vivir en una atmsfera oxidante. Las especies que sobrevivieron a la transicin lo hicieron debido a que crearon mtodos para autoprotegerse de los efectos txicos del oxgeno. Sus descendientes, los organismos actuales, utilizan alguna de las estrategias siguientes. Los anaerobios estrictos, organismos que slo crecen en ausencia de oxgeno, evitan el gas viviendo en ambientes muy reducidos como el suelo. Utilizan procesos fermentadores para satisfacer sus requerimientos energticos. Los anaerobios tolerantes al aire, que dependen tambin de la fermentacin para sus necesidades energticas. poseen enzimas destoxificantes y molculas antioxidantes que les protegen de los productos txicos del oxgeno. Los anaerobios facultativos no slo poseen los mecanismos necesarios para destoxificar a los metaboJitos del oxgeno, sino que tambin pueden generar energa utilizando el oxgeno como aceptor electrnico cuando se encuentra presente el gas. Finalmente, los aerobios estrictos son muy depend lentes del oxgeno para producir energa. Se protegen a s mismos de las consecuencias potencialmente peligrosas de la exposicin al oxgeno con mecanismos complejos formados por enzimas y molculas antioxidantes. Los anaerobios facultativos y los aerobios estrictos que utilizan el oxigeno para generar energa emplean los procesos bioqumicos siguientes: ciclo del cido ctrico, ruta de transporte electrnico y fosforilacin oxidativa. En los eucariotas estos procesos tienen lugar dentro de la mitocondria (Fig. 9.1). El ciclo del cido ctrico es una ruta metablica en la que los fragmentos de dos carbonos procedentes de las molculas orgnicas combustibles se oxidan para formar COz. y las coenzimas NAD+ y FAD se reducen para formar NADH y FADH 2 , que actan como transportadores electrnicos. La ruta de transporte electrnico, que tambin se denomina cadena de transporte electrnico (CTE), es un mecanismo mediante el cual los electrones se transfieren desde las coenzimas reducidas a un aceptor (normalmente el 02)' En la fosforilacin oxidativa, la energa liberada por el transporte electrnico se captura en forma de gradiente de protones que impulsa la sntesis de ATP, la moneda ele intercambio energtico de los seres vivos. El Captulo 9 comienza con una revisin de las reacciones de oxidacin-reduccin y la relacin entre el flujo electrnico y la transduccin de energa. Luego Sigue una consideracin detallada del ciclo del cido ctrico, la ruta central del metabolismo aerobio, y sus funciones en la generacin de energa, y la biosntesis. En el Captulo 10, contina la consideracin del metabolismo273 293. CAPTU LO N U EVE274Metabolismo aerobio 1: ciclo del cido ctricoMembrana interna Matriz FII3URA 9-1Metabolismo aerobio en la mitocondria./En las clulas eucariotas, el metabolismo aerobio tiene lugar dentl"O de la mitocondria. La acetilCoA, el pmducto de la oxidacin del piruvato, los cidos grasos y determinados aminocidos (que no se muest'an), se oxida por las reacciones del ciclo del cido ctrico dentro de la matriz mitocondriaJ. Los productos principales del ciclo son las coenzimas reducidas NADH y FADH 2 Y el CO 2 Los electrones de energa elevada del NADH y del FADH 2 se ceden a continuacin a la cadena de transporte electrnico (CTE), un conjunto de transportadores de electmnes de la membrana interna. El aceptor electrnico terminal de la CTE es el 02' La energa que deriva del mecanismo de transpote electrnico impulsa la sntesis de ATP al crear un gradiente de protones a travs de la membrana interna. La supei'icie plegada grande de la membrana intema est tachonada de complejos CTE, numerosos tipos de protenas transportadoras y la ATP sintasa, el complejo enzimtico responsable de la sntesis de ATP.aerobio con la descripcin del transporte electrnico y la fosforilacin oxidativa, los medios mediante los cuales los organismos aerobios utilizan el oxgeno para generar cantidades significati vas de ATP. finaliza con una revisin de la agresin oxidalivCl, un conjunto de reacciones en las que los metabolitos txicos del oxgeno dai'ian la estructLlTa y funcin de la clula. y los mtodos que utilizan los seres vivos para protegerse.9.1 . REACCIONES DE OXIDACiN-REDUCCiNEn los seres vivos, tanto los procesos que capturan energa como los que la liberan constan en gran medida de reacciones redox. Recuerde que las reacciones redox se producen cuando se transfieren electrones entre un donador electrnico (reductor) y un aceptor electrnico (oxidante). En algunas reacciones redox slo se transfieren electrones. Por ejemplo, en la reaccinse transfiere nn electrn del Cu+ al Fe 3+. El Cu+, el reductor, se oxida para formar Cu 2 + Al tiempo, el Fe'+ se reduce a Fe 2+ Sin embargo, en muchas reacciones se transfieren electrones y protones. Por ejemplo, en la reaccin catalizada por la lacta- 294. 9.1. Reacciones de oxidacin-reduccinoO1111CH - C - C - O 3275O: O+NAOHb+111CH - C - C - O 31H F"IGURA 9-2Reduccin del piruvato por el NADH. En esta reaccin redox, se transfieren electrones y protones.to deshidrogenasa, se transfieren 2 protones (H+) y 2 electrones al reducirse el piruvato para formar lactato y NAD+ (Fig. 9-2). Las reacciones redox se entienden mejor si se separan en dos semirreacciones. Por ejemplo, en la reaccin entre el cobre y el hierro, el ion Cu+ pierde un electrn para convertirse en Cu 2+:Esta ecuacin indica que el Cu+ es el donador del electrn. (Juntos, el Cu+ y el Cu 2+ constituyen un par redox conjugado.) Al perder el Cu+ un electrn, el Fe 3+ gana un electrn para formar Fe 2+:En esta semirreaccin, el Fe3 + es un aceptor de electrones. La separacin de las reacciones redox resalta que los electrones siempre son los intermediarios comunes entre las semirreacciones. Los constituyentes de las semirreacciones pueden observarse en una clula electroqumica (Fig. 9-3). Cada semirreaccin tiene lugar en un contenedor individual o semiclula. El movimiento de electrones que se genera en la semiclula que experimenta la oxidacin (p. ej., Cu+ --,) Cu 2+ + e-) origina un voltaje (o diferencia de potencial) entre las dos semiclulas. El signo del voltaje (que se mide con un voltmetro) es positivo o negativo segn la direccin del flujo de electrones. La magnitud de la diferencia de potencial es una medida de la energa que impulsa la reaccin. La tendencia de una sustancia especfica para perder o ganar electrones se denomina potencial redox o de reduccin. El potencial redox de un par redox conjugado se mide en una clula electroqurnica frente a un estndar de referencia, normalmente un electrodo estndar de hidrgeno. El potencial redox del electrodo estndar de hidrgeno es, por definicin, 0.0 Val atm. Las sustancias con un potencial de reduccin ms negati vo transferirn los electrones a una sustancia con un potencial~ Voltmetror-----0-----1 JI I~.Puente salinO'I l.!F"IGlURA 9-3Clula electroqumica. Los electrones fluyen desde el electrodo de cobre a travs del voltmetro al electrodo de hierro. El puente salino que contiene KCI completa el circuito elctrico. El voltmetro mide el potencial elctrico al fluir los electrones desde una semiclula a la otra.+NAO 295. 276CAPTU L.O N U EVEMetabolismo aerobio 1: ciclo del cido ctricode reduccin ms positivo y la /l,EY' ser positiva. En bioqumica, la semirreaccin de referencia es:cuando pH = 7 Temperatura = 2S oC Presin = I atm En estas condiciones el potencial de reduccin del electrodo de hidrgeno es -0.42V cuando se mide frente al electrodo de hidrgeno estndar en e1 que [H+] es 1 M. Las sustancias con potenciales de reduccin menores de -0.42 V (es decir, aquellas con va10res ms negativos) tienen una afinidad menor por los electrones que e1 H+. Las sustancias con potenciales de reduccin mayores (es decir, aquellas con va10res ms positivos) tienen una afinidad mayor por los electrones (Cuadro 9-1). (El pH en el electrodo de anlisis es 7.0 para cada una de las semirreacciones redox y el pH del electrodo estndar de referencia es O.) Los electrones fluyen de forma espontnea desde las especies con un valor de E' ms negativo a las especies con un f!i' ms positivo, de forma que /l,E ' es positiva. La relacin entre /l,E' y /l,Co, esCUADR.O 9 - 1Potenciales de reduccin estndar'"Semirreaccin redoxPotenciales de reduccin estndar (Eo,) (V)2 W + 2 e---->H2-0.42'a-Cetoglutarato + CO 2 + 2 H+ + 2 e- ~ isoeitrato NAD+ + W + 2 e- ---> NADH S + 2 H+ + 2 e- ---> H2 S FAD + 2 H+ + 2 e- ---> FADH, Acetaldehclo + 2 H' + 2 e ---> etallol Piruvato + 2 H+ + 2 e- ---> lactato Oxalaeetato + 2 H+ + 2 e- ---> malato Cu+ ---> Cu)t + eFumarato + 2 H+ + 2 e- ---> suceinalo Citocromo b (Fe.1+) + e- ---> citocromo b (Fe 2+) Citocromo e, (Fe 3+) + e- ---> citocromo c I (Fe 2+) Citocromo e (Fe J +) + e- ---> eiloeromo e (Fe 2 +) Citoeromo a (Fe 3+) + (' . ---> citocromo a (Fe 2+) NO] + 2 W + 2 e-NO} + 8 W + 6 eFe 3+ + e- ---> Fe 2+--->N02 + HO--->NHj + 2 H2 01/2 O2 + 2 H+ + 2 e--0.38 -0.32-0.23 -0.22 - 0.20 -0.19-0.166 -0.16 -0.031 +0.075 +0.22 +0.235 +0.29 +0.42 +0.44 +0.77--->H 20+0.82" Por convenio. las reacciones recio x se escriben con el agente recluctor a la derecha del agente oxidante y el nmero de electrones que se transfieren. En este cuadro los pares redox se dan en orden creciente de valores de E. Los valores de E ms negativos de un par redox son los que tienen menor afinidad por los electrones Los valores ms positivos de E son los del par redox que tiene mayor afinidad pOl los electrones. En condiciones adecuadas, UUJ semirreaccin redox reduce cualquiera de las sernirreacciones que se encuentran por debajo en el cuadro. 296. 9.1. Reacciones de oxidacin-reduccin277dondeI1ct' = energa libre estndar n = nmero de electrones que se transfieren F = constante de Faraday (96,485 JN . mol) I1f!J' = diferencia del potencial de reduccin entre el donador de electrones y el aceptor de electrones en condiciones estndar. La mayor parte de la energa libre de las clulas aerobias se captura por el sistema de transporte electrnico mitocondrial (Captulo 10). Durante este proceso, los electrones se transfieren desde un par redox con un potencial de reduccin ms negativo (NADH/NAD+) a aquellos con potenciales de reduccin ms positivos. El ltimo componente del sistema es el par H2 0/ V2 O2 : Y2 O 2 + NADH + H+ -------o> H2 0 + NAD+Utilizando el Cuadro 9-1 determine cul de las siguientes reacciones proceder tal como est escrita:PREGUNTA 9.1CH]CHpH + 2 cit b (Fe 3 +) -------o> CH]CHO + 2 cit b (Fe 2 +) + 2 W NO;: + H 2 0 + 2 cit b (Fe}+) -------o> 2 cit b (Fe 2 +) + NO:; + 2 W Cules de las siguientes reacciones son reacciones redox? Para cada reaccin redox identifique el oxidante y el reductor.1. Glucosa + ATP 2. O-------o> glucosa-l-fosfatoPREGUNTA 9.2+ ADPO11 11C-OHC-OH1H-C-OH ~1CH 2C-H +11H20H-C1C-OHC-OH 1111OO3. Lactato + NAD+ -------o> piruvato + NADH + H+ 4. NO;: + 8 W + 6 cit b (Fe2 +) -------o> NH: + 2 H20 + 6 c.it b (Fe]+) 5. CH]CHO + NADH +Ir-~CH]CH 20H + NAD+La energa libre que se libera al pasar el par de electrones desde el NADH al O 2 en condiciones estndar se calcula de la sigu.iente forma:I1ct'= -nFl1f!J' = -2(96.5kJ/V mol)[0.8l5 - (-0.32)= -220 kJ/molUna porcin significativa de la energa libre que se genera al moverse los electrones desde el NADH al O 2 en el sistema de transporte electrnico se utiliza para sintetizar ATP. En varios procesos metablicos, los electrones se mueven desde pares redox con potenc.iales de reduccin ms positivos a aquellos con potenciales de reduccin ms negativos. Evidentemente, se requiere energa. El ejemplo ms destacado de este fenmeno es la fotosntesis (Captulo 13). Los organismos fotosintetizadores utilizan la energa luminosa capturada para impulsar los electrones desde los donadores electrnicos, como al agua, a los aceptores electrnicos con potenciales de reduccin ms negativos (Fig. 9-4). Los electrones energetizados regresan finalmente a los aceptores con potenciales de reduccin ms positi vos, proporcionando de esta manera energa para la sntesis de A TP y la reduccin del CO 2 para formar hidratos de carbono.CONCEPTOS CLAVE 9.1En los seres vivos, los procesos que capturan energa y los que la liberan constan principalmente de reaccIOnes redox. En las reacciones redox los electrones se mueven entre un donador electrnico y un aceptor electrnico. En muchas reacciones se transfieren electrones y protones. 297. 278CAPTU LO N U EVEMetabolismo aerobio 1: ciclo del cido ctricoRespiracin aerobia F"U3URA 9-4-~'ms negallvoFlujo electrnico y energa.FotosntesisNA OHEl flujo electrnico puede utilizarse para generar y capturar energa en la respiracin ae(Obia. La energa puede tambin utilizarse para impulsar el flujo electrnico en la fotosntesis. (El NADP+ es una versin ms fosforilada del NAD+.)Energa ~ luminosaATP2 a-Energa2l' ms positivoPROBLEMA 9.1Utilice los potenciales de semiclula siguientes para calcular: (a) el potencial de clula global, y (b) !J.CO'. Succ1nato + Y2 O 2~fumarato + H2 0Las serrrreacciones son Fumarato + 2 H+ + 2 e-~succinato(E= -0.031 V) (Eo = +0.82 V)----SoludnEscriba una de las semirreacciones como una oxidacin (es decir, la inversa de la ecuacin) y sume las dos semirreacciones: Succinato~= -0.031 V) (oxidacin) (E = +0.82 V) (reduccin)fumarato + 2H+ + 2e-(ELa reaccin neta es por lo tanto Succinato + Y2 O2~fumarato + HzOa) El potencial global es la suma de los potenciales de cada semiclula:!J.E = E (aceptor electrnico) - E (donador electrnico) !J.E = (+0.82 V) - (-0.031 V)= +0.82 + 0.031 = +0.85Vb) Utilice la frmula para encontrar !J.CO'.!J.CO'PREGUNTA 9.3= nF!J.P' = -(2)(96.5 kJN mol)(0.85 = -164.05 kJ/mol = -164 kJ/molV)Dado que las reacciones redox desempean un papel importante en los procesos vivos, los bioqumicos necesitan determinar el estado de oxidacin de los tomos de una molcula. En uno de Jos mtodos el estado de oxidacin de un tomo se determina asignando nmeros a los tomos de carbono de acuerdo con el tipo de grupos unidos a ellos. Por ejemplo, a un enlace con un hidrgeno se le asigna el valor -l. Un enlace con otro tomo de carbono se valora como O, y un enlace con un tomo electronegativo, como el oxgeno o el nitrgeno, se valora como +1. Los valores de un tomo de carbono en una molcula pueden variar entre -4 (p. ej., Cl-{) a +4 (COz). Obsrvese que el metano es una molcula con energa elevada y el dixido de carbono es una molcula con poca energa. Al cambiar el carbono su estado de oxidacin desde -4 (metano) a +4 (dixido de carbono) se libera una gran cantidad de energa. Este proceso es, por lo tanto, muy exotnnico. 298. 9.2. Ciclo del cido ctrico279El etanol se degrada en el hgado por un conjunto de reacciones redox. Identifique el estado de oxidacin del tomo de carbono que se indica en cada molcula de la secuencia de reaccin siguiente:o ----I~~11CH 3- C - H AcetaldehdoEtanolcido acticoEl CO 2 se incorpora a molculas orgnicas durante la fotosntesis, se oxida o se reduce? En la Seccin 9.2 se contempla el ciclo del cido ctrico. En esta ruta, que es la primera fase del metabolismo aerobio, la energa liberada por la oxidacin de fragmentos de dos carbonos procedentes de la glucosa, los cidos grasos y algunos aminocidos se convierte en las coenzimas reducidas NADH y FADH 2 .9.2. CICLO DEL CIDO CTRICOEl ciclo del cido ctrico (Fig. 9-5) es un conjunto de reacciones bioqumicas que utilizan los organismos aerobios para liberar la energa qumica almacenada en el grupo acetilo de dos carbonos de la acetil-CoA. sta est formada por un grupo acetilo que procede de la degradacin de los hidratos de carbono, los lpidos y algunos aminocidos, que est unido a la molcula transportadora de acilo coenzima A (Fig. 9-6). La acetil-CoA se sintetiza a partir de piruvato (un producto parcialmente oxidado de la degradacin de los azcares y determinados aminocidos) en varias reacciones. La acetil-CoA tambin es el producto del catabolismo de los cidos grasos (que se describe en el Captulo 11) y de determinadas reacciones del metabolismo de los aminocidos (Captulo 15). En el ciclo del cido ctrico, los tomos de carbono se oxidan a CO 2 y los electrones de energa elevada se transfieren al NAD+ y al FAD para formar las coenzimas reducidas NADH y FADH 2 , respectivamente. En la primera reaccin del ciclo del cido ctllCO, un grupo acetilo de dos carbonos se condensa con una molcula de cuatro carbonos (oxalacetato) para formar una molcula de seis carbonos (citrato) (Fig. 9-7). Durante las siete reacciones siguientes, en las que se producen dos molculas de CO 2 y se eliminan cuatro pares de electrones de compuestos carbonados, el citrato se convierte de nuevo en oxalacetatoo Durante un paso del ciclo, se produce la molcula de energa elevada guanosina trifosfato (GTP) durante una fosforilacin a nivel de sustrato. La reaccin neta del ciclo del cido ctrico es: Acetil-CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2 H 20~2 CO 2 + 3 NADH + FADH 2 + CoASH + GTP + 3 W El ciclo del cido ctrico desempea otro papel importante en el metabolismo, adems de su funcin en la produccin de energa. Los intermediarios del ciclo son sustratos de diversas reacciones de sntesis. En el Cuadro 9-2 se da un resumen de las funciones de las coenzimas del ciclo del cido ctrico.Conversin del piruvato en acetil-CoA Tras su transporte a la matriz mitocondrial, el piruvato se convierte en acetil-CoA en un conjunto de reacciones catalizadas por las enzimas del complejo piruvato deshidrogenasa. La reaccin neta, una descarboxilacin oxidativa, es la siguiente: Piruvato + NAD+ + CoASH~Acetil-CoA + NADH + CO 2 + H20 + WPREGUNTA 9.4 299. CAPTU La N u EVE2S0HOO1 1 1 H-C-C -De la gluclisisMetabolismo aerobio 1: ciclo del cido ctrico11 C-O1H PiruvatoCoASHNAO' Piruvalo desllldrogenaslH+NAOHW H-H De la ti-oxidacin de los cidos grasos11H-I;-r 1IAcetil-CoAe-e-o-OO11C-O -~CO --H-O-e-e-H CitratoOxalacetato1C-";-reoASH11-C -S-eoA11M""O:"h:J",~~/.~~ HOOHOO~OI110 +NADHH;-r IH"/.11coMalatoO1 11 H-C-C-QNAO'~c-o --o-e-e-OH Isocitrato 1-H-o-e-e-H Isocltrato deshidrogenasa1HNAD"Fumarasa H+~H"+NADHcaFumaratoOe-e-o-1111-O-e-e-HFADADPSUCClnato destlidrogenasaIa-CetoglutaratoGTPH'NAO'e-e - a1ATPH-e-H NADHH 1 H-CO 11OSuccinatoGDPe-Q-1111CoASHo ) Celoglutarato deshidrogenasaSucc!nil CoA sintetasaHSuccinil CoA FU3URA 9-5HCiclo del cido ctrico111C-C-En cada vuelta del ciclo, entra la acelil-CoA procedente de la ruta glucoJtica o del catabolismo de los cidos grasos y sa len dos molculas de carbono totalme.nte oxidado en forma de CO 2 . Se reducen tres mO.culas de NAD" y una molcula de FAD . Se genera l una molcula de GTP (interconvertible. con el ATP) en una reaccin de fosforilacin a nivel de sustrato.H-o Q1H-e-H 1e-S-eoA 11oI-o-e-eH'I 1a+11-O-C-e-H~eQ 300. 9.2. Ciclo del cido citrico2S14'Foslopantetenar~--------------------------~A~----------------------------~ H0-OICHII IHS-CH 2- CH - NH-"-CH ,-CH 2 -NH --~-I-I-CH:! OO______~,,~----~J~OH CHJ~----------jJ-MercaptoetilaminaAdenina0-,,-0-"-0 -____~OC~2 OOHcido pantotnicoHHH OI O=P ICoenzima AOH3'-losloRibosa 3'-loslatoADPOOFIl3URA 9-6Coenzima A. En la coenzima A un derivado 3' fosfato del ADP est unido al cido pantotnico a travs de un enlace ster fosfato. El grupo 5-mercaptoetilamina de la coenzima A est unido al cido pantotnico por un enlace amida. La coenzima A es un transportador de grupos acilo cuyo tamao va desde el grupo acetilo hasta los cidos grasos de cadena larga. Debido a que el grupo SH reactivo forma un enlace tioster con los grupos acilo, la coenzima A suele abreviarse CoASH. El enlace carbono-azufre de un tioster se rompe ms fcilmente que el enlace carbonooxgeno de un ster. Debido a que el enlace tioster es ms fcilmente hidrolizable que el enlace ster simple, la transferencia del grupo aciJo est muy favorecida.FIl3URA 9-7CitratoOxalacetatoo/Malatoo /FumaratoPrincipales reacciones del ciclo del cido ctrico. El oxalacetato, una molcula de cuatro carbonos, se condensa con la acetil-CoA para formar citrato, una molcula de seis carbonos. Luego, se forman dos molculas de CO 2 . Se forman tambin tres molculas de NADH, una molcula de FADH 2 , y una molcula de GTP.H20NAOH+ H+NADIsocltrato NAO'H20W+NAOHNAO'FAOa-CetoglutaratoSuccinatoSuccinil-CoAA pesar de la simplicidad aparente de esta reaccin muy exergnica (~Go, = -33.5 kJ/mol), su mecanismo es uno de los ms complejos que se conocen. El complejo piruvato deshidrogenasa es una estructura multienzimtica grande que contiene tres actividades enzimticas: piruvato deshidrogenasa (El), conocida tambin como piruvato descarboxilasa, dihidrolipoil transacetilasa (EJ y dihidrolipoil deshidrogenasa (E)). Cada actividad enzimtica est presente en varias copias. En el Cuadro 9-3 301. 282CAPTU LO N U EVEMetabolismo aerobio 1: ciclo del cido ctricoCUADRO 9 - 2Resumen de las coenzimas del ciclo del cido ctrico CoenzimaFuncionesTiamina pirofosfato (TPP)Transportador electrnicoFAOH 2Transportador electrnicoCoenzima A (CoASH)El piruvato se convierte en acetil-CoA por las enzimas del complejo piruvato deshidrogenasa. Las coenzimas que se requieren son TPP, FAD, NAO+ y cido lipoico.Transportador de grupos hidrgeno o acetiloNAOHCONCEPTOS CLAVE 9.2Oescarboxilacin y transferencia de grupos aldehdocido lipoicoTransportador de grupos acetilose resume el nmero de copias de cada enzima y las coenzimas que requiere el complejo piruvato deshidrogenasa de E. eolio En el primer paso, la piruvato deshidrogenasa cataliza la descarboxilacin del piruvato. Se forma un nuclefilo cuando un residuo bsico de la enzima extrae un protn del anillo de tiazol de la tiamina pirofosfato (TPP). Se forma el intermediario, hidroxietil-TPP (HETPP), tras el ataque del anillo nuclefilo de tiazol al grupo carbonilo del piruvato con la prdida de CO 2 (Fig. 9-8). En los pasos siguientes, el gmpo hidroxietilo del HETPP se convierte en acetilCoA por la dihidrolipoil transacetilasa. El cido lipoico (Fig. 9-9) desempea un papel crucial en esta transformacin. El cido lipoico est unido a la enzima a travs de un enlace amida con el gmpo e-amino de un residuo de lisina. Reacciona con el HETPP para formar un cido lipoico acetilado y TPP libre. El grupo acetilo se transfiere a continuacin al grupo sulfhidrilo de la coenzima A. Posteriormente, el cido lipoico reducido se vuelve a oxidar por la dihidrolipoil deshidrogenasa. El FADH2 se vuelve a oxidar por el NAD+ (con su potencial de reduccin ms negativo) para formar el FAD que se requiere para la oxidacin del siguiente residuo de cido lipoico reducido. La actividad de la pimvato deshidrogenasa est regulada por dos mecanismos: inhibicin por el producto y modificacin covalente (Seccin 6.5). El complejo enzimtico se activa alostricamente por el NAD+, la CoASH y el AMP. Se inhibe por concentraciones elevadas de ATP y los productos de la reaccin acetil-CoA y NADH. En los vertebrados, estas molculas activan tambin una quinasa, que convierte el complejo pimvato deshidrogenasa activo en una forma fosforilada inactiva. Las elevadas concentraciones de los sustratos pinlvato, CoASH y NAD+ inhiben la actividad de la quinasa. El complejo piruvato deshidrogenasa se reactiva por una reaccin de desfosforilacin cata!izada por una fosfoprotena fosfatasa. La fosfoprotena fosfatasa se activa cuando la concentracin mitocondrial de ATP es baja. CUADRO 9-3Complejo piruvato deshidrogenasa de E. coli FuncinN." de copias por complejo;"CoenzimasPiruvato deshidrogenasa (El)Descarboxila al piruvato24 (20-30)TPPOihidrolipoil transacelilasa (E,)Cataliza la transferencia del grupo acetilo a la CoASH24 (60)Oihidrolipoil deshidrogenasa (El)Oxida de lluevo a la dihidrolipoamidaAcUvidad enzimtica12 (20-30)cido lipoico, CoASHNAO'. FAO* En parntesis se presenta el nmero de molculas de cada actividad enzimtica que se encuentra en la piruvato deshidrogenasa de mamferos. 302. 9.2. Ciclo del cido ctrico283PiruvalO descarboxllasaCH 3"-..R,+/C-NCH 3: 11/'->fC-SR/b IQW -S-Enzimac=o I 0-2Anillo de tiazolio de la tiamina pirofosfato (TPP)Piruvatocido lipoicoD:hidrollpoil lransacelllasaCH 3Dihidrolipoil dashidrogenasa1 C=OISNAO+SHSHSH~(~"Enzima~~"EnZima OH'Ocido dihidrolipoicocido acetil lipoicoo 11CoA-S- C-CH 3F'IGURA 9-BReacciones catalizadas por el complejo piruvato deshidrogenasa. La piruvato carboxilasa, que contiene TPP, cataliza la formacin de HETPP. Utilizando como cofactor cido tipoico, la dhidrolipoil transacetilasa convierte el grupo hidroxietilo del HETPP en acetil-CoA. La dihidrolipoil deshidrogenasa vuelve a oxidar el cido lipoico reducido. (Consulte la Fig. 9-9 para la estructura del cido lipoico.) 303. CAPTULO NUEVE284Metabolismo aerobio 1: ciclo del cido ctricoF"I [JI U RA 9-9Lipoamida. El cido lipoico est unido de forma covalente a la enzima a travs de un enlace amida con el grupo [-ami no de un residuo de lisina.cido a-lipoicoCadena proteicaReacciones del ciclo del cido ctrico El ciclo del cido ctrico est fonnado por ocho reacciones que tienen lugar en dos fases: 1. El grupo acetilo de dos carbonos de la acetil-CoA entra en el ciclo al reaccionar con el compuesto de cuatro carbonos oxalacetato (reacciones 1-4). A continuacin se liberan dos molculas de COz. 2. El oxalacetato se regenera de forma que pueda reaccionar con otra acetilCoA (reacciones 5-8). Las reacciones del ciclo del cido ctrico son como sigue:1. Introduccin de dos carbonos como acetil-CoA. El ciclo del cido ctrico comienza con la condensacin de la acetil-CoA con el oxaJacetato para fOlmar citrato: O 11oCoASHH2 C-C-O-11C-O-oCitrato sintasa1C=O11H3 C-C-S-CoA+1CH 211Acetil-CoAO OxalacetatoI~HO-C-C-O1+CH 21C-O-..1H20C-O11OCitratoObsrvese que esta reaccin es una condensacin aldlica. En esta reaccin la enzima separa un protn del grupo metilo de la acetil-CoA, convirtindola de esta manera en un carbanin. El carbanin metilo nuclefilo a continuacin ataca al carbono carbonlico del oxalacetato. El producto, la citroil-CoA, se hidroliza rpidamente para formar citrato y CoASH. Debido a la hidrlisis del enlace tioster de energa elevada, la variacin de energa libre estndar global es igual a -33.5 kJ/mol, y la formacin de citrato es muy exergnica. 2. El citrato se isomeriza para formar un alcohol secundario que puede oxidarse fcilmente. En la reaccin siguiente del ciclo, el citrato, que contiene un alcohol terciario, se convierte de forma reversible en isocitrato por la aconitasa. Durante esta reaccin de isomerizacin, se forma por deshidratacin un intermediario denominado cis-aconitato. El doble enlace carbono-carbono del cis-aconitato se rehidrata a continuacin para formar el alcohol secundario ms reactivo, isocrato. 304. 9.2. Ciclo del cido citrico285o O11H2 C-C-0-11~ICHJHO-C-C-O--c-o-I'" c-c-o-1CH 2O11,.......C'-..... ~O H C:::Y'1c-o-11-O-C-C-OH11110-O CitratoHcis-AconitatoIsocitrato3. El isocitrato se oxida para formar NADH y COz. La descarboxilacin oxidativa del isocitrato, que cataliza la isocitrato deshidrogenasa, se produce en dos pasos. En el primero, el isocitrato se oxida para formar oxalsuccinato, un intelwediario transitorio: O 11CH 2-c-o-~+OH'OI",-e-o-11CH 2 - C - 0 -;--e-oINADH NAO'~;--e-oI-O-C-C-OH11H'O 11-o-c-c=o11"'-o-c-c=oHIsocitratoOxalsuccinatoLa descarboxilacin inmediata del oxalsuccinato da lugar a la formacin de IX-cetoglutarato, un IX-cetocido. Existen en los mamiferos dos formas de isocitrato deshidrogenasa. La isoenzima que requiere NAD+ slo se encuentra en las mitocondrias. La otra isoenzima, que requiere NADP+, se encuentra tanto en la matriz mitocondrial como en el citoplasma. En algunas circunstancias la ltima enzima se utiliza dentro de ambos compartimientos para generar NADPH, que se requiere en los procesos de biosntesis. Obsrvese que el NADH producido en la conversin del isocitrato en IX-cetoglutarato es el primer enlace entre el ciclo del cido ctrico y la CTE, y la fosforilacin oxidativa. 4. El a-cetoglutarato se oxida para formar una segunda molcula de NADH y de COz. La conversin del IX-cetoglutarato en succinil-CoA est cataJizada por las actividades enzimticas del complejo IX-cetoglutarato deshidrogenasa: IX-cetoglutarato deshidrogenasa, dihidrolipoil transsucciniJasa y dihidrolipoil deshidrogenasa.oI",-e-o-NADH+H'o11~11..CH 2CH 2 - C - 0 1CH 2 1C - S - CoAI-O-C-C=O a-Cetoglutarato11CoASHCOO Succinil-CoAEsta reaccin muy exergnica (~Go' = -33.5 kJ/mol), una descarboxilacin oxidativa, es anloga a la conversin del piruvato en acetil-CoA, que cataliza la piruvatoa-Cetoglutarato 305. 286CAPTULO NUEVEMetabolismo aerobio 1: ciclo del cido ctricodeshidrogenasa. En ambas reacciones, los productos son molculas de tioster con energa abundante, esto es, acetil-CoA y succinil-CoA. Otras semejanzas entre los dos complejos multienzimticos son que se requieren los mismos cofactores (TPP, CoASH, cido lipoico, NAD+ y FAD) Y que son inhibidores los mismos o semejantes efectores alostricos. La (,(-cetoglutarato deshidrogenasa se inhibe por la succinilCoA, el NADH, el ATP y el GTP. Una diferencia importante entre los dos complejos es que el mecanismo de control del complejo (,(-cetoglutarato deshidrogenasa no implica una modificacin covalente. S. La ruptura de la succinil-CoA est acoplada a una fosforilacin a nivel de sustrato. La ruptura del enlace tioster de energa elevada de la succinil-CoA para formar succinato, que cataliza la succinato tioquinasa, est acoplada en los mamferos a la fosforilacin a nivel de sustrato del GDP. En otros organismos, se fosforila el ADP.oO1111CH 2 - C - 0 -ICH 2CH 2 - C - 0 -++GOPI~P,41+CH 2GTP+CoA$HIC-S-CoAC-O-1111OOSuccinil-CoASuccinatoEl ATP se sintetiza en la reaccin siguiente, que cataliza la nucJesido difosfato quinasa:+GTPAOP+GOPATP6. La molcula de cuatro carbonos succinato se oxida para formar fumarato y FADH 2 . La succinato deshidrogenasa cataliza la oxidacin del succinato para formar fumarato: OO1111CH 2 - C - 0 -I+CH 2 1c-o11O Succinato4H", /C-OC 11/ C 0-::7' +C ......... H 0FumaratoDe forma diferente a otras enzimas del ciclo del cido ctrico, la succinato deshidrogenasa no se encuentra dentro de la matriz mitocondrial, sino que est firmemente unida a la membrana mitocondrial interna. La oxidacin de un alqueno requiere un agente oxidante ms fuerte que el NAD+. La succinato deshidrogenasa es una flavoprotena que emplea el FAD para impulsar la oxidacin del succinato a fumarato. (En la reaccin completa los electrones donados al FAD unido covalentemente a la succinato deshidrogenasa pasan a continuacin a la coenzima Q, un componente de la CTE. La !1Go' para este proceso es de -5.6 kJ/mol.) La succinato deshidrogenasa se activa por concentraciones elevadas de succinato, ATP y Pj, y se inhibe por el oxalacetato. Recuerde que la enzima tambin se inhibe por el malonato, un anlogo estructural del succinato. (Este inhibidor fue utilizado por Hans Krebs en sus trabajos pioneros sobre el ciclo del cido ctrico.) 7. Hidratacin del fumarato. El fumarato se convierte en L-malato en una hidratacin estereoespecfica reversible catalizada por la fumarasa (que tambin se denomina fumarato hidratasa): 306. 9.2. Ciclo del cido ctrico287oII IC-OHO-C-H+I I C-OCH 2IO L-MalatoFumarato8. El malato se oxida para formar oxalacetato y un tercer NADH. Finalmente, el oxalacetato se regenera con la oxidacin del L-malato: OI c-oI HO - C - H + I CH 2 I C-OIOI I c=o + I CH 2 I C-OIc-oNAO..O~+H"OLa malato deshidrogenasa utiliza como agente oxidante el NAD+ en una reaccin muy endergnica (~Go, = +29 kJ/mol). La reaccin es empujada hasta que se completa debido a la eliminacin del oxalacetato en la siguiente vuelta del ciclo.CONCEPTOS CLAVE 9.3El ciclo del cido ctrico comienza con la condensacin de una molcula de acetil-CoA con el oxalacetato para formar citrato, que posteriormente se vuelve a convertir en oxalacetato. Durante este proceso se producen dos molculas de CO 2 tres molculas de NADH, una molcula de FADH 2 y una molcula de GTP.Destino de los tomos de carbono en el ciclo del cido ctrico En cada vuelta del ciclo del cido ctrico entran dos tomos de carbono como grupo acetilo de la acetil-CoA y se liberan dos molculas de CO 2 . Una revisin cuidadosa de la Figura 9-5 descubre que los dos tomos de carbono que se liberan en forma de molculas de CO 2 no son los mismos dos carbonos que han entrado en el ciclo, sino que los tomos de carbono liberados proceden del oxalacetato que reaccion con la acetil-CoA entrante. Los tomos de carbono entrantes consecuentemente forman la mitad del succinato. Debido a la estructura asimtrica del succinato, los tomos de carbono que derivan del grupo acetilo entrante finalmente se distribuyen en todas las molculas que proceden del succinato. Por consiguiente, los tomos de carbono que entran se liberan como COl slo tras dos o ms vueltas del ciclo.O 11Siga el camino del carbono marcado en el CH 3 14 C-SCoA a travs de una vuelta del ciclo del cido ctrico. Tras observar la Figura 9-5 sugiera por qu se requieren ms de dos vueltas del ciclo para que todos los tomos de carbono marcados se liberen como 14C02.Ciclo del cido ctrico anfiblico Las rutas anfiblicas pueden actuar como procesos anablicos o catablicos. El ciclo del cido ctrico es obviamente catablico. dado que los grupos acetilo se oxidan para formar CO 2 y la energa se conserva en las molculas de coenzima reducidas. El ciclo del cido ctrico es tambin anablico, dado que varios intermediarios del ciclo del cido ctrico son precursores de rutas de biosntesis (Fig. 9-10). Por ejemplo, el oxalacetato se utiliza en la gluconeognesis (Captulo 8) y en la sntesis de losPREGUNTA 9.5 307. 2BBMeta boli sm o ae robio 1: ciclo del cido ctricoCAPTU LO N U EVEPiruvatoProtena ColesterolCoASHCoASH Acetil-c0' UCitratoOxalacetato)? MalatoNAoH+W IsocitratoNAO'0 (NAO"0NAoH H20+FumaratocO 2H'FAoH2 FAD Il'-CetoglutaratoADP NAo GTP Succinato NADHATP+ W CoASHSuccinil-CoAH,m~ ClorofilaGlutamato Purinas' ca,Determinados Cidos grasosProtenaDeterminados aminocidosF"IBURA 9-1 OCiclo del cido ctrico anfiblico. El ciclo del cido ctrico opera en procEsos ana b]lcos (p. ej ., sntesis de cidos grasos, colesterol, he mo y glucosa) y procesos catab licos(p. ej ., degradacin de los am inocidos y produ ccin de ene rga). 308. 9.2. Ciclo del cido ctricoaminocidos (Captulo 14). El u.-cetoglutarato desempea tambin un papel importante en la sntesis de aminocidos. La sntesis de porfirinas como el hemo utiliza la succinil-CoA (Captulo 14). Finalmente, la sntesis de los cidos grasos y del colesterol en el citoplasma requiere acetil-CoA (Captulo 12). Los procesos anablicos extraen del ciclo del cido ctrico molculas que se requieren para mantener su funcin en la generacin de energa. Varias reacciones, denominadas anaplerticas, lo rellenan. Una de las reacciones anaplerticas ms importante es la que cataliza la piruvato carboxilasa. Una concentracin elevada de acetil-CoA, un indicador de concentracin insuficiente de oxalacetato, activa la piruvato carboxilasa. Como consecuencia, aumenta la concentracin de oxalacetato. El exceso de oxalacetato que no se utiliza dentro del ciclo del cido ctrico se emplea en la gluconeognesis (Captulo 8). Otras reacciones anaplerticas son la sntesis de succinil-CoA a partir de determinados cidos grasos (Captulo 12) y los u.-cetocidos, u.-cetoglutarato y oxalacetato, a partir de los aminocidos glutamato y aspartato, respectivamente, mediante reacciones de transaminacin (Captulo 14).La deficiencia de piruvato carboxilasa es normalmente una enfermedad mortal debido a la ausencia de la enzima o a una enzima defectuosa que convierte el piruvato en oxalacetato. Se caracteriza por grados variables de retraso mental y alteraciones de varias rutas metablicas, especialmente las que corresponden a los aminocidos y sus productos de degradacin. Un sntoma destacado de esta enfermedad es la aciduria tctica (cido lctico en la orina). Tras revisar la funcin de la pirvato carboxilasa, explique por qu se produce este sntoma.Regulacin del ciclo del cido ctrico El ciclo del cido ctrico est regulado con precisin de fomla que se satisfagan constantemente los requerimientos energticos y de biosntesis de la clula. La regulacin se consigue principalmente por la modulacin de enzimas clave y la disponibilidad de determinados sustratos. Dado su papel destacado en la produccin de energa, el ciclo depende tambin de un aporte continuo de NAD+, FAD Y ADP. Las enzimas del ciclo del cido ctrico citrato sintasa, isocitrato deshidrogenasa y u.-cetoglutarato deshidrogenasa estn estrechamente reguladas dado que catalizan reacciones que representan importantes puntos de ramificacin metablicos (Fig. 9-11). La citrato sintasa, la primera enzima del ciclo, cataliza la formacin de citrato a partir de acetil-CoA y oxalacetato. Dado que la concentracin de aceti I-CoA y de oxalacetato son bajas en la mitocondria con relacin a la cantidad de la enzima, cualquier aumento de la disponibilidad del sustrato estimula la sntesis de citrato. (En estas condiciones la reaccin es de primer orden con respecto al sustrato. Por lo tanto, la velocidad de la sntesis de citrato est influenciada por las variaciones de las concentraciones de acetil-CoA y oxalacetato.) Las concentraciones elevadas de succinil-CoA (un producto intermediario lejano del ciclo) y de citrato inhiben la citrato sintasa actuando como inhibidores alostricos. Otros reguladores alostricos de esta reaccin son el NADH y el ATP, cuyas concentraciones reflejan el estado energtico celular del momento. Una clula en reposo posee cocientes elevados de NADHlNAD+ y ATP/ADP. Al activarse metablicamente una clula, las concentraciones de NADH y ATP descienden, y como consecuencia se hacen ms activas las enzimas como la citrato sintasa. La isocitrato deshidrogenasa cataliza la segunda reaccin del ciclo muy regulada. Su actividad se estimula por las concentraciones relativamente elevadas de ADP y NAD+ Y se inhibe por el ATP y el NADH. La isocitrato deshidrogenasa est muy regulada debido a su importante papel en el metabolismo del citrato (Fig. 9-12). Como se ha descrito anteriormente, la conversin de citrato en isocitrato es reversible. Una mezcla de equilibrio de las dos molculas consta en gran medida de citrato. (La reaccin se impulsa hacia delante debido a que el isocitrato se transforma rpi-289CONCEPTOS CLAVE 9.4El ciclo del cido ctrico es una ruta anfiblica; es decir, acta tanto en el catabolismo como en el anabolismo. Los intermediarios del ciclo del cido ctrico que se utilizan en los procesos anablicos se reponen mediante varias reacciones anapJerticas.PRE.GUNTA 9.6-, 309. CAPTU LO N U EVE290Metabolismo aerobio 1: ciclo del cido ctricoPiruvatoPiruvato deshidrogenasaPlrulato carboxi lasaEstimulada porCoASHOxalacetato/H20Citrato Inhibida por succinil CoA, citratoyATP"'IsocitratoMalatoIInhibida poryATPIsoci!rato deshldrogenasa CO2FumaratoNAO-yAOPa-CetoglutaratoSuccinatoCoASH " -Cetog!utarato deshidrogenas Succinil-CoA F"1C3URAg-,1Control del ciclo del cido ctrico. Se indican los principales lugares reguladores del ciclo. En color se muestran los activadores y los inhibidores de las enzimas reguladas.damente en a-cetoglutarato.) De las dos molculas, slo el citrato puede penetrar en la membrana mitocondrial interna. (Cuando se mueven al citoplasma un nmero sustancial de molculas de citrato, el requerimiento energtico de la clula es bajo.) El transporte del citrato se utiliza para sacar fuera de la mitocondria a la acetil-CoA 310. 9.2. Ciclo del cido ctrico291Membrana mitocondrialPiruvatoPiruvatoNAOPHNAD-+ W ATPEnzima mllcaPiruv 10 carboxl lasaCoASH PuUvalClMalalot16shiclrogenasaMalatoADP+NAO'P,Malatodeshldrogenasa MalaloNA OHdeshldrogenasa+ +OxalacelaloH'Oxalacelato AOP+CoASHAcetil-CoA+ATPCoASHCitrato- - - - -D:::.'::::Il'---+MitocondriaCitrato CitosolF"113 U RA 9 - 1 2Metabolismo del citrato. Cuando el citrmo, UIJ intermediario del ciclo del cido ctrico, se mueve desde la matriz mitocondriaJ al citoplasma, se rompe para formar acetiJ-CoA y oxalacetato por la citrato liasa. La reaccin de la citrato iasa est impulsada por la hidrlisis del ATP. La mayor parte del oxalacetato se reduce por la malato deshidrogenasa. El malato se oxida a continuacin a piruvato y CO 2 por la enzima mlica. El NADPH que se pmduce en esta reaccin se utiliZa en los procesos citoplsmicos de biosntesis, como la sntesis de los cidos grasos. El piruvflto entra en las mitocondrias, donde puede convertirse en oxalacetato o acetilCoA. El malato tambin puede entrar de nuevo en las mitocondrias, donde se oxida de nuevo para formar oxalacetato.debido a que la acetil-CoA no puede atravesar la membrana mitocondrial interna. Una vez en el citoplasma, el citrato se fracciona por la citrato liasa. La acetil-CoA que se forma se utiliza en varios procesos de biosntesis, como la sntesis de cidos grasos. El oxalacetato se utiliza en las reacciones de biosntesis o puede convertirse en malato. ste puede volver a entrar en la mitocondria, donde vuele a convertirse en oxalacetato o se convierte en el citoplasma en pinlVato por la enzima mlica. El piruvato vuelve a entrar en la mitocondria. Adems de ser un precursor de la acetiJCoA y del oxalacetato en el citoplasma, el citrato acta tambin directamente para regular vmios procesos citoplsmicos. El citrato es un activador alostrico de la 311. El cncer consiste en un conjunto de enfermedades en las que las clulas daadas genticamente proliferan de forma autnoma. Estas clulas no pueden responder a los mecanismos reguladores normales que aseguran la cooperacin intercelular que se requiere en los organismos multicelulares. Como co nsecucncia, continlan proliferando. robando de esta manera a las clulas normales cercanas los nutrientes e invadiendo en liltima instancia el tejido sano de los alrededores. Se ha reconocido desde hace tiempo que los tumores cancerosos poseen un metabolismo energtico anmalo. Por ejemplo, en los aos 19:10, atto Warhurg (188:1-1970), el hioqumico alemn que dise los primeros mtodos fiables pROH+ H20 + NADP+Donde R - H es el sustrato. R-CH 3 (a)R-QR- O O H(b)R -N-R I12OH(e)R-NH-CH 3 NADPH-Cit P4S0Oreduetasa R-NH 2+11H-C-H(d)R-O-CH 3O R-OH (e)+11H-C-HFIGlURA 1 CD FII3URA 1ceSistema de transporte electrnico del citocromo P451l' El citoeromo P 'jU Y la citoeromo PNl reductasa son componentes de un sistema de transporte electrnico que se uti 'liza para oxidar molculas endognas y exgenas.Diversos sustratos que oxidan las isoenzimas del citocromo P4511 Entre las reacciones catatizadas por el citocromo p ~ .,o esn (a) oxidaciones aliflicas, (h) hidroxilaeiones aromticas, (e) N-hidroxilaciones, (d) N-desalquilaciones y (e) O-clesalquilaciones.trodo cae cuando se aade 02' El gradiente de pH tpico a travs de la membrana interna es aproximadamente 0.05 unidades de pH. 2. La sntesis de ATP se detiene cuando la membrana interna se rompe. Por ejemplo, la sntesis de ATP se detiene cuando se colocan las mitocondrias en 329. La reaccin de oxigenacin se inicia cuando el sustrato se une al citocromo P450 oxidado (Fe)+). Esta unin estimula una reduccin del complejo enzima-sustrato por un electrn transferido del NADPH a travs de la citocromo P4~1l reductasa (Fe 2+-sustrato). Tras la reduccin, el citocromo P450 puede unir el O 2 . Luego, el electrn del hierro del hemo se transfiere al O 2 unido, formando as una especie transitoria [Fe.l+(02-)J-sustrato. (Si el sustrato unido se oxida fcilmente, puede convertirse en un radica ll peroxi.) Un segundo electrn que se transfiere desde la Ilavoprotena da lugar a la generacin de un complejo [Fe:l+(O/)]-sustrato. Esta breve asociacin finaliza cuando cl enlace oxgeno-oxgeno se rompe. Se libera un tomo de oxgeno en una molcula de agua, mientras que el otro permanece unido al hemo. Tras extraerse del sustrato un tomo de hidrgeno o un electrn, se transfiere al sustrato la especie de oxgcno (ahora un potente oxidante). El ciclo termina con la liberacin del producto del lugar activo. Dependiendo de la naturaleza del sustrato, el producto es un epxido (anillo de tres miembros que contiene un grupo ter) o un alcohol. Los epxidos son muy reactivos. Se ha visto que se unen irreversiblemente al DNA. al RNA y a las protenas, y se han implicado en la carcinognesis. Muchos epxidos se hidrolizan a productos diol (molculas que contienen dos grupos OH adyacentes) por la epxido hidroxilasa, una enzima microsmica (Fig. 1DE). En la mayora de los casos los dioles que se forman son menos reactivos y menos txicos que el epxido de partida. Sin embargo" con algunos hidrocarburos policclicos (p. ej., benzo[a]pireno) los dioles que se forman son precursores de metabolitos cancergenos.Entre los ejemplos de reacciones endgenas de biotransformacin catalizadas por los sistemas de transporte electrnico del citocrolllo P,150 se encuentra la conversin de la vitamina D J en su forma biolgicamente activa 1.2-dihidroxivitamina D J .HH1 IC llocromo PIR-CH=CH-R -----~..,~ R-C-C-RHEpoXldo11lcJrolas; ..,/HOI I R-C-C-R I I OH OH(a)oCllocromo P&50EpOxrdO.., (b) -IIdrofasao-J QOOHJIFIGURA lOEConversin de los sustratos en alcoholes a travs de un intermediario epxido. (a) Sustratos alifticos, como los hidrocarburos. (lb) Sustratos aromticos, como el benceno.una disolucin hipertnica, aunque contine el transporte electrnico. El hinchamiento de las mitocondrias hace que se pierdan protones a travs de la membrana interna. 3. Diversas molculas que inhiben la sntesis de ATP disipan de forma especfica el gradiente de protones (Fig. 10-13). De acuerdo con la teora quimiosmtica, un gradiente de protones intermmpido disipa la energa que procede de las molculas del alimento en forma de calor. Los desacopladores colapsan el gradiente de protones igualando la concentracin de protones a ambos lados de las membranas. (Al difundir a travs de la membrana, los desacopladores toman protones de un lado y los liberan en el otro.) Los ionforos son molculas hidrfobas que disipan los gradientes osmticos insertndose ellos mismos en la membrana y formando un canal. Por ejemplo, la gramicidina es un antibitico que forma un canal en las membranas por el que pasan H+, K+ Y Na+.CONCEPTOS CLAVE 10.2En los organismos aerobios la energa que se utiliza para impulsar la sntesis de la mayora de las molculas de ATP es la fuerza protn mouiz. sta se genera al liberarse la energa libre cuando los electrones fluyen a travs de la cadena de transporte electrnico.Los gradientes de protones que generan los sistemas de transporte electrnico se disipan con dos fines generales: el ATP se sintetiza al fluir los protones a travs de la ATP sintasa y se utiliza la prdida regulada de los protones para impulsar varias clases de trabajo biolgico. Se describe la sntesis de ATP y su regulacin dentro de las mitocondrias y luego se da una breve visin general de la generacin de energa a partir de la glucosa. La Seccin 10.2 finaliza con una consideracin de la termognesis sin tiritera, un mecanismo en el que el gradiente mitocondrial de protones de determinadas clulas animales se utiliza para regular la temperatura corporal. 330. 10.2. Fosfonlacin oxidativaFII3URA 10-11 1ATP sintasaMatriz: pH elevado, cargada negativamenteTeora quimiosmtica. El flujo de electrones a travs de los complejos de transporte electrnico est acoplado al flujo de protones a travs de la membrana interna desde la matriz hasta el espacio intermembrana. Este proceso incrementa el pH de la matriz. Adems, la matriz queda cargada negativamente con respecto al espacio intermembrana. Los protones fluyen pasivamente a la matriz a travs de un canal en la ATP sintasa. Este flujo est acoplado a la sntesis de ATP.ATPADP +Espacio intermembrana: pH bajo, cargado positivamente31 1PiMembrana mitocondrial internaFIBURA 10-1 laMatrizADP +WbajoNADH+PiATPATPHsintasa2 W NAO'SuccinatoMembrana internaH'Visin general del modelo quimiosmtico. En el modelo de Mitchell los protones se impulsan desde la matriz mitocondrial a travs de la membrana interna y dentro del espacio intermembrana por el mecanismo de transporte electrnico. La energa capturada del transporte electrnico se utiliza para crear un potencial elctrico y un gradiente de protones. Debido a que la membrana interna es impermeable a los protones, slo pueden atravesar la membrana fluyendo a travs de canales especficos de protones. El flujo de protones a travs de la ATP sin tasa impulsa la sntesis de ATP. (V ase la Figura 10-1 para unas breves descripciones de las funciones de los complejos J, JI. III Y IV en el transporte electrnico.) 331. 312CAPTULO DIEZMetabolismo aerobio 11: transporte electrnico y fosforilacin Gramicidina AN(a)(b)F"lGURA10- 13Desacopladores. (a) Dinitrofenol, (b) gramicidina A. El dinitrofenol difunde a travs de la membrana. tomando los protones de un lado y liberndolos en el otro. La gramicidina A, un pptido de II residuos, forma un dmero extremo con extremo. que crea en la membrana un poro permeable a los protones. (C = extremo carboxiJo; N = extremo amino) De J.D. Rawn, Biochemistry, 1989, pg. 1039, Fig. 31.18. Reproducido con permiso de Prentice-Hall, lnc., Upper Saddler River, NJ.PREBUNTA 10'. 2El dinitrofenol (DNP) es un desacoplador que se utiliz como complemento diettico en los aos 1920, hasta que se produjeron varios fallecimientos. Sugiera por qu el consumo de DNP produce prdida de peso. Los fallecimientos producidos por el DNP se debieron a insuficiencia heptica. Explquelo. (Pista: Las clulas hepticas contienen un nmero extraordinariamente grande de mitocondrias.)Sntesis de ATP Los primeros estudios de microscopa electrnica descubrieron la presencia de numerosas estructuras con forma de pirul salpicando la su perficie interna de la membrana interna (Fig. 10-14). Los experimentos que comenzaron en los primeros aos de la dcada de los sesenta, utilizando partculas submitocondriales, descubrieron que cada pirul es una ATP sin tasa que traslada protones. (Las partculas submitocondriales, o SMP, son pequeas vesculas membranosas que se forman cuando se sonican las mitocondrias. La Figura 10-14a indica que las SMP estn hacia fuera, es decir, los piruls se proyectan hacia el exterior.) Los trabajos posteriores demostraron que la ATP sintasa (Fig. 10-l5) est formada pordos componentes principales. La unidad F I, la ATPasa activa, posee cinco subunidades diferentes presentes en la relacin a}, ~}, y, 6 y e. Existen tres lugares catalticos en FI que unen nuc]etidos. La unidad Fa, un canal transmembrana para los protones, posee tres subunidades presentes con una relacin a, b2 y c [2' Actualmente se piensa que se requiere la translocacin de 3 protones a travs de la ATP sintasa para sintetizar cada molcula de ATP. (Se requiere la transferencia de otro protn para el transporte de ATP y OH- fuera de la matriz intercambiados por ADP y Pi') Parece que el efecto de la fuerza protn motriz es inducir un giro de tres pasos de 120 de cada una de las unidades Fa. El componente rotor (o giratorio) de esta mquina molecular est formado por las subunidades 8, y YC[2, mientras que las subunidades a, b2 , 6, aJ y f3J forman el componente esttor (o estacionario). Al fluir los protones a travs de Fa, el giro de C l2 (el canal de protones) se transfiere a la subunidad y que se proyecta dentro del centro del componente F[. El giro de la subunidad y la coloca en tres posiciones posibles con relacin a cada dmero af3. La afinidad de unin de la subunidad cataltica f3 vara con la posicin alternante 332. 10.2. Fosforilacin oxidativaMitocondria(a) F'I GURA 1(b) [l-14ATP sintasa (~) Tras romperse las mitocondrias, los fragmentos de la membran~ interna se vuel ven a unir para formar panculas submitocondriales U1vel1ldas. (b) Una de las primeras micrografas electrnicas de las partculas submitocondriales que descubra las estructuras en forma de pinrl que finalmente se idemificaron como la ATP sintasa.313 333. 314CAPTU LO DI EZMetabolismo aerobio 11: transporte electrnico y fosforilacinFIGURA 10-15ATP sintasa de Eseherehia eoli. El rotor consta de las subunidades 10, y Y CIZ' El esttor consta de las subunidades a, b2 , (5, (1.3 Y f33' Los componentes moJecu lares de la ATP sintasa estn muy conservados entre las bacterias, los vegetales y los animales.de la subunidad y. La conformacin A une dbilmente ADP y Pi, la conformacin B aproxima los sustratos para facilitar la formacin de ATP, y la conformacin e es una forma no ligadora que expu Isa eficazmente al ATP de su lugar activo. El ltimo paso es el que acta como fuerza impulsora de la reaccin. Sin un gradiente de protones, el rotor no funciona. La direccin del flujo de protones determina la direccin de giro del rotor y la direccin de la reaccin.PREGUNTA 1 D.3Una suspensin de partculas submitocondriales al revs se coloca en una disolucin que contiene ADP, P, Y NADH. Producir el aumento de [W] de la disolucin la sntesis de ATP? Explquelo.Control de la fosforilacin oxidativa El control de la fosforilacin oxidativa permite a la clula producir slo la cantidad de ATP que se requjere de inmediato para mantener sus ac6vidades. Recuerde que en circunstancias normales el transporte electrnico y la sntesis de ATP estn estre- 334. 10.2. Fosforilacin oxidativa chamente acopladas. El valor del cociente P/O (el nmero de moles de P, que se consumen para que se reduzca cada tomo de oxigeno a H 2 0) refleja el grado de acoplamiento que se observa entre el transporte electrnico y la sntesis de ATP. El cociente mximo medido para la oxidacin del NADH es 2.5. El cociente P/O mximo para el FAD~ es 1.5. El control de la fosforilacin oxidativa por la concentracin de ATP est ilustrado por el hecho de que las mitocondrias slo pueden oxidar el NADH y el FADH2 cuando hay una concentracin suficiente de ADP y Pi. Cuando se les proporciona a las mitocondrias aisladas un sustrato oxidable (p. ej., succinato), todo el ADP se convierte con el tiempo en ATP. En este punto, disminuye mucho el consumo de oxgeno. ste aumenta considerablemente cuando se suministra ADP. El control de la respiracin aerobia por el ADP se denomina control respiratorio. La formacin de ATP parece estar fuertemente relacionada con el cociente de accin de masas del ATP ([ATP]/[ADP] [P,]). En otras palabras, la ATP sintasa se inhibe por una concentracin elevada de su producto (ATP) y se activa cuando las concentraciones de ADP y Pi son elevadas. Las cantidades relativas de ATP y ADP dentro de las mitocondrias estn controladas en gran medida por las dos protenas de transporte de la membrana interna: el translocalizador ADP-ATP y el transportador de fosfato. El translocalizador ADP-ATP (Fig. 10-16) es una protena dimrica responsable del intercambio 1: 1 del ATP intramitocondrial por el ADP producido en el citoplas-Membrana internaMatrizATP sintasaITranslocalizador ADP-ATPADp3-Espacio intermembranaTranslocasa de fosfatoFIGURA 10-16El translocalizador ADP-ATP y la translocasa de fosfato. El transporte de H 2P04- a travs de la membrana mitocondrial interna por la translocasa de fosfato est impulsado por el gradiente de protones. Por cada 4 protones que se transportan fuera de la matriz, 3 impulsan el rotor de la ATP sintasa y l impulsa el transporte de fosfato al interior. El intercambio simultneo de ADp 3. y ATp4', que se requiere para la sntesis continua de ATP y que se produce por el translocalizador ADP-ATP, est impulsado por la diferencia de potencial a travs de la membrana interna.315 335. Metabolismo aerobio 11: transporte electrnico y fosforilacin316CAPTULO DIEZCONCEPTOS CLAVE 10.3ma. Como se ha descrito anteriormente, existe una diferencia de potencial a travs de la membrana mitocondrial interna (interior negativo). Dado qlle las molculas de ATP tienen una carga negativa ms que las molculas de ADP, est favorecido el transporte hacia fuera del A TP Y el transporte hacia dentro del ADP. El transporte de H2PO; junto con un protn se produce por medio de la translocasa de fosfato, que tambin se denomina simporte de H 2 PO;/H+. (Los simporte son protenas de transpOlte transmembrana que mueven los solutos a travs de la membrana en la misma direccin. Vase la Seccin 11.2, donde se consideran los mecanismos de transporte de membrana.) Se requiere el transporte hacia dentro de 4 protones para la sntesis de cada molcula de ATP, 3 para impulsar el rotor de la ATP sintasa y 1 para impulsar el transporte hacia dentro del fosfato.El cociente P/O refleja el acoplamiento entre el transpone electrnico y la sntesis de ATP. Los cocientes PIO mximos medidos para el NADH y el FADH 2 son 2.5 y 1.5, respectivamente.Oxidacin total de la glucosa En el Cuadro 10-2 se resume el origen del ATP que produce una molcu la de glucosa. En el Captulo 12 se considera la produccin de A TP a partir de los cidos grasos, otra fuente importante de energa. Recuerde que durante la glucl isis se producen dos molculas de NADH. Cuando se dispone de oxgeno, la oxidacin de este NADH por la CTE es preferible (en trminos de produccin de energa) a la formacin de lactato. Sin embargo, la membrana mitocondrial interna es impermeable al NADH. Las clulas animales han generado varios mecanismos de lanzadera para transferir los electrones desde el NADH citoplsmico a la CTE mitocondrial. Los ejemplos ms destacados son la lanzadera del glicerol fosfato y la lanzadera malatoaspartato. En la lanzadera del glicerol fosfato (Fig. 1O-17a), la DHAP, un intermediario glucoltico, se reduce por el NADH para formar glicerol-3-fosfato. Tras esta reaccin se produce la oxidacin del glicerol-3-fosfato por la glicerol-3-fosfato deshidrogenasa mitocondrial. (La enzima mitocondial utiliza el FAD como aceptor elec-DHAP ---ATPglicerato-3-fosfatoReacciones mitocondriales Pinlvato -----,> acetil-CoA+2Ciclo del cido Ctrico Oxidacin del isocitrato, :x-cctoglutarato y malato Oxidacin del slIccinato GDP-----,>+6+2 +I.S *GTPFosforilacin oxidativa +4.S t (W;2 NADH glucolticos 2 NADH (piruvato a acctil-CoA)+S6 NADH (ciclo del cido ctrico)+IS2 FADH 2 (ciclo del cido ctrico)+3 31(29.S).. Este nmero refleja el precio del transporte al citoplasma. Supone la lanzadera maJalo-aspartalo. Supone la lanzadera del glicerol-fosfato. 1permeable al oxalacetato, ste se con vierte en aspartato en una reaccin de transaminacin (Captulo 15) con la participacin del glutamato. El aspartato se transporta al citoplasma intercambiado con el glutamato (por medio de la protena de transporte glutamato-aspartato), donde puede convertirse en oxalacetato. El a-cetoglutarato se transporta al citoplasma intercambiado con el malato (por medio de la protena de transporte malato-a-cetoglutarato), donde puede convertirse en glutamato. El transportador glutamato-aspartato requiere el movimiento de un protn a la matriz. Por lo tanto, la sntesis neta de ATP utilizando este mecanismo es algo ms reducida. En lugar de generar 2.5 molculas de ATP por cada molcula de NADH, el rendimiento es aproximadamente de 2.25 molculas de ATP. Queda an una ltima cuestin relacionada con la sntesis de ATP a partir de la glucosa. Recuerde que se producen dos molculas de ATP en el ciclo del cido ctrico (a partir de GTP). El precio de su transporte al citoplasma, donde va a utilizarse, es la captura de dos protones a la matriz. Por Jo tanto, la cantidad total de ATP que se produce a partir de una molcula de glucosa se reduce en 0.5 molculas de ATP. Dependiendo de la lanzadera que se utilice, el nmero total de molculas de ATP que produce cada molcula de glucosa vara (aproximadamente) desde 29.5 a 31. Suponiendo que la cantidad promedio de ATP que se produce es de 30 molculas, la reaccin neta de la oxidacin total de la glucosa es la siguiente: C6 H 120 6 + 6 O 2 + 30 ADP + 30 Pi CONCEPTOS CLAVE 10.4La oxidacin acrobia de la glucosa proporciona entre 29.S y 31 molculas de ATP.6 CO 2 + 6 H 2 0 + 30 ATPEl nmero de molculas de ATP que se generan durante la oxidacin total de la glucosa contrasta de forma sealada con las dos molculas de ATP que se forman por la gluclisis. Obviamente, los organismos que utilizan el oxgeno para oxidar la glucosa tienen una ventaja sustancial. 338. 10.3. Agresin oxidativa319Tradicionalmente, la oxidacin de cada NADH y FADH 2 por la CTE se pensaba que daba lugar a la sntesis de tres molculas de ATP y dos molculas de ATP, respectivamente. Como se ha indicado, las medidas ms recientes, que consideran los factores como la prdida de protones a travs de la membrana interna, han reducido algo estos valores. Utilizando los primeros valores, calcule el nmero de molculas de ATP que se generan por la oxidacin aerobia de una molcula de glucosa. Primero suponga que acta la lanzadera del glicerol fosfato y luego suponga que la lanzadera malato-aspartato transfiere los equivalentes reductores a la mitocondria.PREI3UNTA 10.4Calcule el nmero mximo de ATP que puede generarse a partir de un mol de sacarosa.PREGUNTA 10.!!iTransporte electrnico desacoplado y generacin de calor Los recin nacidos, los animales que hibernan y los animales adaptados al fro requieren una mayor produccin de calor que la que normalmente genera el metabolismo. Recuerde del Captulo 4 que el calor es una consecuencia de las reacciones celulares que crean un estado ordenado. (La prdida de calor, la forma ms desorganizada de energa, aumenta la entropa del entomo.) Los animales de sangre caliente utilizan este calor para mantener su temperatura corporal. En condiciones normales, el transporte electrnico y la sntesis de ATP se encuentran fuertemente acoplados, de forma que se reduce al mnimo la produccin de calor. En una forma especializada de tejido adiposo que se denomina grasa parda, la mayor parte de la energa que produce la CTE mitocondrial no se utiliza para generar ATP, sino que se disipa en forma de calor. (Este tejido tiene un aspecto pardo debido al gran nmero de mitocondrias que contiene.) Aproximadamente el 10% de las protenas de la membrana mitocondrial intema de las clulas de la grasa parda es una protena singular de 33 kD que se denomina protena desacopladora (UCP) o ternwgenina. Cuando la protena desacopladora es activa, disipa el gradiente de protones mediante translocacin de los protones. La protena desacopladora se activa cuando se une a cidos grasos. Al disminuir el gradiente de protones, se disipa en forma de calor una gran cantidad de energa. El proceso completo de generacin de calor por la grasa parda, que se denomina termognesis sin tiritera, est regulado por la noradrenalina. (En la termognesis con tiritera se produce calor por la contraccin muscular involuntaria.) La noradrenalina, un neurotransmisor que libera neuronas especializadas que terminan en el tejido asiposo pardo, inicia un mecanismo en cascada que finalmente hidroliza las molculas de grasa. Los cidos grasos producto de la hidrlisis de las grasas activan la protenadesacopladora. La oxidacin de los cidos grasos contina hasta que termina la seal de la noradrenalina o se agotan las reservas de grasa de la clula. 1 C.3. AGRESiN CXIDATIVAEl oxgeno no es esencial para generar energa; muchos seres vivos (todos ellos procariotas anaerobios) utilizan la gluclisis para cubrir todas sus necesidades energticas. Por qu utilizan entonces el oxgeno la gran mayora de los seres vivos para extraer energa de las molculas orgnicas? Adems de las grandes cantidades de energa que se generan utilizando esta sustancia gaseosa, es de fcil disposicin y se distlibuye fcilmente dentro de los organismos. (El oxgeno difunde rpidamente dentro y fuera de las clulas ya que es soluble en el centro lipdico apolar de las membranas.) S in embargo, como se ha mencionado previamente (vase la pg. 299), las ventajas del uso del oxgeno estn ligadas a una propiedad peligrosa que posee. El oxgeno puede aceptar electrones para formar derivados inestables, que se denominan especies de oxgeno reactivas (ROS). Entre los ejemplos de las ROS se encuentran el radical superxido, el perxido de hidrgeno, el radical hidroxilo y el oxgeno singlete. Debido a que las ROS son tan reactivas, cuando se forman en cantidades significativas pueden daar a las clulas. En los seres vivos, la formacin de ROS suele mantenerse en un mnimo por los mecanismos antioxidantes de defen- 339. 320CAPTULO DIEZMetabolismo aerobio 11: transporte electrnico y fosforilacinsao (Los antioxidantes son sustancias que inh.iben la reaccin de molcu las con los radicales de oxgeno. Frecuentemente, los antioxidantes son eficaces debido a que se oxidan ms fcilmente que los tomos o molculas que protegen.) En determinadas condiciones, que en conjunto se denominan agresin oxidativa, los mecanismos antioxidantes se desbordan y puede producirse algn dao. La lesin es consecuencia principalmente de la inactivacin enzimtica, la despolimerizacin de poJisacridos, la degradacin del DNA y la destruccin de membranas. Entre las circunstancias que pueden producir una lesin oxidativa grave se encuentran determinadas anomalas metablicas, el consumo excesivo de ciertos frmacos, la exposicin a una radiacin intensa, o el contacto repetido con determinados contaminantes ambientales (p. ej., el humo del tabaco). Adems de contlibuir al proceso de envejecimiento, la lesin oxidativa se ha asociado al menos a 100 enfermedades humanas. Entre ellas el cncer, las enfermedades cardiovasculares como la aterosclerosis, el infarto de miocardio y la hipertensin, y las enfermedades neurolgicas, corno la esclerosis lateral amiotrfica (ELA o enfermedad de Lou Gehrig), la enfermedad de Parkinson y la enfermedad de Alzheimer. Actualmente se sabe que varias clases de clulas producen cantidades elevadas de ROS. Por ejemplo, en los cuerpos animales los fagocitos, como los macrfagos y los neutrfilos, buscan continuamente microorganismos y clulas daadas. En un proceso que consume oxgeno y que se denomina estallido respiratorio, se generan las ROS que se utilizan para destruir y desmantelar estas clulas.Especies de oxgeno reactivas Las propiedades del oxgeno estn directamente relacionadas con su estructura molecular. La molcuJa de oxgeno diatmica es un dirradicaJ. Un radical es un tomo o grupo de tomos que contiene uno o varios electrones desapareados. El dioxgeno es un dirradical debido a que posee dos electrones desapareados. Por sta y otras razones, cuando reacciona, el dioxgeno slo puede aceptar 1 electrn cada vez. Recuerde que durante el transporte electrnico mitocondtial se forma H2 0 como consecuencia de Ja transferencia secuenciaJ de 4 electrones aJ Oz. Durante este proceso se forman vatias ROS. La citocromo oxidasa (y otras protenas activadoras del oxgeno) atrapa estos intermediarios reactivos dentro de su lugar activo hasta que se han transferido Jos 4 electrones al oxgeno. Sin embargo, los electrones pueden escaparse de la ruta de transporte electrnico y reaccionar con el O2 para fOlmar las ROS (Fig. J0-18). En circunstancias normales, los mecanismos de defensa antioxidante de la clula hacen mnimo cualquier dao. Las ROS se forman tambin durante procesos no enzimticos. Por ejemplo, la exposicin a la luz UV y a la radiacin ionizante da lugar a la formacin de ROS. La primera ROS que se forma durante la reduccin del oxgeno es el radical superxido 02'. La mayora de los radicales superxido se producen por electrones que proceden del ciclo Q del complejo III y por la flavoprotena NADH deshidrogenasa (complejo 1). El 02' acta como nuclefilo y, en circunstancias especficas, como oxidante o como reductor. Debido a sus propiedades de solubilidad, el 02' produce un dao considerable a los componentes fosfolipdicos de las membranas. Cuando se genera en un ambiente acuoso, el 02' reacciona consigo mismo para dar lugar a Oz Y perxido de hidrgeno (HzOz): 2 W + 2 02'---7Oz + H20 2El H20 2 no es un radical ya que no tiene electrones desapareados. La reactividad limitada del HzOz le permite cruzar las membranas y dispersarse generalizadamente. La consiguiente reaccin del H20 2 con el Fe 2+ (u otros metales de transicin) da lugar a la produccin del radical hidroxilo (-OH), una especie muy reactiva. Fe z+ + H20 2---7Fe J + + -OH + OH-El radical hidroxilo, que es muy reactivo, slo difunde a una distancia corta antes de reaccionar con cualquier molcula con la que choque. Los radicales como el radical 340. 10.3. Agresin oxidativa321cidos grasosAOP Piruvato+ PiATPH'Matriz Membrana interna Membrana externa FIGURA 10- aVisin general de la fosforilacin oxidativa y de la formacin de ROS en la mitocondria. La fosforilacin oxidativa implica cinco complejos multiproteicos: los complejOS 1, ti, 111 Y IV (componentes principales de la CTE) y la ATP sintasa. El piruvato y los cidos grasos, las principales molculas combustibles, se transponan a la lllitocondria donde se oxidan por el ciclo del cido ctrico. Los tomos de hidrgeno que se liberan durante este proceso se transportan a la CTE por el NADH y el FADH. La energa que se libera por el sistema de transpone electrnico se utiliza para bombear protones desde la matriz al espacio intermemblana. El gradiente electroqumico que se crea pOl el bombeo de protones se utiliza para sintetizar ATP, al fluir los protones a travs de la ATP sintasa. Sin emba'go, ningn sistema es perfecto. Los electrones inadvenidamente salen de la CTE y reaccionan con el O2 para formar superxicio (0')). En presencia de Fe 2+, el superxido se convielte en el radical hidroxilo (OH). El superxido se convierte tambin en perxido de hidrgeno.hidroxilo son especialmente peligrosos debido a que pueden iniciar una reaccin autocataltica de radicales en cadena (fig. 10-19). El oxgeno singlete C02), un estado muy excitado que se crea cuando el dioxigeno absorbe energa suficiente para desviar un electrn desapareado a un orbital superior, puede fonnarse a partir de un superxido:o a partir de perxidos:2 ROOH------O>2 ROH + 10 2Debido a que es un potente oxidante, el oxgeno single te es an ms reactivo que el radical hidroxilo, aunque no es un radical. Como se ha mencionado (vase la pg. 320), las ROS se generan durante varias acti vidades celulares, adems de la reduccin del O2 para formar H2 0. Entre ellas estn la biotransformacin de los xenobiticos y el estallido respiratorio (Fig. 10-20) en los leucocitos. Adems, los electrones a veces se escapan de las rutas de transporte electrnico del retculo endoplsmico (p. ej., el sistema de transporte electrnico del citocromo P~50) para formar superxido mediante su combinacin con el O 2, 341. 322CAPTULO DIEZMetabolismo aerobio 11: transporte electrnico y fosforilacin'0 o1.:-0-0 ' /OH~IHO-C~CH2-CH=CH-CH -CH 2 -CH 3 oO1111HO-C~CH2-CH=CH-C-H+ CH 3 CH 2FIGURA 10-19Reaccin de radicales en cadena. Paso 1: Las reacciones de peroxidacin Jipdica comienzan tras extraerse un tomo de hidrgeno de un cido graso insaturado (LH ----? Lo). Paso 2: El radicallipdico (L) reacciona a continuacin con el O 2 para formar un radical peroxilo (L + O2 ----? L-O-Oo). Paso 3: La reaccin de radicales en cadena corrilenza cuando el radical peroxilo extrae un tomo de hidrgeno de otra molcula de cido graso (L-O-O + L'H ----? L-O-OH + L'). Paso 4: La presencia de un metal de transicin como el Fe 2 + inicia otra formacin de radical (L-O-O-H + Fe 2+ ----? LO + HO- + Fe]+). Paso 5: Una de las consecuencias ms graves de la peroxidacin lipdica es la formacin de aldehdos, que comporta una reaccin de rotura del radical. La reaccin en cadena contina cuando el radical libre producto reacciona a continuacin con una molcula cercana. 342. 10.3. Agresin oxidativaF"II3URA 10- 20Estallido respiratorio. El estallido respiratorio proporciona un ejemplo espectacular del efecto destructivo de las ROS. A los pocos segundos de unirse una clula fagoctica a una bacteria (u otra estructura ajena), su consumo de oxgeno aumenta cerca de 100 veces. DUIante la endocitosis, la bacteria se incorpora a una gran vescula que se denomina fagosoma. Los fagosomas se fusionan con los lisosomas para formar fagolisosomas. Tienen lugar entonces dos procesos destructores: el estallido respiratorio y la digestin por las enzimas lisosmicas. El estallido respiratorio se inicia cuando la NADPH oxidasa convierte el O 2 en O 2. Dos molculas de O 2 se combinan en una reaccin que cata liza la SOD (superxido dismutasa) para formar H 20 2. ste se convierte a continuacin en varias clases de molculas bactericidas por la mieloperoxidasa (MPO), una enzima que se encuentra en abundancia en los fagocitos. Por ejemplo, la MPO cataliza la oxigenacin de los iones haluro (p. ej., para formar hipohaluros. El hipoclorito (el ingrediente activo de la leja casera) es extremadamente bactericida. En presencia de Fe 2+, el O 2- y el H2 0 2 reaccionan para formar OH y 102 (oxgeno singlete), ambos muy reactivos. Tras desintegrarse la clula bacteriana, las enzimas lisosmicas digieren los fragmentos que quedan.en323 343. CAPTULO DIEZ324Metabolismo aerobio 11: transporte electrnico y fosforilacinPara protegerse de la agresin oxidativa los seres vivos han elaborado varios mecanismos de defensa antioxidante. Estos mecanismos emplean diversas metaloenzimas y molculas antioxidantes. CONCEPTOS CLAVE 10.5Las ROS se forman debido a que el oxgeno se reduce al aceptar un electrn. La formacin de ROS es Llll producto secundario normal del metabolismo y el resultado de situaciones como la exposicin a la radiacin.Sistemas enzimaticos antioxidantes Las principales defensas antioxidantes contra la agresin oxidativa son la superxido dismutasa, la glutatin peroxidasa y la catalasa. La extensa distribucin de estas actividades enzimticas subraya el problema siempre presente del dao oxidativo. Las superxido dismutasas (SOO) son una clase de enzimas que catalizan la formacin de H 20 2 y O 2 a partir del radical superxido:Existen dos formas principales de SOO. En el ser humano, la isoenzima Cu-Zn se encuentra en el citoplasma. Una isoenzima que contiene Mn se encuentra en la matriz mitocondrial. La enfermedad de Lou Gehrig, un proceso degenerativo mortal en el que se destruyen las motoneuronas, est producida por una mutacin del gen que codifica la isoenzima citoslica Cu-Zn de la SOO. La glutatin peroxidasa, una enzima que contiene selenio, es un componente clave de un sistema enzimtico que es el responsable principal del control de la concentracin de perxidos celulares. Recuerde que esta enzima cataliza la reduccin de diversas sustancias por el reductor GSH (Seccin 5.2). Adems de reducir el H 2 0 2 para formar agua, la glutatin peroxidasa transforma los perxidos orgnicos en alcoholes: 2 GSH + R-O-O-H----'7G-S-S-G + R-OH + H 2 0Varias enzimas ancestrales apoyan la funcin de la glutatin peroxidasa (Fig. 10-21). El GSH se regenera a partir del GSSG por la glutatin reductasa: G-S-S-G + NAOPH + WCONCEPTOS CLAV E 1 0 . 6Las principales defensas enzimticas frente a la agresin ox