1. Fundamentos físico-químicos y
efectos biológicos del oxígeno
Allan White
PROTAGONISTA PRINCIPAL
• En la mantención de la vida y en la
actividad física el protagonista
principal es, sin lugar a dudas, el
oxígeno.
• Éste es necesario para extraer
cabalmente la energía almacenada
en los enlaces químicos de las
moléculas complejas que
ingerimos y/o sintetizamos.
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2. ROL DEL OXÍGENO
• El rol del oxígeno es actuar
como aceptor final de electrones
contenidos en los enlaces
químicos de las moléculas que
se oxidan en el metabolismo.
OBTENCIÓN DE ENERGÍA
• El eje catabólico básico, tiene como
objetivo la liberación de energía
mediante oxidación (pérdida de
electrones) progresiva de la glucosa y
sus intermediarios, hasta convertirse
idealmente en CO2 y H2O, cuando hay
suficiente oxígeno presente.
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3. EJE CATABÓLICO BÁSICO
Otros azúcares
Glucosa Ácidos grasos
GLUCÓLISIS
FOSFORILACIÓN
Piruvato Acetil-CoA OXIDATIVA
+ CO2
ATP
OXAL ADP + Pi
Aminoácidos
O2
CICLO DE (e- + H+)n
H2O
KREBS
CADENA
RESPIRATORIA
3

4. acetil-CoA
1
oxalacetato 2
sa
sinta ac
NADH + H+ citrato on
ita
sa
8
NAD+ citrato
sa
na
ro o
id lat
ge
isocitrato
sh ma
de
deshidro
malato NAD+
isocitrato
NADH + H+
3
genasa
CO2
fumar
7
asa
α-cetoglutarato
fumarato
de su
sh cc o
id in 4 at
ro at ar sa
ut na
ge o
na GDP + Pi gl ge
to o
sa ce dr
6 GTP α- shi NAD+
de
FADH2
5 NADH + H+
FAD
CO2
succinil-CoA
succinato sintetasa
Succinil-CoA
4

5. ATP COMO INTERMEDIARIO
• La energía liberada es traspasada
momentáneamente a moléculas de
ATP, el que a su vez la transfiere
haciendo posible:
la síntesis de otras moléculas
el paso de iones y otras sustancias a
través de membranas
la contracción muscular, etc.
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6. CADENA TRANSPORTADORA
DE ELECTRONES
• La mayoría de los transportadores son
proteínas integrales de la membrana
mitocondrial interna.
• Además de NAD+ y FAD hay otros tres
tipos de transportadores de electrones:
Ubiquinona o Coenzima Q (UQ).
Citocromos a, b y c (proteínas con grupos
hemo).
Proteínas ferro-sulfuradas.
NADH + H+ + ½ O 2 NAD+ + H2O
∆Gº’ = - 220 kJ/mol
FADH2 + ½ O 2 FAD + H2O
∆Gº’ = - 152 kJ/mol
ADP + Pi ATP + H2O
∆Gº’ = 52 kJ/mol
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7. ROL COMO COMBURENTE
• El oxígeno funciona como
aceptor final de la cadena
transportadora de electrones
que se encuentra en el interior
de las mitocondrias y su acción
es como comburente (oxidante)
en una combustión sin llama.
CONSTITUCIÓN DE LOS ÁTOMOS
• Los protones tienen carga positiva y su
cantidad (Número atómico) da la identidad al
elemento
• El número de neutrones puede variar, dando
origen a diferentes isótopos con diferentes
pesos atómicos.
• La neutralidad eléctrica del átomo la da un
número de electrones (con carga negativa),
igual al de protones, que orbitan alrededor
del núcleo.
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8. DISTRIBUCIÓN DE LOS ELECTRONES
• Los electrones de los distintos elementos se
distribuyen en hasta 7 niveles (K, L, M, N, O, P,
Q) que aceptan respectivamente un número de
electrones máximo de:
• K 2
• L 8
• M 18
• N 32
• O 32
• P 18
• Q 8
SATURACIÓN DEL ÚLTIMO NIVEL
• Sin embargo, con excepción del
primer nivel que se satura con dos
electrones, cuando alguno de los
siguientes niveles es el último se
satura con 8 electrones.
8

9. ORBITALES
• Cada nivel, además puede tener
subniveles u orbitales (s, p, d y f) que
se saturan respectivamente con:
• s 2 electrones
• p 6 electrones
• d 10 electrones
• f 14 electrones
CONSTITUCIÓN DEL ÁTOMO
DE OXÍGENO
• Núcleo:
• 8 protones (Número atómico)
• 8 neutrones
La suma de protones y neutrones da el
Peso Atómico (16)
• Órbitas de electrones:
• 8 electrones
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10. ELECTRONES DEL OXÍGENO
• Los 8 electrones que orbitan en
torno al núcleo del oxígeno lo
hacen distribuyéndose en dos
niveles:
• 1S2
• 2S2 2px2 2py1 2pz1
TENDENCIA DEL OXÍGENO
• La tendencia natural del oxígeno al
reaccionar con otros elementos es
completar el segundo nivel con 8
electrones, agregando los dos
electrones que les faltan a los
subniveles 2py y 2pz
• Con esto el oxígeno adquiere una carga
negativa de dos electrones (O-2),
reduciéndose a costa de oxidar al
elemento o compuesto que le cedió los
electrones.
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11. 1S1
1S2
2S2 2px2 2py1 2pz1
etc.
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12. ORIGEN DEL OXÍGENO
• En la evolución química del planeta Tierra,
elevadas temperaturas iniciales habrían
ocasionado la fusión de átomos de
hidrógeno dando origen a nuevos átomos.
Es así como:
• dos átomos de hidrógeno más dos
neutrones formarían un átomo de helio
• Luego, la fusión de dos átomos de helio
habría originado el berilio
• El carbono se habría formado a partir de
helio y berilio
• Finalmente el oxígeno se habría formado a
partir de átomos de helio y carbono.
ORIGEN DEL OXÍGENO
• De esta manera habría aparecido el
oxígeno en el planeta, incorporado en
diversas moléculas, tales como CO2,
H2O, etc.
• Lo que falta explicar ahora es su
aparición como gas constituyente de la
atmósfera.
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13. OXÍGENO ATMOSFÉRICO
• Se supone que el oxígeno de la atmósfera
tiene origen fotosintético.
• La fotosíntesis es el proceso mediante el
cual la energía solar excita electrones que
son usados para formar enlaces de alta
energía al sintetizarse moléculas orgánicas.
• Estos electrones provienen del agua como
molécula dadora de electrones
• Luz + nCO2 + nH2O -------> (HCHO)n + nO2
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14. ATMÓSFERA
• En un sistema solar que tiene
aproximadamente siete mil millones de
años, actualmente el oxígeno
constituye aproximadamente un 20% de
la atmósfera terrestre.
• La mantención de este porcentaje
depende de la existencia de agua, de
seres capaces de fotosintetizar y del
precario equilibrio entre la producción
de oxígeno y su consumo.
PRESIÓN PARCIAL DE OXÍGENO
• La presión que ejerce la columna de
gases atmosféricos sobre la superficie
de la tierra, a nivel del mar, es de 760
mmHg o una atmósfera.
• En esas condiciones la PO2 atmosférica
es cercana a 160 mmHg y la PO2
alveolar y arterial 100 mmHg.
• Esas son las condiciones para las
cuales está adaptado el organismo
humano, considerando que el O2 se
mueve por simple difusión.
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15. DEPENDENCIA DEL OXÍGENO
• En la corta existencia de los mamíferos
y del ser humano sobre la tierra, se ha
establecido una dependencia absoluta
del oxígeno atmosférico como oxidante
metabólico, para liberar la energía de
las moléculas orgánicas complejas.
• La mayor parte de los seres humanos
viven cerca del nivel del mar y su
metabolismo está adaptado al oxígeno
que sus mitocondrias pueden recibir en
esas condiciones desde la atmósfera.
PRESIÓN EN ALTURA
• A medida que aumenta la altura con
respecto al nivel del mar, la presión
atmosférica disminuye, de modo que a
5.480 metros es la mitad y en la cima
del Everest es alrededor de 230 mmHg.
• Las PO2 atmosféricas respectivas son
76 y 46 mmHg, lo que hace imposible
alcanzar los 100 mmHg de PO2 alveolar
necesarios para abastecer normalmente
a las mitocondrias.
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16. ABASTECIMIENTO DE OXÍGENO
Cuando el oxígeno no llega en cantidad
suficiente a las mitocondrias por isquemia u
otra razón, soluciones posibles son:
• a) incrementar la concentración del oxígeno
en el aire inspirado.
• b) aumentar la presión total del aire
inspirado, lo que aumenta la cantidad de
moléculas por unidad de volumen.
• c) ambas cosas simultáneas (Hiperoxia
hiperbárica)
RESPIRACIÓN EN ALTURA
• A medida que aumenta la altura con respecto
al nivel del mar, la concentración de los
gases del aire se mantiene, pero el número
de moléculas por unidad de volumen
disminuye progresivamente.
• Como respuesta aguda a la hipoxia el
organismo aumenta la frecuencia y la
amplitud de los ciclos respiratorios
(hiperventilación).
• Como consecuencia se pierde por la
respiración más agua (deshidratación) y CO2,
lo que se traduce en hipocapnia y alcalosis
respiratoria.
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17. RESPIRACIÓN EN ALTURA
• Como respuesta a mediano plazo a la
hipoxia los riñones responden
incrementando su producción de
eritropoyetina.
• La eritropoyetina incrementa la
producción de glóbulos rojos y
hemoglobina, mejorando el transporte
de oxígeno por la sangre.
DEPENDENCIA DEL OXÍGENO
• Un metabolismo energético eficiente
que proporcione salud y un buen
rendimiento físico e intelectual
depende de:
• La presencia de oxígeno suficiente en
las mitocondrias celulares.
• Concentraciones adecuadas de
citocromos y enzimas que aseguren la
regeneración de coenzimos oxidados y
el funcionamiento del ciclo de Krebs.
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18. LIMITACIONES DEL OXÍGENO
• Sin embargo, el oxígeno debe:
• Desplazarse por simple gradiente de
presiones parciales, desde la atmósfera
hasta los alvéolos.
• Viajar disuelto en el plasma y líquidos
intersticiales e intracelulares, a pesar de su
baja solubilidad.
• Cruzar las paredes alveolares y de vasos
sanguíneos, además de las membranas
celulares y mitocondriales dependiendo sólo
de gradientes de concentración.
CONCLUSIÓN
• Hay circunstancias en que es aconsejable
usar procedimientos que mejoren el aporte
de oxígeno al organismo, tanto para mejorar
el rendimiento del individuo como para
reparación de tejidos dañados.
• Para conseguir esto se puede:
a) Respirar oxígeno puro o en alta
concentración.
b) Respirar oxígeno puro en ambiente
hiperbárico
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