LA FOSFORILACIÓN OXIDATIVA
La fosforilación oxidativa es un proceso
metabólico que utiliza energía liberada por la oxidación
de nutrientes para producir adenosín trifosfato (ATP). Se le llama
así para distinguirla de otras rutas que producen ATP con menor
rendimiento, llamadas 'a nivel de sustrato'. Se calcula que hasta el
90% de la energía celular en forma de ATP es producida de esta forma.1
Consta de dos etapas: en la primera, la energía libre generada mediante
reacciones químicas redox en varios complejos multiproteicos -conocidos
en su conjunto como cadena de transporte de electrones- se emplea para
producir, por diversos procedimientos como bombeo, ciclos quinona/quinol o
bucles redox, un gradiente electroquímico de protones a través de
una membrana asociada en un proceso llamado quimiosmosis. La cadena
respiratoria esta formada por tres complejos de proteínas
principales (complejo I, III, IV), y varios complejos 'auxiliares',
utilizando una variedad de donantes y aceptores de electrones. Los tres complejos se asocian en supercomplejos para canalizar las
moléculas transportadoras de electrones, la coenzima Q y el citocromo c,
haciendo mas eficiente el proceso.
La energía potencial de ese gradiente, llamada fuerza
protón-motriz, se libera cuando se translocan los protones a
través de un canal pasivo, la enzima ATP sintasa, y se utiliza en la
adición de un grupo fosfato a una molécula de ADP para almacenar
parte de esa energía potencial en los enlaces anhidro 'de alta
energía' de la molécula de ATP mediante un mecanismo en el
que interviene la rotación de unaparte de la enzima a medida que fluyen
los protones a través de ella. En vertebrados, y posiblemente en todo el
reino animal, se genera un ATP por cada 2 protones
translocados. Algunos organismos tienen ATPasas con un
rendimiento menor.
Existen también proteínas desacopladoras que
permiten controlar el flujo de protones y generar calor desacoplando ambas
fases de la fosforilación oxidativa.
Aunque las diversas formas de vida utilizan una gran variedad
de nutrientes, casi todas realizan la fosforilación oxidativa para
producir ATP, la molécula que provee de energía al metabolismo.
Esta ruta es tan ubicua debido a que es una forma altamente eficaz de
liberación de energía, en comparación con los procesos
alternativos de fermentación, como la glucólisis
anaeróbica.
Pese a que la fosforilación oxidativa es una parte vital del metabolismo, produce una
pequeña proporción de especies reactivas del
oxígeno tales como
superóxido y peróxido de hidrógeno, lo que lleva a la
propagación de radicales libres, provocando daño celular,
contribuyendo a enfermedades y, posiblemente, al envejecimiento. Sin embargo,
los radicales tienen un importante papel en la
señalización celular, y posiblemente en la formación de
enlaces disulfuro de las propias proteínas de la membrana interna
mitocondrial. Las enzimas que llevan a cabo esta ruta
metabólica son blanco de muchas drogas y productos tóxicos que
inhiben su actividad.
Esquema actual del
sistema mitocondrial de la fosforilación oxidativa. Los
equivalentes reducidos que se generan en el metabolismo (NADH, FADH2) son
oxidados por lacadena de transporte de electrones. La energía
libre generada en esta reacción se emplea para bombear protones (puntos
rojos) desde la matriz mitocondrial hasta el interior de las crestas
mitocondriales, para dar lugar a la fuerza protón-motriz. Cuando
éste se disipa a través del retorno a la matriz de los
protones a través de la ATP sintasa, la energía almacenada se
emplea para fosforilar el ADP con un grupo fosfato para formar ATP.
El modelo actual cubre algunos problemas suscitados por el
anterior. En primer lugar, todos los componentes
activos de la cadena de transporte de electrones se encuentran exclusivamente
en las crestas mitocondriales y formando supercomplejos, en la imagen
representado por el supercomplejo I1III2IV1. Esto permite canalizar de
unos complejos a otros las moléculas de
transferencia de electrones. Previamente se pensaba que
difundían libremente. En segundo lugar, la diferencia de pH, uno
de los componentes de la fuerza protón-motriz junto con el potencial de
membrana (ΔΨ) es de tan sólo 0,55 unidades, equivalente a 32
mV, insuficiente para impulsar la fosforilación. Sin embargo, existen
circunstancias locales que aumentan este pH en un
factor de 2 unidades. En primer lugar, la ATP sintasa forma
dímeros y filas que comban y dan forma a la cresta mitocondrial,
haciendo que el espacio interno tenga tan sólo 20 ± 4 nm.
El espacio entre la membrana interna y externa es menor, de 12 ± 2 nm, pero cuenta con poros lo suficientemente grandes como para estar en
equilibrio con el citoplasma. Los protones se concentran gracias al
'efecto superficie' yal rapido flujo desde las fuentes de protones a los sumideros.
CADENA DE TRANSPORTE DE ELECTRONES
La cadena de transporte de electrones es una serie de transportadores de
electrones que se encuentran en la membrana plasmatica de bacterias, en
la membrana interna mitocondrial o en las membranas tilacoidales, que mediante
reacciones bioquímicas producen trifosfato de adenosina (ATP), que es el
compuesto energético que utilizan los seres vivos. Sólo dos fuentes de energía son utilizadas por los organismos
vivos: reacciones de óxido-reducción (redox) y la luz solar
(fotosíntesis). Los organismos que utilizan las reacciones redox para
producir ATP se les conoce con el nombre de quimioautótrofos, mientras
que los que utilizan la luz solar para tal evento se
les conoce por el nombre de fotoautótrofos. Ambos
tipos de organismos utilizan sus cadenas de transporte de electrones para
convertir la energía en ATP.
La misión de la cadena transportadora de electrones es la de crear un gradiente electroquímico que se utiliza para la
síntesis de ATP. Dicho gradiente electroquímico
se consigue mediante el flujo de electrones entre diversas sustancias de esta
cadena que favorecen en último caso la translocación de protones
que generan el gradiente anteriormente mencionado. De esta forma podemos
deducir la existencia de tres procesos totalmente dependientes
Un flujo de electrones desde sustancias individuales.
Un uso de la energía desprendida de ese flujo
de electrones que se utiliza para la translocación de protones en contra
de gradiente, por lo que energéticamente estamoshablando de un proceso
desfavorable.
Un uso de ese gradiente electroquímico para la
formación de ATP mediante un proceso favorable desde un punto de vista
energético.
Las reacciones redox son reacciones químicas en las
cuales los electrones son transferidos desde una molécula donadora hacia
una molécula aceptora. La fuerza que conduce a
esta clase de reacciones es la energía libre de Gibbs de los reactivos y
los productos. La energía libre de Gibbs es la energía disponible
para realizar un trabajo. Ninguna reacción que
incremente la energía libre de Gibbs total de un
sistema se realizara de forma espontanea.
La transferencia de electrones desde moléculas altamente
energéticas (donadoras) hacia moléculas de bajo poder
energético (aceptoras) puede ser espaciado en una serie de reacciones
redox intermediarias, que en definitiva forman una cadena de transporte. El
hecho de que estas reacciones sean
termodinamicamente posibles no significa que puedan ocurrir; por ejemplo
una mezcla de hidrógeno y oxígeno no entra en ignición de
forma espontanea, se requiere suplementar cierta energía de
activación o bajar la energía de activación de la
reacción. Los sistemas biológicos usan
estructuras complejas que reducen la energía de activación de las
reacciones bioquímicas.
El transporte de electrones se realiza mediante reacciones que son
termodinamicamente favorables, y han sido
acopladas a reacciones que termodinamicamente no lo son, como por ejemplo son la
separación de carga o la creación de un gradiente osmótico.
De esta forma la energía libre del sistema baja y hace posibleque
el proceso se lleve a cabo. Las macromoléculas biológicas que
catalizan este tipo de reacciones desfavorables,
termodinamicamente hablando, se han encontrado en todas las formas de
vida conocidas, y sólo realizan estas funciones sí y solo si
estan acopladas a reacciones termodinamicas favorables y que
ocurran a la vez de las que no lo son.
La cadena de transporte de electrones produce energía para la
formación de un gradiente electroquímico,
es decir se utiliza ese flujo para el transporte de sustancias a través
de membrana. Este gradiente se utiliza para realizar, posteriormente un trabajo mecanico, como puede ser la rotación de un
flagelo bacteriano o la síntesis de ATP, que es imprescindible para un
organismo.
El ATP también se puede obtener de otras formas, como por ejemplo en
la fosforilación a nivel de sustrato. Existen
organismos que obtienen el ATP exclusivamente mediante fermentación,
pero en la mayoría de los casos la generación de grandes
cantidades de ATP se realiza a través de cadenas de transportes de
electrones.
Las células de todos los eucariotas contienen organulos
intracelulares conocidos con el nombre de mitocondrias que producen ATP. Las
fuentes de energía como la glucosa son inicialmente metabolizados en el
citoplasma y los productos obtenidos son llevados al interior de la mitocondria
donde se continua el catabolismo usando rutas metabólicas que incluyen
el ciclo de los acidos tricarboxílicos, la beta oxidación
de los acidos grasos y la oxidación de los aminoacidos.
El resultado final de estas rutas es la producción de dos donadores
deelectrones: NADH y FADH2. Los electrones de estos dos donadores son pasados a
través de la cadena de electrones hasta el oxígeno, el cual se
reduce para formar agua. Esto es un proceso de
múltiples pasos que ocurren en la membrana mitocondrial interna. Las
enzimas que catalizan estas reacciones tienen la notable capacidad de crear
simultaneamente un gradiente de protones a
través de la membrana, produciendo un estado altamente energético
con el potencial de generar trabajo. Mientras el transporte de electrones
ocurre con una alta eficiencia, un pequeño
porcentaje de electrones son prematuramente extraídos del oxígeno, resultando en la formación
de un radical libre tóxico: el superóxido. En los últimos
años se ha descubierto que los complejos de la cadena de transporte de
electrones suelen juntarse unas con otras formando estructuras
proteínicas mayores que se nombran supercomplejos respiratorios.
Estos supercomplejos suelen estar formados únicamente por los complejos
I, III y IV en plantas, mientras que en mamíferos se les han encontrado en conjunto con complejo II también.
Se ha propuesto que la función de la formación de los supercomplejos
respiratorios es la canalización de los electrones a través de
los complejos I, III y IV, con la finalidad de agilizar el transporte de
electrones, regular la formación de radicales de oxígeno o
incrementar la eficiencia de producción de ATP por medio de la
exclusión de la alternativa oxidasa o de las NAD(P)H
dehidrogenasas del tipo II del transporte de electrones.
De esta forma únicamente las proteínas que tienen la capacidad
detransportar protones a través de la membrana interna de las
mitochondrias y que por lo mismo contribuyen a la formación del
gradiente electroquímico para la producción de ATP
estarían incluidas en la estructura de los supercomplejos.
El parecido entre las mitocondrias intracelulares y las
bacterias de vida libre es altísimo. El conocimiento de la
estructura, la funcionalidad y las similitudes en el ADN entre mitocondrias y
las bacterias prueban fuertemente el origen
endosimbióntico de las mitocondrias. Es decir, hay fuertes
pruebas que indican que las células eucarióticas primitivas
incorporaron bacterias, que debido a las fuerzas selectivas de la
evolución se han trasformado en un organulo de éstas.
La cadena de transporte de electrones mitocondrial utiliza electrones desde un
donador ya sea NADH o FADH 2 y los pasa a un aceptor de electrones final, como
el O2, mediante una serie de reacciones redox. Estas reacciones estan
acopladas a la creación de un gradiente de
protones generado por los complejos I, III y IV. Dicho
gradiente es utilizado para generar ATP mediante la ATP sintasa.
Las reacciones catalizadas por los complejos I y III
estan en equilibrio. Las concentraciones de
reactivos y productos son aproximadamente los mismos. Esto
significa que estas reacciones son reversibles al incrementar la
concentración de producto.
SISTEMA MITOCONDRIAL
Las mitocondrias son organulos celulares encargados de suministrar la
mayor parte de la energía necesaria para la actividad celular
(respiración celular). Actúan, por lo tanto, como
centrales energéticas de lacélula y sintetizan ATP a expensas de
los carburantes metabólicos (glucosa, acidos grasos y
aminoacidos). La mitocondria presenta una membrana exterior permeable a iones, metabolitos y muchos polipéptidos. Eso es
debido a que contiene proteínas que forman poros llamados porinas o VDAC
(canal aniónico dependiente de voltaje), que permiten el paso de
moléculas de hasta 10 kDa y un diametro aproximado de 2 nm
Estructura de una mitocondria
La morfología de la mitocondria es difícil de describir puesto
que son estructuras muy plasticas que se deforman, se dividen y
fusionan. Normalmente se las representa en forma alargada.
Su tamaño oscila entre 0,5 y 1 μm de diametro y hasta 7
μm de longitud.8 Su número depende de las necesidades
energéticas de la célula. Al conjunto de las
mitocondrias de la célula se le denomina condrioma celular.
Las mitocondrias estan rodeadas de dos membranas claramente diferentes
en sus funciones y actividades enzimaticas, que separan tres espacios:
el citosol, el espacio intermembrana y la matriz mitocondrial.
Membrana externa
Es una bicapa lipídica exterior permeable a
iones, metabolitos y muchos polipéptidos. Eso es debido a que contiene
proteínas que forman poros, llamadas porinas o VDAC (de canal
aniónico dependiente de voltaje), que permiten el paso de grandes
moléculas de hasta 10.000 dalton y un diametro aproximado de 20
Å. La membrana externa realiza relativamente pocas funciones
enzimaticas o de transporte. Contiene entre un
60 y un 70% de proteínas.
Membrana interna
La membrana interna contiene mas proteínas, carece de poros y
esaltamente selectiva; contiene muchos complejos enzimaticos y sistemas
de transporte transmembrana, que estan implicados en la
translocación de moléculas. Esta
membrana forma invaginaciones o pliegues llamados crestas mitocondriales, que
aumentan mucho la superficie para el asentamiento de dichas enzimas. En la mayoría de los eucariontes, las crestas forman
tabiques aplanados perpendiculares al eje de la mitocondria, pero en algunos
protistas tienen forma tubular o discoidal. En la composición de
la membrana interna hay una gran abundancia de proteínas (un 80%), que
son ademas exclusivas de este organulo
La cadena de transporte de electrones, compuesta por cuatro complejos
enzimaticos fijos y dos transportadores de electrones móviles:
Complejo I o NADH deshidrogenasa que contiene flavina mononucleótido
(FMN).
Complejo II o succinato deshidrogenasa; ambos ceden
electrones al coenzima Q o ubiquinona.
Complejo III o citocromo bc1 que cede electrones al citocromo c
Complejo IV o citocromo c oxidasa que cede electrones al O2 para producir dos
moléculas de agua.
Un complejo enzimatico, el canal de H+ ATP
sintasa que cataliza la síntesis de ATP (fosforilación
oxidativa).
Proteínas transportadoras que permiten el paso de iones y
moléculas a su través, como acidos grasos, acido
pirúvico, ADP, ATP, O2 y agua; pueden destacarse:
Nucleótido de adenina translocasa. Se encarga de transportar a la matriz
mitocondrial el ADP citosólico formado durante
las reacciones que consumen energía y, paralelamente transloca hacia el
citosol el ATP recién sintetizado durante la
fosforilaciónoxidativa.
Fosfato translocasa. Transloca fosfato
citosólico junto con un hidrón a la
matriz; el fosfato es esencial para fosforilar el ADP durante la
fosforilación oxidativa.
Matriz mitocondrial[editar · editar
código]
La matriz mitocondrial o mitosol contiene menos moléculas que el
citosol, aunque contiene iones, metabolitos a oxidar, ADN circular bicatenario
muy parecido al de las bacterias, ribosomas tipo 55S (70S en vegetales),
llamados mitorribosomas, que realizan la síntesis de algunas
proteínas mitocondriales, y contiene ARN mitocondrial; es decir, tienen
los organulos que tendría una célula procariota de vida
libre. En la matriz mitocondrial tienen lugar diversas rutas metabólicas
clave para la vida, como
el ciclo de Krebs y la beta-oxidación de los acidos grasos;
también se oxidan los aminoacidos y se localizan algunas
reacciones de la síntesis de urea y grupos hemo.
Función
La principal función de las mitocondrias es la oxidación de
metabolitos (ciclo de Krebs, beta-oxidación de acidos grasos) y
la obtención de ATP mediante la fosforilación oxidativa, que es
dependiente de la cadena transportadora de electrones; el ATP producido en la
mitocondria supone un porcentaje muy alto del ATP sintetizado por
la célula. También sirve de almacén de sustancias como iones, agua y algunas
partículas como
restos de virus y proteínas.
BALANCE ENERGÉTICO
Pues bien, una definición aproximada es 'El estudio de las
sustancias presentes en los organismos vivos y de las reacciones
químicas en las que se basan los procesos vitales. Esta ciencia
es una rama de la Químicay de la
Biología. El prefijo bio- procede de bios,
término griego que significa 'vida'. Su objetivo
principal es el conocimiento de la estructura y comportamiento de las
moléculas biológicas, que son compuestos de carbono que forman
las diversas partes de la célula y llevan a cabo las reacciones
químicas que le permiten crecer, alimentarse, reproducirse y usar y
almacenar energía. Los acidos nucleicos son responsables del
almacén y transferencia de la información genética. Son
moléculas grandes formadas por cadenas largas de unas subunidades
llamadas bases, que se disponen según una secuencia exacta.
Éstas, son 'leídas' por otros componentes de las
células y utilizadas como patrones para la
fabricación de proteínas.
Las proteínas son moléculas grandes formadas
por pequeñas subunidades denominadas aminoacidos. Utilizando sólo 20 aminoacidos distintos, la
célula elabora miles de proteínas diferentes, cada una de las
cuales desempeña una función altamente especializada. Las proteínas mas interesantes para los
bioquímicos son las enzimas, moléculas 'trabajadoras'
de las células. Estas enzimas actúan como promotores o
catalizadores de las reacciones químicas.
Los hidratos de carbono son las moléculas
energéticas basicas de la célula. Contienen proporciones aproximadamente iguales de carbono e
hidrógeno y oxígeno. Las plantas verdes y algunas
bacterias utilizan el proceso de la fotosíntesis para formar hidratos de
carbono simples (azúcares) a partir de dióxido de carbono, agua y
luz solar. Los animales, sin embargo, obtienen sus
hidratos de carbono de los alimentos. Unavez que la célula posee
hidratos de carbono, puede romperlos para obtener energía química
o utilizarlos como
base para producir otras moléculas.
Los lípidos son sustancias grasas que
desempeñan diversos papeles en la célula. Algunos se
almacenan para ser utilizados como
combustible de alto valor energético, mientras que otros se emplean como componentes
esenciales de la membrana celular. Las células tienen
también muchos otros tipos de moléculas. Estos compuestos
desempeñan funciones muy diversas, como el transporte de energía
desde una zona de la célula a otra, el aprovechamiento de la
energía solar para conducir reacciones químicas, y como
moléculas colaboradoras (cofactores) en las acciones enzimaticas.
Todas éstas, y la misma célula, se hallan en un
estado de variación constante. De hecho, una
célula no puede mantenerse viva a menos que esté continuamente
formando y rompiendo proteínas, hidratos de carbono y lípidos;
reparando los acidos nucleicos dañados y utilizando y almacenando
energía. El conjunto de estos procesos activos
y dependientes de la energía se denomina metabolismo. Uno de los
objetivos principales de la bioquímica es conocer el metabolismo lo
suficiente como
para predecir y controlar los cambios celulares. Los estudios
bioquímicos han permitido avances en el
tratamiento de muchas enfermedades metabólicas, en el desarrollo de
antibióticos para combatir las bacterias, y en métodos para
incrementar la productividad industrial y agrícola. Estos logros han aumentado en los últimos años con el uso
de técnicas de ingeniería genética.
2. Nutrientesesenciales
Los nutrientes se clasifican en cinco grupos principales: proteínas,
hidratos de carbono, grasas, vitaminas y minerales. Estos grupos comprenden un
total aproximado de entre 45 y 50 sustancias que los científicos
consideran, sobre todo por las investigaciones realizadas con animales,
esenciales para mantener la salud y un crecimiento normal. Aparte
del agua y el oxígeno, incluyen también unos ocho
aminoacidos constituyentes de las proteínas, cuatro vitaminas
liposolubles y diez hidrosolubles, unos diez minerales y tres
electrólitos. Aunque los hidratos de carbono son una fuente de
energía, no se consideran esenciales, ya que para este
fin se pueden transformar proteínas.
Energía
El cuerpo utiliza energía para realizar actividades vitales y para
mantenerse a una temperatura constante. Mediante el empleo del calorímetro, los
científicos han podido determinar las cantidades de energía de
los combustibles del
cuerpo: hidratos de carbono, grasas y proteínas. Un
gramo de hidrato de carbono puro o de proteína pura producen 4
calorías; 1 gramo de grasa pura produce unas 9 calorías. En
nutrición la kilocaloría (kcal) se define como la energía
calorífica necesaria para elevar la temperatura de 1 kilo de agua de
14,5 a 15,5 ºC. Los hidratos de carbono son el tipo de
alimento mas abundante en el mundo, mientras que las grasas son el
combustible mas concentrado y mas facil de almacenar.
Si el cuerpo agota sus reservas de grasas e hidratos de
carbono, puede utilizar directamente las proteínas de la dieta o
descomponer su propio tejido proteico para generar combustible. Elalcohol es también una fuente de energía que
produce 7 calorías por gramo. Las células del
cuerpo no pueden oxidar el alcohol, por lo que el hígado tiene que
procesarlo para convertirlo en grasa, que luego se almacena en el mismo
hígado o en el tejido adiposo.
3. Funciones de los nutrientes
Las funciones de las diversas categorías de nutrientes se describen a
continuación.
Proteínas
La función primordial de la proteína es producir tejido corporal
y sintetizar enzimas, algunas hormonas como la insulina, que regulan la
comunicación entre órganos y células, y otras sustancias
complejas, que rigen los procesos corporales. Las proteínas animales y
vegetales no se utilizan en la misma forma en que son ingeridas, sino que las
enzimas digestivas (proteasas) deben descomponerlas en aminoacidos que
contienen nitrógeno. Las proteasas rompen los enlaces de péptidos
que ligan los aminoacidos ingeridos para que éstos puedan ser
absorbidos por el intestino hasta la sangre y reconvertidos en el tejido
concreto que se necesita.
Es facil disponer de proteínas de origen
animal o vegetal. De los 20 aminoacidos que componen las
proteínas, ocho se consideran esenciales es decir: como el cuerpo no
puede sintetizarlos, deben ser tomados ya listos a través de los
alimentos. Si estos aminoacidos esenciales no
estan presentes al mismo tiempo y en proporciones específicas,
los otros aminoacidos, todos o en parte, no pueden utilizarse para
construir las proteínas humanas. Por tanto,
para mantener la salud y el crecimiento es muy importante una dieta que
contenga estos aminoacidos esenciales. Cuandohay
una carencia de alguno de ellos, los demas aminoacidos se
convierten en compuestos productores de energía, y se excreta su
nitrógeno. Cuando se ingieren proteínas en exceso , lo cual es frecuente en países con dietas
ricas en carne, la proteína extra se descompone en compuestos
productores de energía. Dado que las proteínas escasean bastante
mas que los hidratos de carbono aunque producen también 4 calorías
por gramo, la ingestión de carne en exceso, cuando no hay demanda de
reconstrucción de tejidos en el cuerpo, resulta una forma ineficaz de
procurar energía. Los alimentos de origen
animal contienen proteínas completas porque incluyen todos los
aminoacidos esenciales. En la mayoría de las dietas se recomienda
combinar proteínas de origen animal con
proteínas vegetales. Se estima que 0 gramos
por kilo de peso es la dosis diaria saludable para adultos normales.
Muchas enfermedades e infecciones producen una pérdida
continuada de nitrógeno en el cuerpo. Este problema debe ser
compensado con un mayor consumo de proteína
dietética. Asimismo, los niños también
precisan mas proteína por kilogramo de peso corporal. Una
deficiencia de proteínas acompañada de falta de energía da
origen a una forma de malnutrición
proteico-energética conocida con el nombre de marasmo, que se
caracteriza por pérdida de grasa corporal y desgaste de músculos.
Minerales
Los minerales inorganicos son necesarios para la reconstrucción
estructural de los tejidos corporales ademas de que participan en
procesos tales como
la acción de los sistemas enzimaticos, contracción
muscular, reaccionesnerviosas y coagulación de la sangre. Estos
nutrientes minerales, que deben ser suministrados en la dieta, se dividen en
dos clases: macroelementos, tales como calcio,
fósforo, magnesio, sodio,hierro, yodo y
potasio; y microelementos, tales como
cobre, cobalto, manganeso, flúor y cinc.
El calcio es necesario para desarrollar los huesos y
conservar su rigidez. También participa en la formación del citoesqueleto y las
membranas celulares, así como
en la regulación de la excitabilidad nerviosa y en la contracción
muscular. Un 90% del calcio se almacena en los huesos, donde
puede ser reabsorbido por la sangre y los tejidos. La leche y sus derivados son
la principal fuente de calcio.
El fósforo, también presente en muchos
alimentos y sobre todo en la leche, se combina con el calcio en los huesos y
los dientes. Desempeña un papel
importante en el metabolismo de energía en las células, afectando
a los hidratos de carbono, lípidos y proteínas.
El magnesio, presente en la mayoría de los alimentos,
es esencial para el metabolismo humano y muy importante para mantener el
potencial eléctrico de las células nerviosas y musculares.
La deficiencia de magnesio entre los grupos que padecen malnutrición, en
especial los alcohólicos, produce temblores y convulsiones.
El sodio esta presente en pequeñas cantidades
en la mayoría de los productos naturales y abunda en las comidas preparadas
y en los alimentos salados. Esta también presente en el
fluido extracelular, donde tiene un papel regulador.
El exceso de sodio produce edema, que consiste en una superacumulación
de fluido extracelular.En la actualidad existen pruebas de que el exceso de sal
en la dieta contribuye a elevar la tensión
arterial.
El hierro es necesario para la formación de la
hemoglobina, pigmento de los glóbulos rojos de la sangre responsables de
transportar el oxígeno. Sin embargo, este
mineral no es absorbido con facilidad por el sistema digestivo. En los hombres se encuentra en cantidades suficientes, pero las
mujeres en edad menstrual, que necesitan casi dos veces mas cantidad de
hierro debido a la pérdida que se produce en la menstruación,
suelen tener deficiencias y deben tomar hierro facil de asimilar.
El yodo es imprescindible para la síntesis de las
hormonas de la glandula tiroides. Su deficiencia produce bocio,
que es una inflamación de esta glandula en la parte inferior del
cuello. La ingestión insuficiente de yodo durante
el embarazo puede dar lugar a cretinismo o deficiencia mental en los
niños. Se calcula que mas de 150 millones de
personas en el mundo padecen enfermedades ocasionadas por la insuficiencia de
yodo.
Los microelementos son otras sustancias inorganicas
que aparecen en el cuerpo en diminutas cantidades, pero que son esenciales para
gozar de buena salud. Se sabe poco de su
funcionamiento, y casi todo lo que se conoce de ellos se refiere a la forma en
que su ausencia, sobre todo en animales, afecta a la salud. Los microelementos aparecen en cantidades suficientes en casi todos
los alimentos.
Entre los microelementos mas importantes se encuentra
el cobre, presente en muchas enzimas y en proteínas, que contiene cobre,
de la sangre, el cerebro y el hígado. Lainsuficiencia
de cobre esta asociada a la imposibilidad de utilizar el hierro para la
formación de la hemoglobina. El cinc
también es importante para la formación de enzimas. Se cree que la insuficiencia de cinc impide el crecimiento
normal y, en casos extremos, produce enanismo. Se ha descubierto que el
flúor, que se deposita sobre todo en los huesos y los dientes, es un elemento necesario para el crecimiento en animales. Los
fluoruros, una clase de compuestos del flúor, son importantes
para evitar la desmineralización de los huesos. La fluorización del
agua ha demostrado ser una medida efectiva para evitar el deterioro de la
dentadura, reduciéndolo hasta casi un 40%. Entre los
demas microelementos podemos citar el cromo, el molibdeno y el selenio.
4. Vitaminas
Las vitaminas liposolubles son compuestos organicos que actúan
sobre todo en los sistemas enzimaticos para mejorar el metabolismo de
las proteínas, los hidratos de carbono y las grasas. Sin estas
sustancias no podría tener lugar la descomposición y
asimilación de los alimentos. Ciertas vitaminas participan en la
formación de las células de la sangre, hormonas, sustancias
químicas del
sistema nervioso y materiales genéticos. Las vitaminas se clasifican en
dos grupos: liposolubles e hidrosolubles. Entre las vitaminas liposolubles
estan las vitaminas A, D, E y K. Entre las hidrosolubles se incluyen la
vitamina C y el complejo vitamínico B
Vitamina A
La vitamina A es un alcohol primario de color amarillo
palido que deriva del
caroteno. Afecta a la formación y mantenimiento de la
piel, membranas mucosas, huesos ydientes, a la vista y a la
reproducción. Uno de los primeros
síntomas de insuficiencia es la ceguera nocturna (dificultad en
adaptarse a la oscuridad). Otros síntomas son excesiva sequedad en
la piel; falta de secreción de la membrana mucosa, lo que produce
susceptibilidad a la invasión bacteriana, y sequedad en los ojos debido
al mal funcionamiento del lagrimal, importante causa de ceguera en los
niños de países poco desarrollados.
El cuerpo obtiene la vitamina A de dos formas. Una es
fabricandola a partir del
caroteno, un precursor vitamínico encontrado en vegetales como la zanahoria,
brécol, calabaza, espinacas, col y batata. La otra es
absorbiéndola ya lista de organismos que se alimentan de vegetales. La
vitamina A se encuentra en la leche, mantequilla,
queso, yema de huevo, hígado y aceite de hígado de pescado. El
exceso de vitamina A puede interferir en el
crecimiento, detener la menstruación, perjudicar los glóbulos
rojos de la sangre y producir erupciones cutaneas, jaquecas,
nauseas e ictericia.
Las vitaminas B
Conocidas también con el nombre de complejo vitamínico B, son
sustancias fragiles, solubles en agua, varias de las cuales son sobre
todo importantes para metabolizar los hidratos de carbono.
B1
La tiamina o vitamina B1, una sustancia cristalina e incolora, actúa como
catalizador en el metabolismo de los hidratos de carbono, permitiendo
metabolizar el acido pirúvico y haciendo que los hidratos de
carbono liberen su energía. La tiamina también participa en la
síntesis de sustancias que regulan el sistema nervioso. La insuficiencia
de tiamina produceberiberi, que se caracteriza por debilidad muscular,
inflamación del
corazón y calambres en las piernas y, en casos graves, incluso ataque al
corazón y muerte. Muchos alimentos contienen tiamina,
pero pocos la aportan en cantidades importantes. Los alimentos
mas ricos en tiamina son el cerdo, las vísceras (hígado,
corazón y riñones), levadura de cerveza, carnes magras, huevos,
vegetales de hoja verde, cereales enteros o enriquecidos, germen de trigo,
bayas, frutos secos y legumbres. Al moler los cereales se les quita la parte del
grano mas rica en tiamina, de ahí la probabilidad de que la
harina blanca y el arroz blanco refinado carezcan de esta vitamina. La
practica, bastante extendida, de enriquecer la harina y los cereales ha
eliminado en parte el riesgo de una insuficiencia de tiamina, aunque aún
se presenta en alcohólicos que sufren deficiencias en la nutrición.
B2
La riboflavina o vitamina B2, al igual que la tiamina, actúa como
coenzima, es decir, debe combinarse con una porción de otra enzima para
ser efectiva en el metabolismo de los hidratos de carbono, grasas y
especialmente en el metabolismo de las proteínas que participan en el transporte
de oxígeno. También actúa en el
mantenimiento de las membranas mucosas. La insuficiencia de riboflavina
puede complicarse si hay carencia de otras vitaminas del grupo B. Sus síntomas, no tan
definidos como
los de la insuficiencia de tiamina, son lesiones en la piel, en particular
cerca de los labios y la nariz, y sensibilidad a la luz. Las mejores fuentes de riboflavina son el hígado, la leche, la
carne, verduras decolor verde oscuro, cereales enteros y enriquecidos, pasta,
pan y setas.
B3
La nicotinamida o vitamina B3, vitamina del
complejo B cuya estructura responde a la amida del
acido nicotínico o niacina, funciona como coenzima para liberar la energía
de los nutrientes. También se conoce como vitamina PP. La insuficiencia
de niacina o acido nicotínico produce pelagra, cuyo primer
síntoma es una erupción parecida a una quemadura solar
alla donde la piel queda expuesta a la luz del sol. Otros
síntomas son lengua roja e hinchada, diarrea, confusión mental,
irritabilidad y, cuando se ve afectado el sistema nervioso central,
depresión y trastornos mentales. Las mejores fuentes
de niacina son: hígado, aves, carne, salmón y atún
enlatados, cereales enteros o enriquecidos, guisantes (chícharos),
granos secos y frutos secos. El cuerpo también fabrica niacina a partir del
aminoacido triptófano. Se han utilizado
experimentalmente sobredosis de niacina en el tratamiento de la esquizofrenia,
aunque ninguna prueba ha demostrado su eficacia. En grandes cantidades reduce
los niveles de colesterol en la sangre, y ha sido muy utilizada en la
prevención y tratamiento de la arterioesclerosis. Las
grandes dosis en periodos prolongados pueden ser perjudiciales para el
hígado.
B6
La piridoxina o vitamina B6 es necesaria para la absorción y el
metabolismo de aminoacidos. También actúa en la
utilización de grasas del cuerpo y en la
formación de glóbulos rojos. La insuficiencia de piridoxina se
caracteriza por alteraciones en la piel, grietas en la comisura de los labios,
lengua depapilada,convulsiones, mareos,
nauseas, anemia y piedras en el riñón. Las mejores fuentes de piridoxina son los granos enteros (no los
enriquecidos), cereales, pan, hígado, aguacate, espinaca, judías
verdes (ejotes) y platano. La cantidad de piridoxina necesaria es
proporcional a la cantidad de proteína consumida.
B12
La cobalamina o vitamina B12 también se conoce como cianocobalamina, una
de las vitaminas aisladas recientemente, y es necesaria en cantidades
ínfimas para la formación de nucleoproteínas,
proteínas y glóbulos rojos, y para el funcionamiento del sistema
nervioso. La insuficiencia de cobalamina se debe con frecuencia a la
incapacidad del
estómago para producir una glicoproteína (factor
intrínseco) que ayuda a absorber esta vitamina. El resultado es una
anemia perniciosa, con los característicos síntomas de mala
producción de glóbulos rojos, síntesis defectuosa de la
mielina (vaina nerviosa) y pérdida del epitelio (cubierta membranosa) del tracto intestinal.
La cobalamina se obtiene sólo de fuentes
animales: hígado, riñones, carne, pescado, huevos y leche. A los vegetarianos se les aconseja tomar suplementos de esta
vitamina.
Otras vitaminas del
grupo B
El acido fólico o folacina es una coenzima necesaria para la
formación de proteínas estructurales y hemoglobina; su
insuficiencia en los seres humanos es muy rara. El
acido fólico es efectivo en el tratamiento de ciertas anemias y
la psilosis. Se encuentra en las vísceras de
animales, verduras de hoja verde, legumbres, frutos secos, granos enteros y
levadura de cerveza. El acido fólico se pierde en los
alimentosconservados a temperatura ambiente y durante
la cocción. A diferencia de otras vitaminas
hidrosolubles, el acido fólico se almacena en el hígado y
no es necesario ingerirlo diariamente.
El acido pantoténico, otra vitamina B, desempeña un papel aún no definido en el metabolismo de
proteínas, hidratos de carbono y grasas. Abunda en
muchos alimentos y también es fabricado por bacterias intestinales.
La biotina, vitamina del grupo B que también es
sintetizada por bacterias intestinales y se encuentra muy extendida en los
alimentos, participa en la formación de acidos grasos y en la
liberación de energía procedente de los hidratos de carbono. Se ignora su insuficiencia en seres humanos.
Vitamina C (acido ascórbico
La vitamina C es importante en la formación y conservación del colageno, la
proteína que sostiene muchas estructuras corporales y que representa un
papel muy importante en la formación de huesos y dientes. También
favorece la absorción de hierro procedente de los alimentos de origen vegetal. El escorbuto es la clasica
manifestación de insuficiencia grave de acido ascórbico.
Sus síntomas se deben a la pérdida de la acción
cimentadora del
colageno, y entre ellos estan las hemorragias, caída de
dientes y cambios celulares en los huesos de los niños. La
afirmación de que las dosis masivas de acido ascórbico
previenen resfriados y gripe no se ha obtenido de experiencias meticulosamente
controladas. Sin embargo, en otros experimentos se ha demostrado que el acido
ascórbico previene la formación de nitrosaminas, unos compuestos
que han producido tumores en animales delaboratorio y
quiza los produzcan en seres humanos. Aunque el acido
ascórbico no utilizado se elimina rapidamente por la orina, las
dosis largas y prolongadas pueden derivar en la formación de
calculos en la vejiga y el riñón, interferencia en los
efectos de los anticoagulantes, destrucción de la vitamina B12 y
pérdida de calcio en los huesos. Las fuentes de
vitamina C se encuentran en los cítricos, fresas frescas, pomelo (toronja),
piña y guayaba. Buenas fuentes vegetales son el
brécol, las coles de Bruselas, tomates, espinacas, col, pimientos
verdes, repollo y nabos.
Vitamina D
Es necesaria para la formación normal de los huesos y para la
retención de calcio y fósforo en el cuerpo. También
protege los dientes y huesos contra los efectos del bajo consumo de calcio, haciendo un uso
mas efectivo del
calcio y el fósforo. Llamada también ‘vitamina
solar’, la vitamina D se obtiene de la yema de huevo, hígado,
atún y leche enriquecida con vitamina D. También se fabrica en el
cuerpo cuando los esteroles, que se encuentran en muchos alimentos, se
desplazan a la piel y reciben la radiación solar. La insuficiencia de
vitamina D, o raquitismo, se da rara vez en los climas tropicales donde hay
abundancia de rayos solares, pero hubo un tiempo en que era común entre
los niños de las ciudades poco soleadas antes de empezar a utilizar
leche enriquecida con esta vitamina. El raquitismo se
caracteriza por deformidad de la caja toracica y el craneo y por
piernas arqueadas, todo ello producido por la mala absorción de calcio y
fósforo en el cuerpo. Debido a que la vitamina
D es soluble engrasa y se almacena en el cuerpo, su consumo excesivo puede
causar intoxicación vitamínica, daños al
riñón, letargia y pérdida de apetito.
Vitamina E
El papel de la vitamina E en el cuerpo humano aún no se ha establecido
claramente, pero se sabe que es un nutriente esencial
en mas de veinte especies de vertebrados. Esta vitamina participa en la
formación de los glóbulos rojos, músculos y otros tejidos
y en la prevención de la oxidación de la vitamina A y las grasas. Se encuentra en los
aceites vegetales, germen de trigo, hígado y verduras de hoja verde.
Aunque la vitamina E se aconseja popularmente para gran
variedad de enfermedades, no hay pruebas sustanciales que respalden estas
afirmaciones. Si bien se almacena en el cuerpo, parece
que las sobredosis de vitamina E tienen menos efectos tóxicos que las de
otras vitaminas liposolubles.
Vitamina K
La vitamina K es necesaria principalmente para la coagulación de la
sangre. Ayuda a la formación de la protrombina,
enzima necesaria para la producción de fibrina en la coagulación.
Las fuentes mas ricas en vitamina K son la
alfalfa y el hígado de pescado, que se emplean para hacer preparados con
concentraciones de esta vitamina. Las fuentes
dietéticas incluyen todas las verduras de hoja verde, yema de huevo,
aceite de soja o soya e hígado. Para un adulto sano, una dieta normal y la síntesis
bacteriana a nivel intestinal suele ser suficiente para abastecer el cuerpo de
vitamina K y protrombina. Las alteraciones digestivas pueden
provocar una mala absorción de vitamina K y, por tanto, deficiencias en
la coagulación de lasangre.
Las vitaminas hidrosolubles (vitamina C y complejo vitamínico B) no se
pueden almacenar, por lo que es necesario su consumo diario para suplir las
necesidades del
cuerpo. La vitamina C, o acido ascórbico, desempeña un papel importante en la síntesis y
conservación del
tejido conectivo. Evita el escorbuto, que ataca las
encías, piel y membranas mucosas, y su principal aporte viene de los
cítricos.
Las vitaminas mas importantes del complejo vitamínico B son la
tiamina (B 1), riboflavina (B 2), nicotinamida (B 3), piridoxina (B 6),
acido pantoténico, lecitina, colina, inositol, acido
para-aminobenzoico (PABA), acido fólico y cianocobalamina (B 12).
Estas vitaminas participan en una amplia gama de
importantes funciones metabólicas y previenen afecciones tales como el beriberi y la
pelagra. Se encuentran principalmente en la levadura y el
hígado.
Hidratos de carbono
Los hidratos de carbono aportan gran cantidad de energía en la
mayoría de las dietas humanas. Los alimentos ricos en hidratos de
carbono suelen ser los mas baratos y abundantes en comparación
con los alimentos de alto contenido en proteínas o grasa. Los hidratos
de carbono se queman durante el metabolismo para
producir energía, liberando dióxido de carbono y agua. Los seres
humanos también obtienen energía, aunque de manera mas
compleja, de las grasas y proteínas de la dieta, así como del alcohol.
Hay dos tipos de hidratos de carbono: féculas, que se encuentran
principalmente en los cereales, legumbres y tubérculos, y
azúcares, que estan presentes en los vegetales y frutas. Los
hidratos de carbono sonutilizados por las células en forma de glucosa,
principal combustible del cuerpo. Tras su
absorción desde el intestino delgado, la
glucosa se procesa en el hígado, que almacena una parte como glucógeno, (polisacarido
de reserva y equivalente al almidón de las células vegetales), y
el resto pasa a la corriente sanguínea. La glucosa, junto con los
acidos grasos, forma los triglicéridos, compuestos grasos que se
descomponen con facilidad en cetonas combustibles. La glucosa y los
triglicéridos son transportados por la corriente sanguínea hasta
los músculos y órganos para su oxidación, y las cantidades
sobrantes se almacenan como grasa en el tejido adiposo y
otros tejidos para ser recuperadas y quemadas en situaciones de bajo consumo de
hidratos de carbono.
Los hidratos de carbono en los que se encuentran la mayor parte de los
nutrientes son los llamados hidratos de carbono complejos, tales como
cereales sin refinar, tubérculos, frutas y verduras, que también
aportan proteínas, vitaminas, minerales y grasas. Una fuente menos
beneficiosa son los alimentos hechos con azúcar refinado, tales como
productos de confitería y las bebidas no alcohólicas, que tienen
un alto contenido en calorías pero muy bajo en nutrientes y aportan
grandes cantidades de lo que los especialistas en nutrición llaman
calorías vacías.
5. Grasas
Aunque mas escasas que los hidratos de carbono, las grasas producen
mas del
doble de energía. Por ser un combustible
compacto, las grasas se almacenan muy bien para ser utilizadas después
en caso de que se reduzca el aporte de hidratos de carbono. Resultaevidente
que los animales necesitan almacenar grasa para abastecerse en las estaciones
frías o secas, lo mismo que los seres humanos en épocas de
escasez de alimentos. Sin embargo, en los países donde siempre
hay abundancia de alimentos y las maquinas han
reemplazado a la mano de obra humana, la acumulación de grasa en el
cuerpo se ha convertido en verdadero motivo de preocupación por la
salud.
Las grasas de la dieta se descomponen en acidos grasos que pasan a la sangre
para formar los triglicéridos propios del organismo. Los
acidos grasos que contienen el mayor número posible de
atomos de hidrógeno en la cadena del carbono se
llaman acidos grasos saturados, que proceden sobre todo de los animales.
Los acidos grasos insaturados son aquellos que han
perdido algunos atomos de hidrógeno. En este
grupo se incluyen los acidos grasos monoinsaturados que han perdido
sólo un par de atomos de hidrógeno y los acidos
grasos poliinsarurados, a los que les falta mas de un par. Las grasas poliinsaturadas se encuentran sobre todo en los aceites
de semillas. Se ha detectado que las grasas saturadas
elevan el nivel de colesterol en la sangre, mientras que las no saturadas
tienden a bajarlo. Las grasas saturadas suelen ser
sólidas a temperatura ambiente; las insaturadas son líquidas.
6. Tipos de alimentos
Los alimentos se pueden clasificar en panes y cereales, leguminosas o
legumbres, tubérculos y rizomas, frutas y verduras, carne, pescado,
huevos; leche y derivados, grasas y aceites, y azúcares, confituras y
almíbares.
El grupo de panes y cereales incluye el trigo, arroz,
maíz y mijo. Sonricos en almidones y
constituyen una fuente facil y directa de suministro de calorías.
Aunque la proteína no abunda en los cereales integrales, la gran
cantidad que se consume aporta cantidades significativas, las cuales, sin
embargo, deben complementarse con otros alimentos ricos en proteínas
para obtener todos los aminoacidos esenciales. La harina de trigo blanco
y el arroz refinado son bajos en nutrientes, pero, como todos los cereales
enteros que contienen el germen y la capa exterior de la semilla, el trigo y el
arroz aportan fibra al cuerpo: las vitaminas B tiamina, niacina y riboflavina,
y los minerales cinc, cobre, manganeso y molibdeno. Las legumbres
o leguminosas abarcan una amplia variedad de frijoles o judías,
chícharos o guisantes, lentejas y granos, e incluso el maní.
Todos ellos son ricos en almidón, pero aportan
bastante mas proteína que los cereales o tubérculos.
La proporción y el tipo de aminoacidos de las leguminosas es
similar a los de la carne. Sus cadenas de aminoacidos a menudo
complementan a las del
arroz, el maíz y el trigo, que constituyen los alimentos basicos
de muchos países. Los tubérculos y los rizomas
incluyen varios tipos de papa o patata, la mandioca y el taro. Son ricos en almidón y relativamente bajos en
proteína, pero aportan gran variedad de vitaminas y minerales.
Las frutas y verduras son una fuente directa de muchos minerales y vitaminas
que faltan en las dietas de cereales, en especial la vitamina C de los
cítricos y la vitamina A procedente del caroteno de las
zanahorias y verduras con hoja. En las verduras estan
presentes elsodio, cobalto, cloro, cobre, magnesio, manganeso, fósforo y
potasio. La celulosa de las verduras, casi imposible de digerir,
proporciona el soporte necesario para hacer pasar la comida por el tracto
digestivo. Muchas de las vitaminas mas fragiles hidrosolubles se
encuentran en las frutas y verduras, pero se destruyen con gran facilidad con
el exceso de cocción. La carne, el pescado y los huevos aportan todos
los aminoacidos esenciales que el cuerpo necesita para ensamblar sus
propias proteínas. La carne contiene un 20% de proteína, 20% de
grasa y 60% de agua. Las vísceras son fuentes
ricas en vitaminas y minerales. Todos los pescados contienen un
alto porcentaje de proteínas, y los aceites de algunos de ellos son
ricos en vitaminas D y A. La clara del
huevo es la forma mas concentrada de proteína que existe.
Desacopladores e inhibidores.
El uso de inhibidores de la cadena ha permitido trazar
el paso de los
electrones a través de la cadena y determinar el punto de entrada de
diversos sustratos. La velocidad a la cual el oxígeno es consumido por
una suspensión de mitocondrias es una medida del funcionamiento
de la cadena de transporte de electrones. La velocidad puede ser medida
mediante un electrodo de oxígeno.
Gran parte del
conocimiento de la función mitocondrial ha resultado de estudios con
compuestos tóxicos. Inhibidores específicos se han
usado para distinguir el sistema de transporte de electrones del sistema de fosforilación
oxidativa, y ha ayudado a definir la secuencia de los transportadores redox en
la cadena. Si la cadena se bloquea en un punto,todos
los transportadores anteriores quedan mas reducidos, y los posteriores
mas oxidados.
Hay seis tipos de venenos que afectan la función mitocondrial
1. Inhibidores de la cadena que bloquean la cadena respiratoria.
La rotenona, toxina de una planta, utilizada por indios
amazónicos como
veneno, también ha sido usada como
insecticida.
Actúa a inhibiendo el complejo I. Inhibe la reoxidación del NADH, no afecta la del FADH2. Inhibe la
oxidación del
malato, que es dependiente del NAD+, no así la del succinato. El succinato entra en el
segundo punto de entrada a la cadena, posterior al del
NAD+.
El amital (barbitúrico) inhibe al complejo I, afecta las
oxidaciones dependientes del NAD+.
La antimicina A (Antibiótico).
Actúa a inhibiendo el complejo III. Inhibe la
reoxidación del
NADH y del
FADH2.
El cianuro bloquea el paso
de electrones del
citocromo a3 al oxígeno.
Estos inhibidores detienen el paso de electrones de modo
que no hay bombeo de protones. Sin gradiente de
protones, no hay síntesis de ATP.
2. Inhibidores de la fosforilación oxidativa, venenos que inhiben la
ATP-sintasa.
La oligomicina, un antibiótico producido
por Streptomyces, inhibe a la ATPasa al unirse a la subunidad
Fo e interferir en el transporte de H+ a través de Fo, inhibe
por lo tanto la síntesis de ATP.
Diciclohexilcarbodiimida (DCCD), un reactivo
soluble en lípidos, también inhibe el transporte de protones por
Fo al reaccionar con un residuo de glutamico en una de las
subunidades de Fode mamíferos.
En estas condiciones el gradiente de protones que se produce es mayor que lo
normal,sin embargo la energía potencial de
éste no puede ser utilizada para producir ATP.
3. Venenos que hacen permeable la membrana mitocondrial interna a los
protones. Estos agentes eliminan la relación obligada
entre la cadena respiratoria y la fosforilación oxidativa que se observa
en mitocondria intacto.
Estos venenos, como el 2,4 dinitrofenol (DNP), el
carbonilcianuro-p-trifluorometoxi-hidrazona (FCCP) y el
carbonilcianuro-m-clorofenilhidrazona (CCCP) desacoplan la fosforilación
oxidativa de la cadena respiratoria, se conocen como agentes
desacopladores.
Son compuestos liposolubles y acidos débiles.
Las formas disociadas presentan carga negativa altamente deslocalizada, de modo
que el campo eléctrico de los aniones es muy débil, ello permite
que difundan libremente a través de un medio no
polar como las
membranas fosfolipídicas. Este comportamiento no es usual, la gran
mayoría de iones con carga son excluidos de un
ambiente no polar.
La forma protonada, sin carga eléctrica de estos compuestos, pasa a
través de la membrana interna mitocondrial intacta, descargando
así el gradiente de pH. En la matriz, a pH mas
bajo, el acido débil se disocia, la forma disociada pasa la
membrana interna, destruyendo el potencial de membrana. Este proceso se
puede repetir, de modo que una pequeña cantidad del agente desacoplante puede catalizar el paso de una cantidad
enorme de protones y hacer un corto circuito en la cadena respiratoria.
En resumen, permitiendo el paso de protones a través de la membrana, se
disipa el gradiente de protones, no hay bombeo de protones a través de
laATP-sintasa con producción de ATP.
Los agentes desacoplantes son todos sintéticos, sin embargo en el
mitocondria del
tejido adiposo pardo una proteína desacopladora (termogenina) participa
en el delicado control de la termogénesis.
4. Inhibidores de transporte (atractalósido) que previenen ya sea la
salida del
ATP o la entrada de material combustible a través de la membrana
mitocondrial interna.
5. Ionósforos (valinomicina, nigericina) que permiten el paso a
través de la membrana a compuestos que normalmente estan
impedidos.
6. Inhibidores del ciclo de Krebs (arsenito) que bloquean una o mas
enzimas del
ciclo de Krebs.
La producción de ATP aeróbica es mas eficiente que la
producción anaeróbica.
En 1861, Louis Pasteur observó que en levadura
expuesta a condiciones aeróbicas, el consumo de glucosa y la
producción de etanol decae precipitadamente (Efecto Pasteur).
Glicólisis anaeróbica
C6H12O6 + 2ADP + 2Pi è 2 lactato + 2H+ + 2ATP
Metabolismo aeróbico de la glucosa:
C6H12O6 + 38ADP + 38Pi 6 O2 è 6 CO2 + 44H20 + 38ATP
El metabolismo aeróbico es mas eficiente que la glicólisis
anaeróbica en lo que se refiere a producción de ATP.
Sin embargo, como
la concentración de enzimas de la glicólisis es alta, de modo que
si no estan inhibidas, el ATP puede producirse mas rapido
que a través de la fosforilación oxidativa.
Por otra parte, el calculo tradicional de 36 ATP o de 38 ATP,
según funcione la lanzadera del
glicerofosfato o del
malato respectivamente, es obsoleto. Mediciones recientes
estiman 30 ATP por glucosa totalmente metabolizada.
