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Winter_2021_Bis2A_Facciotti_Reading_12 - Biología

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Metas de aprendizaje asociadas con Winter_2021_Bis2A_Facciotti_Reading_12

  • Defina una reacción redox e identifique reacciones redox biológicas comunes.
  • Dado un redoxreacción, identificar el agente reductor,oxidanteagente,moléculaque se oxida, y la especie reducida. Identificar qué especie es el electrón(s) "comienza"en,y a qué especie "va".
  • Escriba una ecuación química compuesta cuando se le den dos semirreacciones redox.
  • Calcula el ΔE0paradadoreacción redox usando la ecuación 0 = mi0(oxidante) -(reductor)
  • Predecir si una transferencia direccional de electrones entre dos especies químicas es endergónica o exergónica aplicando el concepto de potencial redox aprevistodatos.
  • Relacione cualitativamente la diferencia en potenciales redox con un delta correspondiente de entalpía de Gibbs.
  • Defina cada variable y su papel en la ecuación: ΔG0= -nFΔE0.
  • Convertir entre ΔG0 y 0paradadoreacción redox usando la ecuación ΔG0’ = -nF0
  • Cuenta una historia de energía para una reacción redox queutilizael portador de electrones NAD+/ NADH como el segundo sustrato en el simple y genéricoreacciónesquema:AH + NAD+ -> A+ + NADH.
  • Identificar NAD+ a partir de su estructura molecular e identificar el grupo funcional involucrado en su función como agente oxidante o reductor.

Metabolismo en biología general

El metabolismo celular representa aproximadamente 1/3 del plan de estudios de Biología General. Aprenderá sobre reacciones químicas comunes queestán asociadoscon la transformación de los bloques de construcción moleculares de la vida y sobre los diferentes modos centrales de transferencia de energía que encontrará a menudo en biología. La historia de la energía y las rúbricas del desafío de diseño presentadas anteriormente serán cada vez más importantes en estos próximos módulos y más allá.

¿Qué hemos aprendido? ¿Cómo se relacionará con el metabolismo?

  1. Nos hemos centrado en la identificación y propiedades químicas de grupos funcionales biológicos comunes. A medida que nos sumergimos en el metabolismo, esto lo ayudará a familiarizarse con y, a veces, incluso a predecir la naturaleza química / reactividad de compuestos que nunca antes había visto.
  2. Hemos practicado el reconocimiento y la clasificación de moléculas en cuatro grupos funcionales principales. Esto le ayudará mientras analizamos cómo construir y descomponer estas moléculas.
  3. Hemos aprendido algo de termodinámica básica. Esto nos da un conjunto común de conceptos con los que discutir si es probable que ocurra una reacción o proceso bioquímico y, de ser así, en qué dirección y con qué rapidez. Esto será fundamental ya que consideramos algunas reacciones clave que tienen lugar en el metabolismo.
  4. Hemos aprendido y practicado la rúbrica de la historia de la energía. Esto nos permitirá estudiar nuevas reacciones bioquímicas y discutirlas con un lenguaje y un enfoque común y coherente.cualestambién refuerza las lecciones que aprendimos sobre termodinámica.

Una descripción general de esta sección

  • Introduciremos un concepto importante llamado reducciónpotencial yse le darála oportunidad de utilizar una torre redox. También hay una discusión sobre la química redox en su manual de discusión. Utilice ambos recursos.
  • Presentaremos dos actores principales en el metabolismo, ATP y NADH. Esperamos que reconozca sus estructuras si se muestra en un examen.
  • Cubriremos la vía metabólica de la glucólisis. Tenga en cuenta que queremos que observe cualquier reacción y nos cuente una historia de energía de esa reacción. No debe intentar memorizar estos caminos (aunque le ayudará a recordar algunas cosas del panorama general; las enfatizaremos). A menudo, le daremos la ruta como una figura en los exámenes. La glucólisis produce 2 ATP a través de un proceso llamado fosforilación a nivel de sustrato, 2 NADH y 2 compuestos de piruvato.
  • Usaremos las reacciones del ciclo TCA para crear múltiples ejemplos de historias de energía. El ciclo de TCA también producirá más ATP, NADH y oxidará la glucosa en CO2.
  • Veremos una vía alternativa a la del ciclo del TCA, la fermentación. Aquí, por primera vez, veremos el uso de NADH como reactivo en una reacción metabólica.
  • Seguiremos a NADH hasta el final de su viaje, ya que dona sus electrones a la cadena de transporte de electrones (ETC). En este módulo, deberá utilizar una torre redox. El ETC produce un gradiente de protones. Sin ATPse genera directamenteen este proceso. Sin embargo, el gradiente de protonesluego se usapor la célula para ejecutar una enzima llamada ATP sintasa, quecatalizala reacción ADP + Pi -> ATP. Este método de producción de ATP (llamado fosforilación oxidativa) da como resultado la producción de más ATP que a través de la fosforilación a nivel de sustrato.
  • Y finalmente, pasaremos por el proceso de fotosíntesis.

Reacciones de reducción-oxidación

En esta clase, la mayoría de los reacciones de oxidación / reducción que discutimos ocurren en vías metabólicas (conjuntos conectados de reacciones metabólicas) donde los compuestos consumidos por la célulaestan rotoshacia abajo en partes más pequeñas y luego reensambladas en macromoléculas más grandes.

Comencemos con algunas reacciones genéricas.

La transferencia de electrones entre dos compuestos da como resultado que uno de estos compuestos pierda un electrón y un compuesto gane un electrón. Por ejemplo, mire la figura a continuación. Si usamos la rúbrica de la historia de la energía para observar la reacción general, podemos comparar las características de antes y después de los reactivos y productos. ¿Qué pasa con la materia (cosas) antes y después de la reacción? CompuestoA comienzacomo neutral y se carga positivamente. El compuesto B comienza como neutral y se carga negativamente. Porque los electronesestán cargados negativamente, podemos seguir el movimiento de los electrones del compuesto A al B observando el cambio de carga.A pierdeun electrón (que se carga positivamente), y decimos que A se ha oxidado. Oxidaciónestá asociadocon la perdida deelectrón(s). B gana el electrón (se carga negativamente) y decimos que B se ha reducido. Reducciónestá asociadocon la ganancia de electrones. También sabemos, ya que sucedió algo que la energía debe tenersido transferidoy / o reorganizado en este proceso y lo consideraremos en breve.

Figura 1. Una reacción genérica de rojo / buey. La reacción completa es A + B va a A+ + B-.Se muestran las dos medias reaccionesen el cuadro azul. Aesta oxidadopor la reacción yB se reduce por la reacción.

Dicho de otra manera, cuando un electrón(s)está perdido, ouna molécula esoxidado, el electron(s) debe entoncesaprobadoa otra molécula. Decimos que la molécula que gana el electrón se convierte en reducido. *** Reacciones de oxidación y reducción.estánsiempre emparejado. Juntosestas reacciones emparejadasson conocidoscomo un reacción de oxidación-reducción (también llamada reacción rojo / buey). ****

En Bis2A esperamos que se familiarice con esta terminología. Intente aprenderlo y aprender a usarlo lo antes posible; usaremos los términos con frecuencia y no tendremos tiempo para definirlos cada vez.

Recuerde las Definiciones:

La media reacción

Para formalizar nuestra comprensión común de las reacciones rojo / buey, presentamos el concepto de semirreacción. Una reacción completa de rojo / buey requiere dos medias reacciones. Podemos pensar en cada semirreacción como una descripción de lo que le sucede a una de las dos moléculas involucradas en la reacción completa rojo / buey. Ilustramos esto a continuación. En este ejemplo, el compuesto AH está siendo oxidado por el compuesto B+; los electrones se mueven de AH a B+ para generar A+ y BH. Cada reacción se puede considerar como dos medias reacciones: donde AH se oxida y una segunda reacción donde B+ se reduce a BH. Estas dos reacciones se consideran acoplado, término que muestra que estas dos reacciones ocurren juntas, al mismo tiempo.

Figura 2. Reacción genérica rojo / buey en la que el compuesto AH está siendo oxidado por el compuesto B+. Cada semirreacción representa una única especie o compuesto para perder o ganar electrones (y un protón posterior como se muestra en la figura anterior). En la mitad de la reacción # 1 AH pierde un protón y 2 electrones: en la segunda mitad de la reacción, B+ gana 2 electrones y un protón. En este ejemplo, HA se oxida a A+ mientras que B+ se reduce a BH.

Potencial de reducción

Por convención, analizamos y describimos reacciones rojo / buey con respecto a potenciales de reducción, término que describe cuantitativamente la "capacidad" de un compuesto para ganar electrones. Este valor del potencial de reducción se determina experimentalmente, pero para el propósito de este curso asumimos que el lector aceptará que los valores informados son razonablemente correctos. Podemos antropomorfizar el potencial de reducción diciendo que está relacionado con la fuerza con la que un compuesto puede "atraer", "tirar" o "capturar" electrones. No es sorprendente que esto esté relacionado con la electronegatividad, pero no sea idéntico a ella.

¿Cuál es esta propiedad intrínseca para atraer electrones?

Los diferentes compuestos, basados ​​en su estructura y composición atómica, tienen atractivos intrínsecos y distintos para los electrones. Esta cualidad se denomina potencial de reducción o E0 ’y es una cantidad relativa (relativa a algunos "estándar”Reacción). Si un compuesto de prueba tiene una "atracción" más fuerte por los electrones que el estándar (si los dos compiten, el compuesto de prueba "tomaría" electrones del compuesto estándar), decimos que el compuesto de prueba tiene un potencial de reducción positivo cuya magnitud es proporcional a cuánto más "quiere" electrones que el compuesto estándar. La fuerza relativa del compuesto en comparación con el estándar se mide y se informa en unidades de Voltios (V)(a veces escrito como electronvoltios o eV) o milivoltios (mV). El compuesto de referencia en la mayoría de las torres rojo / buey es H2.


Posible discusión NB Punto

Reformule usted mismo: ¿Cómo describe o piensa acerca de la diferencia entre el concepto de electronegatividad y el potencial rojo / buey?


La torre roja / buey

Todo tipo de compuestos pueden participar en las reacciones rojo / buey. Los científicos han desarrollado una herramienta gráfica para tabular las medias reacciones rojo / buey en función de su E0' valores y para ayudarnos a predecir la dirección del flujo de electrones entre los posibles donantes y aceptores de electrones. El hecho de que un compuesto en particular pueda actuar como donante de electrones (reductor) o aceptor de electrones (oxidante) depende fundamentalmente del otro compuesto con el que esté interactuando. La torre de electrones generalmente clasifica una variedad de compuestos comunes (sus semirreacciones) de la mayoría de los E negativos0', compuestos que se deshacen fácilmente de los electrones, a la E más positiva0', compuestos con mayor probabilidad de aceptar electrones. Además, cada media reacción se escribe por convención con la forma oxidada a la izquierda / seguida de la forma reducida a la derecha de la barra.
Por ejemplo, escribimos la semirreacción para la reducción de NAD + a NADH:
NAD+/ NADH. La siguiente torre también enumera la cantidad de electrones que se transfieren en cada reacción. Por ejemplo, la reducción de NAD+ a NADH involucra dos electrones, escritos en la tabla como 2e-.

A continuación se muestra una torre de electrones bioquímicos.

forma oxidada

forma reducida

n (electrones)

Eo´ (voltios)

PS1 * (buey)

PS1 * (rojo)

-

-1.20

Acetato + CO2

piruvato

2

-0.7

ferredoxina (buey) versión 1

ferredoxina (rojo) versión 1

1

-0.7

succinato + CO2 + 2H+

a-cetoglutarato + H2O

2

-0.67

PSII * (buey)

PSII * (rojo)

-

-0.67

P840 * (buey)

PS840 * (rojo)

-

-0.67

acetato

acetaldehído

2

-0.6

glicerato-3-P

gliceraldehído-3-P + H2O

2

-0.55

O2

O2-

1

-0.45

ferredoxina (buey) versión 2

ferredoxina (rojo) versión 2

1

-0.43

CO2

glucosa

24

-0.43

CO2

formiato

2

-0.42

2H +

H2

2

-0,42 (en [H+] = 10-7; pH = 7)

Nota: en [H+] = 1; pH = 0 el Eo 'para el hidrógeno es CERO. Verás esto en la clase de química.

α-cetoglutarato + CO2 + 2H+

isocitrato

2

-0.38

acetoacetato

b-hidroxibutirato

2

-0.35

Cistina

cisteína

2

-0.34

Piruvato + CO2

malato

2

-0.33

NAD+ + 2H+

NADH + H+

2

-0.32

NADP+ + 2H+

NADPH + H+

2

-0.32

Complejo I FMN (enzima unido)

FMNH2

2

-0.3

Ácido lipoico, (buey)

Ácido lipoico, (rojo)

2

-0.29

1,3 bisfosfoglicerato + 2H+

gliceraldehído-3-P + PI

2

-0.29

Glutatión, (buey)

Glutatión, (rojo)

2

-0.23

MODA+ (gratis) + 2H+

FADH2

2

-0.22

Acetaldehído + 2H+

etanol

2

-0.2

Piruvato + 2H+

lactato

2

-0.19

Oxalacetato + 2H+

malato

2

-0.17

α-cetoglutarato + NH4+

glutamato

2

-0.14

MODA+ + 2H+ (ligado)

FADH2 (ligado)

2

0.003-0.09

Azul de metileno, (buey)

Azul de metileno, (rojo)

2

0.01

Fumarato + 2H+

succinato

2

0.03

CoQ (ubiquinona - UQ + H+)

UQH.

1

0.031

UQ + 2H+

UQH2

2

0.06

Ácido deshidroascórbico

ácido ascórbico

2

0.06

Plastoquinona; (buey)

Plastoquinona; (rojo)

-

0.08

Ubiquinona; (buey)

Ubiquinona; (rojo)

2

0.1

Complejo III Citocromo b2; Fe3+

Citocromo b2; Fe2+

1

0.12

Fe3+ (pH = 7)

Fe2+ (pH = 7)

1

0.20

Complejo III Citocromo c1; Fe3+

Citocromo c1; Fe2+

1

0.22

Citocromo c; Fe3+

Citocromo c; Fe2+

1

0.25

Complejo IV Citocromo a; Fe3+

Citocromo a; Fe2+

1

0.29

1/2 O2 + H2O

H2O2

2

0.3

P840GS (buey)

PS840GS (rojo)

-

0.33

Complejo IV Citocromo a3; Fe3+

Citocromo a3; Fe2+

1

0.35

Ferricianuro

ferrocianuro

2

0.36

Citocromo f; Fe3+

Citocromo f; Fe2+

1

0.37

PSIGS (buey)

PSIGS (rojo)

.

0.37

Nitrato

nitrito

1

0.42

Fe3+ (pH = 2)

Fe2+ (pH = 2)

1

0.77

1/2 O2 + 2H+

H2O

2

0.816

PSIIGS (buey)

PSIIGS (rojo)

-

1.10

* Estado excitado, después de absorber un fotón de luz.

GS Ground State, estado antes de absorber un fotón de luz

PS1: Fotosistema oxigénico I

P840: Centro de reacción bacteriana que contiene bacterioclorofila (anoxigénica)

PSII: fotosistema oxigénico II

Tabla 1. Torre común roja / buey utilizada en Bis2A. Por convención, las semirreacciones de la torre se escriben con la forma oxidada del compuesto a la izquierda y la forma reducida a la derecha. Los compuestos que son buenos donantes de electrones tienen potenciales de reducción muy negativos. Los compuestos como la glucosa y el hidrógeno son excelentes donantes de electrones. Por el contrario, los compuestos que son excelentes aceptores de electrones, como el oxígeno y el nitrito, son excelentes aceptores de electrones.

Video en la torre de electrones

Para ver un video corto sobre cómo usar la torre de electrones en problemas de rojo / buey, haga clic aquí o abajo. Este video fue realizado por el Dr. Easlon para estudiantes de Bis2A. (Esto es bastante informativo).

¿Cuál es la relación entre ΔE0' y ΔG?

La pregunta ahora es: ¿cómo sabemos si una reacción rojo / buey dada es energéticamente espontánea o no (exergónica o endergónica) e independientemente de la dirección, cuál es la diferencia de energía libre? La respuesta radica en la diferencia en los potenciales de reducción de los dos compuestos. La diferencia en el potencial de reducción de la reacción o E0 ' para la reacción, es la diferencia entre el E0' Para el oxidante (el compuesto obtiene los electrones y causa la oxidación del otro compuesto) y el reductor (el compuesto pierde los electrones). En nuestro ejemplo genérico a continuación, AH es el reductor y B+ es el oxidante. Los electrones se mueven de AH a B+. Usando la E0' de -0,32 para el reductor y +0,82 para el oxidante el cambio total en E0' o ΔE0 ' es 1,14 eV.

Figura 3. Reacción genérica rojo / buey con medias reacciones escritas con potencial de reducción (E0') de las dos medias reacciones indicadas.

El cambio en ΔE0' se correlaciona con cambios en Energía libre de Gibbs, ΔG. En general, un ΔE positivo grande0' es proporcional a un ΔG negativo grande. Las reacciones son exergónicas y espontáneas. Para que una reacción sea exergónica, la reacción debe tener un cambio negativo en la energía libre o -ΔG, esto corresponderá a un positivo ΔE0'. En otras palabras, cuando los electrones fluyen "cuesta abajo" en una reacción rojo / buey desde un compuesto con un potencial de reducción menor (más negativo) a un segundo compuesto con un potencial de reducción mayor (más positivo), liberan energía libre. Cuanto mayor sea el voltaje, mi0', entre los dos componentes, mayor es la energía disponible cuando ocurre el flujo de electrones. De hecho, es posible cuantificar la cantidad de energía libre disponible. La relación viene dada por la ecuación de Nernst:

Figura 4. La ecuación de Nernst relaciona la energía libre de una reacción rojo / ox con la diferencia en el potencial de reducción entre los productos reducidos de la reacción y el reactivo oxidado.
Atribución: Marc T. Facciotti

Dónde:

  • n es el número de moles de electrones transferidos
  • F es la constante de Faraday de 96.485 kJ / V. A veces se da en unidades de kcal / V, que es 23.062 kcal / V, que es la cantidad de energía (en kJ o kcal) liberada cuando un mol de electrones pasa a través de una caída de potencial de 1 voltio.

Introducción a los transportistas de energía móviles

Resumen de la sección

La energía se mueve y se transfiere dentro de la célula de diversas formas. Un mecanismo crítico que ha desarrollado la naturaleza es el uso de portadores de energía molecular reciclables. Si bien existen varios portadores de energía reciclables importantes, todos comparten algunas características funcionales comunes:

Propiedades de los principales portadores de energía molecular celular

  • Pensamos que los portadores de energía existen en "grupos" dedisponibleportadores. Se podría, por analogía, considerar estos transportadores de energía móviles análogos a los vehículos de reparto de los transportistas de paquetería: la empresa tiene un cierto "grupo" dedisponiblevehículos en cualquier momento para recoger y hacer entregas.
  • Cada transportista individual del grupo puede existir en uno de varios estados distintos: escualquieraque lleva una "carga" de energía, una carga fraccionada, o está "vacío". La molécula puedeinterconvertirentre "cargado" y vacío y, por lo tanto, puedeser reciclado. Nuevamente, por analogía, los vehículos de reparto puedencualquierallevar paquetes o estar vacío y cambiar entre estos estados.
  • El equilibrio o relación en el conjunto entre portadores "cargados" y "descargados" es importante para la función celular, está regulado por la célula y, a menudo, puede decirnos algo sobre el estado de una célula. Del mismo modo, un servicio de transporte de paquetes controla de cerca qué tan llenos o vacíos están sus vehículos de reparto; si están demasiado llenos, es posible que no haya suficientes camiones "vacíos" para recoger nuevos paquetes; si están demasiado vacíos, el negocio no debe ir bien o lo cerrarán. Existe un equilibrio adecuado para diferentes situaciones.

En este curso, examinaremos dos tipos principales de portadores de energía reciclables moleculares: (1) los nucleótidos de adenina: dinucleótido de nicotinamida y adenina (NAD+), un pariente cercano, fosfato de dinucleótido de nicotinamida y adenina (NADP+), y dinucleótido de flavina y adenina (FAD2+) y (2) mono, di y trifosfatos de nucleótidos, con especial atención a trifosfato de adenosina (ATP). Estos dos tipos de moléculas participan en una variedad de reacciones de transferencia de energía. Principalmente asociamos los nucleótidos de adenina con la química del rojo / buey, y los trifosfatos de nucleótidos con transferencias de energía ligadas a la hidrólisis o condensación de fosfatos inorgánicos.

Rojo / bueyportadores de química y electrones

La oxidación o eliminación de un electrón de una molécula (ya sea acompañada o no de la eliminación de un protón acompañante) da como resultado un cambio de energía libre para esa molécula: la materia, la energía interna y la entropía han cambiado. Asimismo, la reducción de una molécula también cambia su energía libre. La magnitud del cambio en la energía libre y su dirección (positiva o negativa) para una reacción rojo / ox dicta la espontaneidad de la reacción y cuánta energía transfiere. En los sistemas biológicos, donde una gran cantidad de transferencia de energía ocurre a través de reacciones rojo / buey, es importante comprender cómo estas reaccionesestán mediadosy considerar ideas o hipótesis de por qué estas reaccionesestán mediadosla mayoría de las veces por una pequeña familia de portadores de electrones.

Nota: DESAFÍO DE DISEÑO

El problema al que se aludió en la pregunta de discusión anterior es un gran lugar para incluir la rúbrica del desafío de diseño. Si recuerda, el primer paso de la rúbrica le pide que defina un problema o una pregunta. Aquí, imaginemos que hay un problema por definir que los siguientes portadores de electrones móviles ayudaron a resolver la naturaleza.

*** Recuerde, la evolución NO diseña soluciones para problemas, pero en retrospectiva, podemos usar nuestra imaginación y lógica para inferir que lo que vemos preservado por selección natural proporcionó una ventaja selectiva, porque la innovación natural "resolvió" un problema. ese éxito limitado. ***

Desafío de diseño para transportadores rojo / buey

  • Que fue un problema(s) que la evolución de los portadores de electrones móviles ayudó a resolver?
  • El siguiente paso del desafío del diseño le pide que identifique criterios para soluciones exitosas. ¿Cuáles son los criterios de éxito en el problema que ha identificado?
  • El paso 3 del desafío de diseño le pide que identifique soluciones. Bueno, aquí la naturaleza ha identificado algunos para nosotros; consideramos tres en la lectura a continuación. Parece que la naturaleza está feliz de tener múltiples soluciones al problema.
  • El penúltimo paso de la rúbrica del desafío de diseño le pide que pruebe las soluciones propuestas contra los criterios de éxito. Esto debería hacerle pensar / discutir por qué hay múltiples portadores de electrones diferentes. ¿Existen diferentes criterios de éxito? ¿Cada uno de ellos está resolviendo problemas ligeramente diferentes? ¿Qué piensas? Esté atento a medida que avanzamos en el metabolismo en busca de pistas.

NAD+/ H y FADH / H2

En los sistemas vivos, una pequeña clase de compuestos funcionan como lanzaderas de electrones: se unen y transportan electrones entre compuestos en diferentes vías metabólicas. Los principales portadores de electrones que consideraremos se derivan del grupo de la vitamina B y los nucleótidos. Estos compuestos pueden reducirse (es decir, aceptan electrones) u oxidarse (pierden electrones) dependiendo del potencial de reducción de un donante o aceptor potencial de electrones al que podrían transferir electrones hacia y desde. Dinucleótido de nicotinamida y adenina (NAD+) (mostramos la estructura a continuación) deriva de la vitamina B3, niacina. NAD+ es la forma oxidada de la molécula; NADH es la forma reducida de la molécula después de haber aceptado dos electrones y un protón (que juntos son el equivalente de un átomo de hidrógeno con un electrón extra).

Esperamos que memorice las dos formas de NAD+/ NADH, saber qué forma se oxida y cuál se reduce, y ser capaz de reconocer una u otra forma en el acto en una reacción química.

NAD+ puede aceptar electrones de una molécula orgánica de acuerdo con la ecuación general:

Aquí hay un repaso de vocabulario: cuando se agregan electrones a un compuesto, decimos que el compuesto ha sido reducido. Un compuesto que reduce (dona electrones a) otro se llama agente reductor. En la ecuación anterior, RH es un agente reductor y NAD+ se reduce a NADH. Cuando los electrones abandonan un compuesto, se oxida. Un compuesto que oxida a otro se llama agente oxidante. En la ecuación anterior, NAD+ es un agente oxidante, y RH se oxida a R. Dicho de otra manera, el agente reductor se oxida y el agente oxidante se reduce.

¡Tienes que bajar esto! (A) probaremos específicamente su capacidad para hacerlo (como preguntas "fáciles"), y (b) usaremos los términos con la expectativa de que sepa lo que significan y pueda relacionarlos con reacciones bioquímicas correctamente (en clase y en pruebas).

También encontrará una segunda variación de NAD+, NADP+. Es estructuralmente muy similar a NAD+, pero contiene un grupo fosfato adicional y juega un papel importante en las reacciones anabólicas, como la fotosíntesis. Otro portador de electrones basado en nucleótidos que también encontrará en este curso y más allá, el dinucleótido de flavina y adenina (FAD+), se deriva de la vitamina B2, también llamada riboflavina. Su forma reducida es FADH2. Aprenda a reconocer estas moléculas como portadoras de electrones.

Figura 1. La forma oxidada del portador de electrones (NAD+) se muestra a la izquierda y la forma reducida (NADH) se muestra a la derecha. La base nitrogenada en NADH tiene un ion hidrógeno más y dos electrones más que en NAD+.

La celda usa NAD + para "extraer" electrones de los compuestos y "llevarlos" a otros lugares dentro de la celda; por eso lo llamamos un portador de electrones. Muchos procesos metabólicos que discutiremos en esta clase involucran NAD (P)+/ H compuestos. Por ejemplo, en su forma oxidada, NAD+ se utiliza como reactivo en la glucólisis y el ciclo del TCA, mientras que en su forma reducida (NADH) es un reactivo en reacciones de fermentación y cadenas de transporte de electrones (ETC). Discutiremos cada uno de estos procesos en módulos posteriores.

Historia energética para una reacción rojo / buey

*** Como regla general, cuando vemos NAD + / H como reactivo o producto, sabemos que estamos ante una reacción rojo / ox. ***

Cuando NADH es un producto y NAD+ es un reactivo, sabemos que NAD+ se ha reducido (formando NADH); por lo tanto, el otro reactivo debe haber sido el donante de electrones y oxidarse. Lo contrario también es cierto. Si NADH se ha convertido en NAD+, entonces el otro reactivo debe haber ganado el electrón del NADH y reducirse.

Figura 2. Esta reacción muestra la conversión de piruvato a ácido láctico junto con la conversión de NADH a NAD.+. Fuente: https://en.wikibooks.org/wiki/Structural_Biochemistry/Enzyme/sequential_reactions

En la figura anterior, vemos que el piruvato se convierte en ácido láctico, junto con la conversión de NADH en NAD.+. LDH cataliza esta reacción. Usando nuestra "regla de oro" anterior, clasificamos esta reacción como una reacción rojo / buey. NADH es la forma reducida del portador de electrones y NADH se convierte en NAD+. Esta mitad de la reacción da como resultado la oxidación del portador de electrones. El piruvato se convierte en ácido láctico en esta reacción. Ambos azúcares están cargados negativamente, por lo que sería difícil ver qué compuesto está más reducido usando las cargas de los compuestos. Sin embargo, sabemos que el piruvato se ha reducido para formar ácido láctico, porque esta conversión está acoplada a la oxidación de NADH en NAD.+. Pero, ¿cómo podemos saber que el ácido láctico es más reducido que el piruvato? La respuesta es mirar los enlaces carbono-hidrógeno en ambos compuestos. A medida que los electrones se transfieren, a menudo van acompañados de un átomo de hidrógeno. El piruvato tiene un total de tres enlaces C-H, mientras que el ácido láctico tiene cuatro enlaces C-H. Cuando comparamos estos dos compuestos en los estados antes y después, vemos que el ácido láctico tiene un enlace C-H más; por tanto, el ácido láctico está más reducido que el piruvato. Esto es válido para múltiples compuestos. Por ejemplo, en la figura siguiente, debería poder clasificar los compuestos de mayor a menor reducción utilizando los enlaces C-H como guía.

Figura 3. Los anteriores son una serie de compuestos que se pueden clasificar o reorganizar de mayor a menor reducción. Compara la cantidad de enlaces C-H en cada compuesto. El dióxido de carbono no tiene enlaces C-H y es la forma de carbono más oxidada que discutiremos en esta clase. Respuesta: el más reducido es el metano (compuesto 3), luego el metanol (4), el formaldehído (1), el ácido carboxílico (2) y finalmente el dióxido de carbono (5).

Figura 4. Esta reacción muestra la conversión de G3P, NAD+, y PI en NADH y 1,3-BPG. Esta reacción es catalizada por gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa.

Historia energética para la reacción catalizada por gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa:

Hagamos una historia de energía para la reacción anterior.

Primero, caractericemos los reactivos y productos. Los reactivos son gliceraldehído-3-fosfato (un compuesto de carbono), PI (fosfato inorgánico) y NAD+. Estos tres reactivos entran en una reacción química para producir dos productos, NADH y 1,3-bisfosfoglicerato. Si observa de cerca, puede ver que el 1,3-BPG contiene dos fosfatos. Esto es importante ya que una reacción química no debería perder masa entre su comienzo y su final. Hay dos fosfatos en los reactivos, por lo que debe haber dos fosfatos en los productos (¡conservación de la masa!). Puede verificar la contabilidad de la masa de todos los demás átomos. También debe tabular correctamente. Una enzima llamada gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa que cataliza esta reacción. El cambio de energía libre estándar de esta reacción es ~ 6.3 kJ / mol, por lo que en condiciones estándar, podemos decir que la energía libre de los productos es mayor que la de los reactivos y que esta reacción no es espontánea en condiciones estándar.

¿Qué podemos decir sobre esta reacción cuando es catalizada por gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa?

Esta es una reacción rojo / buey. Sabemos que debido a que hemos producido un portador de electrones reducido (NADH) como producto y NAD+ es un reactivo. ¿De dónde vino el electrón para producir NADH? El electrón debe provenir del otro reactivo (el compuesto de carbono).



Comentarios:

  1. Shakticage

    ¡Es tan bueno!

  2. Creon

    si, lo dijiste correctamente



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