Bioquímica Energética Celular: Fosforilación Oxidativa y Glucólisis
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Fosforilación Oxidativa
Pregunta 8: Efecto de DCCD y 2,4-Dinitrofenol
La adición de DCCD a una suspensión de mitocondrias disminuye la síntesis de ATP. Si se añade 2,4-dinitrofenol, solo se restablece el transporte de electrones. Al añadir un desacoplador, se restaura la función de la cadena de transporte de electrones, por lo tanto, esta no está siendo afectada por la DCCD. Los datos proporcionados por el problema solo nos permiten afirmar que la DCCD no afecta a la cadena respiratoria, sino que está afectando a la ATP sintasa o a la translocasa ATP/ADP.
Pregunta 9: Consumo de O2 y Síntesis de ATP
Gráfica de Pi en exceso. ¿Qué sustrato se ha añadido?
NADH o succinato.
Comentario:
El consumo de O2 se inicia cuando están presentes tanto el sustrato reductor como los sustratos para la síntesis de ATP (ADP y Pi). Se consume O2 hasta que el ADP se agota; en ese momento, el consumo de O2 se detiene, lo que indica que la cadena de transporte de electrones no funciona. Cuando se añade ADP, se reinicia el consumo de O2. Cuando se consume O2, hay síntesis de ATP.
Si se añade atractilósido (inhibidor de la translocasa ATP/ADP), aunque se añada ADP, este no se transporta a la matriz, donde se sintetiza el ATP. La síntesis se detiene y, por control respiratorio, cesa el consumo de O2, deteniéndose la cadena respiratoria.
El compuesto X (al final) es un desacoplador, por ejemplo, 2,4-DNP. Al desacoplar el transporte de electrones de la síntesis de ATP, aunque esta última esté inhibida, la cadena funciona y se consume O2.
Metabolismo
Pregunta 1: Efectos del Arseniato
¿En qué puede afectar el arseniato a la fosforilación a nivel de sustrato?
Posibilita la formación, por la gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa, de un compuesto alternativo al 1,3-bisfosfoglicerato (1,3-BPG) de la glucólisis: el 1-arseno-3-fosfoglicerato. La hidrólisis de este compuesto no es suficiente para sintetizar ATP por fosforilación a nivel de sustrato, ya que es un intermediario lábil que se hidroliza espontáneamente para dar 3-fosfoglicerato (3-PG). Por el contrario, la hidrólisis de 1,3-BPG por la fosfoglicerato quinasa para dar 3-PG se acopla a la síntesis de ATP. El arseniato no inhibe la glucólisis, pero el balance neto de ATP de la ruta es cero.
¿Por qué es el arseniato una sustancia tóxica para un organismo que depende de la glucólisis?
En su presencia, la glucólisis oxida la glucosa a piruvato, igual que en su ausencia. Sin embargo, si el organismo depende de la glucólisis para obtener energía, el balance energético es nulo, es decir, no produce energía neta.
¿Será tóxico para un organismo que metaboliza glucosa de forma aerobia?
En presencia de O2, el piruvato puede seguir oxidándose por la piruvato deshidrogenasa y el ciclo del ácido cítrico para generar ATP con un balance energético elevado.
Pregunta 2: Mutante Aerobio vs. Anaerobio
Un mutante vive en condiciones aerobias y no en anaerobias. Al no formarse 1,3-BPG, su hidrólisis no se puede acoplar a la fosforilación a nivel de sustrato, y la glucólisis no genera energía de forma neta. En condiciones aerobias, el piruvato puede sufrir la oxidación completa a CO2 y H2O, produciendo energía.
Pregunta 3: Regulación de PFK-1 por ATP
Mecanismo de regulación de la actividad de la PFK-1 por ATP y qué significado tiene en la regulación de la glucólisis:
A bajas concentraciones de ATP, este se une al sitio activo y la reacción tiene lugar. Cuando la concentración de ATP aumenta por encima de un cierto nivel, empieza a unirse también al sitio inhibidor (alostérico), desplazando el equilibrio hacia el estado T (tenso) y disminuyendo la afinidad de unión de la PFK-1 por su sustrato. Por lo tanto, la velocidad de la glucólisis disminuye. La glucólisis se inhibe como respuesta a una carga energética alta.
Pregunta 4: Glucólisis vs. Ciclo del Ácido Cítrico (Aerobiosis)
La glucólisis ocurre tanto en condiciones anaerobias como aerobias, ¿por qué el ciclo del ácido cítrico es aerobio?
Las células pueden obtener energía en forma de ATP por degradación fermentativa de glucosa vía glucólisis. La fermentación se produce porque, para que la glucólisis continúe, el NAD+, del que las células contienen cantidades limitadas, debe ser reoxidado tras su reducción a NADH por la gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa (GAPDH). Los dos procesos fermentativos dependen del tejido o del organismo: fermentación láctica o alcohólica.
En condiciones aerobias, se dispone de O2 como aceptor final de electrones. Los nutrientes pueden ser oxidados a CO2 y sus electrones cedidos a la cadena respiratoria, a través de la cual llegan al O2. El ciclo del ácido cítrico es aeróbico porque la única forma de regenerar el NAD+ (y FAD) es a través de la cadena respiratoria. En ausencia de O2, el ciclo se detendría.