1. UNIVERSIDAD MAYOR DE SANANDRÉS
FAC. CS. FARMACÉUTICASY BIOQUÍMICAS
TRANSPORTE DE ELECTRONES Y
FOSFORILACIÓN OXIDATIVA
DAVID GUTIERREZYAPU
BIOQUÍMICA II

2. Los sistemas vivos requieren de un aporte continuo de energía. Toda forma
de vida depende de la continua disponibilidad de energía
La energía es necesaria para que ocurran las reacciones químicas implicadas
en la formación de los componentes moleculares y propulsar las diversas
actividades que realizan estos componentes
BIOENERGÉTICA: Flujo de Energía en las Células
La vida en la Tierra depende directa o
indirectamente de la luz del Sol.
Los organismos fotótrofos (plantas, algas,
cianobacterias) son capaces de captar
energía luminosa por medio de pigmentos
fotosintéticos, almacenando la energía en
forma de moléculas de glucosa
Los restantes organismos (quimiótrofos)
obtienen su energía oxidando
principalmente hidratos de carbono y/o
lípidos

3. La materia fluye en forma cíclica entre
organismos fotótrofos y quimiótrofos.
Durante la respiración aerobia los
quimiótrofos toman nutrientes orgánicos
que oxidan a dióxido de carbono y agua,
que son devueltos al ambiente.
Estas moléculas se convierten nuevamente
en materia prima para que los organismos
fotótrofos, a través del proceso de
fotosíntesis, fabriquen nuevas moléculas
orgánicas devolviendo oxígeno al entorno.

4. Los procesos de fotosíntesis y
respiración pueden
considerarse como reacciones
opuestas
La fotosíntesis, que tiene
lugar en los cloroplastos de
fotótrofos eucariotas, consume
energía solar para generar
glucosa a partir de compuestos
inertes como el dióxido de
carbono y el agua
La respiración aerobia
oxida la glucosa (y otros
nutrientes) a dióxido de
carbono y agua para
producir energía química

5. MITOCONDRIAS
1 µm
Organelos donde ocurren la mayor parte de las
reacciones químicas que convierten la energía
química de determinados nutrientes en otro
tipo de energía: el trifosfato de adenosina (ATP)
Miden de 2 a 8 µm de longitud
por 0,5 a 1 µm de diámetro,
pudiendo cambiar de tamaño y
forma en muy breve lapso

6. Reacciones redox y generación de energía:
- Oxidación : ganancia de oxígeno o pérdida de electrones
- Reducción : pérdida de oxígeno o ganancia de electrones
Fe2+ + Cu2+ ---------- Fe3+ + Cu+
Reductor + Oxidante Reductor oxidado + Oxidante reducido
Se denomina par redox al par formado por un reductor y su oxidante
conjugado (Fe2+/Fe3+)
Los electrones se pueden transferir de 4 formas:
Directamente como electrones
En forma de átomos de H ( 1 H+ y 1 e-)
En forma de hidruro ( :H-) con dos electrones
Por combinación directa con O2
OXIDACIÓN BIOLÓGICA

7. Potencial de reducción:
En las oxidaciones biológicas, la tendencia de un reductor
a perder electrones se conoce como el potencial de reducción
estándar (Eo).
Se determinan experimentalmente tomando como
referencia el electrodo de H estándar empleando una célula
electroquímica.
Por convenio para el H2 en condiciones estándar : Eo = 0V
Cuando Eo es negativo (poder reductor elevado) (par redox que
dona electrones al electrodo de H)
Cuando Eo es positivo (poder oxidante elevado) (par redox que
acepta electrones del electrodo de H)
En Bioquímica se incluye en las condiciones estándar el pH 7 por lo que se
emplea Eo´.
Para el H. Eo´ = -0,41V a pH 7 ; Eo = 0V a pH 0 (concentración 1 M)

8. LOS EO´ PERMITEN CALCULAR LAVARIACION DE G DE LA REACCIÓN
∆GO´ = - n F ∆Eo´
Un valor negativo de ∆Eo´ proporciona un valo positivo de ∆GO´
En condiciones no estándar se calcula E a partir de la ecuación de Nernst
E = Eo´ + RT/ n F x ln [aceptor de e-]/ [donador de e-]
Transportadores de e- especializados:
Son cofactores que experimentan reacciones redox reversibles y en los
procesos catabólicos se reducen conservando la energía
•NAD(P)+
•FMN y FAD
•Quinonas liposolubles
•Proteínas ferrosulfuradas (citocromos)

9. Tomado de Bioquímica. Mathews,Van Holde Ahern.AddisonWesley 2002

10. Tomado de Bioquímica. Mathews,Van Holde Ahern.AddisonWesley 2002

12. Oxidaciones y Generación de Energía Celular
Durante el metabolismo celular se producen oxidaciones de los sustratos
metabólicos (con la concomitante reducción de intermediarios) y estas
reacciones se utilizan para obtener energía.
Un compuesto que se oxida cede electrones (reductor)
Un compuesto que se reduce recibe electrones (oxidante)
Ejemplo: Fe2+ + Cu2+ Fe3+ + Cu1+
Hay dos semi reacciones:
Fe2+ Fe3+ + 1e- oxidación
Cu2+ + 1e- Cu1+ reducción
Al igual que los ácidos y las bases, siempre que hay una oxidación (perdida de
electrones) debe haber una reducción (ganancia de electrones).
¿Quién se lleva los electrones?

13. NAD+ + 2e- + H+ NADH
E´o = - 0.320 V
Molécula que participa en las reacciones redox intracelulares

14. ¿Quién se lleva los electrones?
A diferencia del ∆G,
cuanto más grande y positivo
el potencial redox (Eo), mayor la
tendencia a aceptar electrones
(actuar como agente oxidante).
Hay una relación directa entre el
potencial redox y la energía libre:
∆
∆
∆
∆G0 = -n F ∆
∆
∆
∆E0
Donde
∆E0 = Eo(aceptor)- Eo(donador)
n = número de electrones
F = constante de Faraday
96.5 kJ/mol.V
Un valor de ∆E positivo generará
valores de ∆G negativos

15. Ejemplo:
Oxidación de NADH por oxígeno
NADH + H+ + 1/2O2 NAD+ + H2O
Las dos semi-reacciones serían:
NAD+ + H+ + 2e- NADH + H+ EO = -0.32 V
1/2O2 + H+ + 2e- H2O EO = +0.82 V
Usando ∆G0 = -n F ∆E0
∆G0 = - (2).(96.5 kJ/mol.V){0.82 V –(-0.32V)} = - 220 kJ/mol

16. OXIDACIÓN DE NUTRIENTES Y PRODUCCIÓN DE ENERGÍA
Los átomos de C y de H que forman parte de las moléculas de los
alimentos pueden ser utilizados como fuentes energéticas porque no
se encuentran en su estado más estable.
La célula puede obtener energía a partir de la glucosa o de otros
nutrientes porque en presencia de oxígeno los convierte en dióxido
de carbono y agua, las formas en las que el carbono y el hidrógeno
presentan mayor estabilidad.
C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O + energía (ATP)
C : H : O
6 : 12: 6
1 : 2 : 1
C : H : O
1 : 0 : 2

17. La célula oxida a las moléculas orgánicas en una serie de pasos.
La oxidación no implica necesariamente la participación del
oxígeno en una reacción, sino que se refiere a la transferencia
de electrones de un átomo a otro.
A menudo, cuando una molécula toma un electrón, toma al mismo
tiempo un protón (H+) del medio acuoso citoplasmático, con lo que
el efecto neto es la incorporación de un átomo de hidrógeno
A + e- + H+ AH

18. Al eliminar átomos de hidrógeno
de un compuesto orgánico
aquéllos con frecuencia se llevan
consigo parte de la energía que
estaba almacenada en los
enlaces químicos. El hidrógeno,
junto con su energía, se
transfieren a una molécula
aceptora de hidrógeno, que
suele ser una coenzima.
Transferencia de hidrógeno y de electrones
Los aceptores de hidrógeno que
se encuentran con mayor
frecuencia son el dinucleótido de
nicotinamida y adenina (NAD)
y el dinucleótido de flavina y
adenina (FAD)

19. H+,H:-
(2H+,2e-)
H O H
H+,H:-
(2H+,2e-)
[C-1]
alcohol
H
O
C
R
[C+1]
aldehído
OH
O
C
R
[C+3]
ácido
La pérdida de un protón y un hidruro (equivalente a 2 protones y 2
electrones) produce la oxidación del alcohol, que se transforma en
aldehído.
+
+
+
H
H
R
O H
C
– +
–
+
+
–
La posterior oxidación del aldehído (nueva pérdida de 2 protones y 2
electrones) genera el ácido, que es el estado de mayor oxidación. En el
proceso se pierden 4 protones y 4 electrones y el carbono pasa de C-1 a C+3

20. Etapas de la Respiración Celular
Las reacciones químicas de la respiración celular
se agrupan en cuatro fases :
1. Glucólisis. Degradación de glucosa (C6) a
piruvato (C3)
2. Decarboxilación oxidativa del piruvato.
Formación de acetil CoA.
3. Ciclo del ácido cítrico (Krebs). Se
desprende CO2 y se generan protones y
electrones
4. Cadena respiratoria. Fosforilación Oxidativa;
se generaATP y se forma H2O
La respiración celular es por lo general
aerobia (requiere de oxígeno). Durante la
respiración aerobia completa, los nutrientes se
catabolizan hasta convertirse en CO2 y H2O. El
nutriente comúnmente degradado en la
respiración es la glucosa.

21. La degradación oxidativa de glúcidos, grasas y aminoácidos en las células
aeróbicas convergen en esta etapa final de la respiración celular, en la que los
electrones fluyen desde intermedios catabólicos al O2, produciendo energía
para la generación de ATP a partir de ADP y fosfato inorgánico (Pi).
Cadena Respiratoria (fosforilación oxidativa)

22. Balance Energético de la Respiración
Glucólisis 2 ATP 2 NADH
Decarbox. Oxid. Piruvato 2 NADH
Ciclo del ácido cítrico 2 FADH2
6 NADH
2 ATP
TOTALES 2 FADH2
10 NADH
4 ATP
4 ATP 30 ATP 4 ATP
38 ATP
La generación de ATP mediante la oxidación de la glucosa a CO2 y
H2O tiene dos vertientes: (a) la fosforilación a nivel de sustrato
(producción de ATP por fosforilación asociada a oxidaciones y (b) la
fosforilación oxidativa, donde el ATP es el resultado del flujo de
protones a través de la membrana interna mitocondrial. Se estima
que por cada NADH se producen 3 moléculas de ATP y que por
cada FADH2 se producen 2 moléculas de ATP
Fosforilación a
nivel de sustrato
Fosforilación oxidativa