FOTOBIOLGÍA

Pigmentos Antena y captación de luz

En el cloroplasto, los pigmentos están estrechamente asociados a proteínas y se alojan en la bicapa lipídica de los tilacoides. Según el modelo admitido actualmente, estos complejos proteína-clorofila se encuentran empaquetados formando unidades denominadas fotosistemas. Cada unidad contiene de 200 a 400 moléculas de pigmento que tienen por finalidad captar la luz como una antena, forman el llamado complejo antena. Cuando la energía de la luz se absorbe por uno de los pigmentos de la antena, pasa de una molécula a otra de pigmento del fotosistema hasta que alcanza una forma especial de clorofila a que constituye el centro de reacción del fotosistema.

Los pigmentos antena son los encargados de absorber la energía lumínica y transferirla por resonancia al centro de reacción. Al recibir esta energía, la clorofila del centro de reacción pierde un electrón, que es transferido a una serie de transportadores de electrones. Los transportadores actúan en cadena, captando el electrón (y por tanto reduciéndose) y seguidamente cediéndolo (y por tanto oxidándolo) a la siguiente molécula.

También los carotenoides, que se encuentran íntimamente asociados con las clorofilas de los complejos antena, captan energía en sus longitudes de onda características y la transfieren a las clorofilas (aunque con menos eficiencia); tienen además una función protectora, ya que absorben excesos de energía que podrían dar lugar a la formación de compuestos nocivos.

Cadena de transporte de electrones fotosintética

Ocurre en las crestas mitocondriales. En la fosforilación oxidativa, los electrones son transferidos desde un donador de electrones de alta energía a un aceptor a través de una cadena de transporte de electrones. En la fotofosforilación, la energía de la luz solar es usada para crear un donador de electrones altamente energético y un aceptor de esos electrones. Los electrones son transferidos desde el donador hasta el aceptor por una cadena de transporte totalmente diferente a la observada en las mitocondrias. La cadena de transporte de electrones fotosintética tiene varias similitudes con la cadena oxidativa. Tienen transportadores móviles, transportadores liposolubles y móviles, transportadores hidrosolubles y bombas de protones, que se encargan de generar el gradiente electroquímico.

Es un mecanismo para pasar electrones de una molécula a otra. Algunos saltos generan sufuciente energía para bombardear H+ del interior de la membrana interna al exterior de la mitocondria.

Genera en un gradiente de H+. Los gradientes tienden a homogeneizarse y sólo pueden volver a través del tubo que hay en una proteína de transmembrana, la ATP sintetasa donde se aprovecha la energía liberada por el gradiente de H+ para fabricar ATP a partir de ADP. Se conoce como teoría quimiosmótica de Michell

Análisis comparativo y evolutivo de respiración y la fotosíntesis

La fotosíntesis es la fuente de nutrientes para todas las formas de vida a través de las plantas verdes y las algas, y permanentemente repone el O₂ imprescindible para los aeróbicos, que hoy son la mayoría de los seres vivos. A través de la respiración aeróbica, importantes cantidades de energía están accesibles, además se almacena energía en el ATP que subsidia a los organismos de mayor tamaño y al resto de los eucariontes.

Richard Dickerson y otros diseñaron una secuencia probable de sucesos evolutivos por los cuales las variaciones en el metabolismo bacteriano llevaron de los heterótrofos anaeróbicos a los autótrofos fotosintéticos anaeróbicos, y de éstos a las bacterias aeróbicas que conservaron o perdieron su capacidad fotosintética en distintos linajes. El argumento se apoya en el conocimiento actual del metabolismo de las bacterias, en el análisis del citocromo c y otros componentes de los sistemas fotosintéticos, de la cadena respiratoria del transporte de electrones.

Los primeros organismos fueron, posiblemente, anaeróbicos heterótrofos que consumían restos de compuestos orgánicos, la energía se obtenía a través de la fermentación. Este tipo de reacciones son las que realizan bacterias anaeróbicas como Clostridium, la glucólisis se mantiene como vestigio ancestral en todos los eucariontes, incluso la especie humana. Lo mismo ocurre con los sistemas de transporte de electrones, como el citocromo c de bacterias y eucariontes.

Los fotosintetizadores anaeróbicos, como las bacterias sulfurosas purpúreas y verdes, no cuentan con una vía espiratoria aeróbica, pero sí poseen una cadena de transporte de electrones a través de la cual los electrones del H₂S o de compuestos orgánicos simples pasan al NAD⁺ en presencia de bacterioclorofila activada por la luz, un pigmento basado en la porfirina. Estos anaerobios carecen del ciclo del C₃ de fijación del CO₂, pero tienen una ventaja con respecto a las bacterias fermentativas porque aquellas son capaces de sintetizar ATP y reducir el NAD⁺ en la vía fotosintética más eficiente.

FUENTE:

http://www.genomasur.com/lecturas/Guia15.htm

http://www.euita.upv.es/varios/biologia/Temas/tema_11.htm

BIOENERGÉTICA MITOCONDRIAL

HIPÓTESIS QUIMIOSMÓTICA Y POTENCIAL ELECTROQUÍMICO DE PROTÓN

A principios de la década de 1960, P. Mitchell (Mitchell ,1961) propuso que la síntesis de ATP se llevaba a cabo a través de un mecanismo que se conoce cono hipótesis quimiosmótica. En sus inicios la propuesta se recibió con escepticismo, pero como se fueron acumulando datos experimentales, la hipótesis llegó a convertirse en el dogma central de la bioenergética.

Los principios de la hipótesis se aplican tanto a la transducción de energía en mitocondrias, como a aquella que ocurre en organismos fotosintéticos y en la membrana plasmática de bacterias, estructuras celulares en las que también hay cadenas de transporte de electrones y ATP sintasas.

En la hipótesis quimiosmótica se visualiza que el transporte de electrones da origen a la formación de una fuerza protomotriz (en la terminología de Mitchell), o un gradiente de H+ , que es una forma de energía. Siguiendo a Mitchell, la energia del gradiente de H+ la capta y utiliza la ATP sintasa para formar ATP. En otras palabras, la fuerza protomotriz es el intermediario por el cual la energía de óxido-reducción de la cadena respiratoria se transforma en la energía del ATP . La Fig 10.6 muestra esquemáticamente la hipótesis quimiosmótica:

Los electrones se emplean para reducir el NADP+ a NADPH. El ATP y el NADPH producidos de esta forma pueden utilizarse en la fase oscura para las reacciones de síntesis, en las que se reducen moléculas sencillas, como el CO2, para formar glúcidos.

La síntesis de ATP en el cloroplasto se explica mediante la hipótesis quimiosmótica de Mitchell, de forma muy semejante como ocurre en la mitocondria. El transporte de electrones en la cadena transportadora de la membrana tilacoidal produce el bombeo de protones desde el estroma hacia el espacio tilacoidal a nivel del complejo citocromo b6 - f , lo que genera un gradiente electroquímico. El flujo de protones a favor del gradiente desde el espacio tilacoidal hasta el estroma, a través del canal de protones de la ATP - sintasa, activa la síntesis de ATP a partir de ADP y fosfato.

ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LA CADENA RESPIRATORIA

Dentro de las reacciones que se producen en los sistemas vivos, un gran número de ellas son proceso de oxidación o de reducción: La respiración, oxidaciones anaerobias, fermentaciones , fotosíntesis, reducción del sulfato o del nitrato, desnitritrificación, fijación del nitrógeno, etc.

La mitocondria está constituida por cuatro regiones: las membranas internas y externas del espacio intermembranal y la matriz. La membrana interior se encuentra muy plegada formando crestas, lo cual aumenta considerablemente su superficie. Debido a que las proteinas respiratorias están soportadas en las membranas internas, la densidad de las crestas se correlaciona con la actividad respiratoria de la célula. Por ejemplo, las células del músculo cardiaco , las cuales tienen indices altos de respiración, contienen crestas densamente empacadas. Por el contrario, las células del higado poseen crestas mucho mas separadas, pues presenran una menor tasa de respiración.

FOSFORILACIÓN OXIDATIVA Y SINTESIS DE ATP

Actualmente, se acepta como modelo para la sintesis de ATP el modelo de acoplamiento quimio-osmótico propuesto en 1961, por el bioquimico británico Peter Mitchell.

De una manera general, el modelo propone que la energia proveniente del transporte de electrones se utiliza en un transporte activo de protones de la matriz de la mitocondria, o sea que este transporte saca protones de la matriz. Esta acción origina un gradiente electroquímico de protones, con un pH inferior en la parte externa de la membrana interna. Los protones en la parte externa, tienen la tendencia termodinámica de regresar e igualar el pH en ambos lados de la membrana. En otras palabras, la energia generada se utiliza para mantener el gradiente de protones. Peter Mitchell recibió el premio Nobel en 1978 por sus logros cientificos.

Los protones en su regreso atraviesan el sistema ATPasa, descrito anteriormente en la fotosíntesis.

INHIBIDORES Y DESACOPLANTES

La energía química útil para la realización de las actividades celulares esta asociada al metabolismo del ATP, se

desprende de su hidrólisis y se genera a partir del metabolismo oxidativo (NADH) para la refosforilación del ADP hasta ATP.

Los efectos de los xenobióticos sobre estos procesos mitocondriales (T. E. y F. O.) se pueden comparar con los

manifestados por otros agentes ya estudiados, clasificados en inhibidores o desacoplantes. En general los XBs se comportan

produciendo interferencias en la membrana interna mitocondrial, interrumpiendo el paso de los e-, el gradiente de H+ o la

actuación de la ATP-sintasa.

En un sentido muy amplio, los compuestos químicos que interfieren con la síntesis de ATP mitocondrial se pueden asociar

en cuatro grupos, según se recoge en el siguiente esquema:

I.- Inhibidores del metabolismo oxidativo.

II.- Inhibidores del transporte electrónico.

III.- Inhibidores de la liberación de O2 a la C.T.E.M.

IV.- Inhibidores de la fosforilación oxidativa.

I.- Inhibición en la liberación de [H] a la cadena de transporte electrónico mitocondrial (CTEM)

* Glucolisis: hipoglucemia, yodoacetato crítico en neuronas

* B-oxidación: ácido 4-pentenoico crítico en músculo cardiaco

* Piruvato Deshidrogenasa: arsenito, DCl-VinilCYS, p-benzoquinona

** aconitasa fluoroacetato, NO

II.- Inhibición el transporte electrónico.

* Inhibidores de los complejos del TE :

*** I.- NADH-CoEQ reductasa: rotenona, amital, MetPhPiridinium(DPP+)

*** II.- succinato DesH: malonato, DCVC, PentaCl-ButDien-cys, 2Br-hidroquinona

*** II.- Coenzima Q-Cit c reductasa: antimicina A, mixotiazol, PCBs

*** III.- Citocromo c oxidasa: CN-, SH, azida, fórmico

*** IV.- Inhibidores múltiples: dinitro-anilina, herbicidas difenil-eter, NO, PCBs

* Aceptores de electrones: CCl4, doxorrubicina, menadiona, DPP+

III.- Inhibición de la liberación de O2 a la CTEM.

* Agentes que provocan parálisis respiratoria: convulsivos, depresores del CNS

* Agentes que causan isquemia: alcaloides, cocaina

* Agentes que inhiben la oxigenación de la Hb: CO, agentes oxidantes que forman meta Hb(Fe3+)

IV.- Inhibición de la fosforilación del ADP , se puede producir al nivel de:

1 ATP sintasa: oligomicina, DDT, clordecone

2 Transportador ADP/ATP (antiporte): atractilosido, DDT, Ac Grasos, lisopospolípidos

3 Transportador de fosfato: N-etil maleimida, p-benzoquinona

4 Agentes desacoplantes del potencial de membrana:

* * Ionóforos: penta-Cl-fenol, dinitro-fenol, benzo-nitrilo, salicilato,

valinomicina, gramicidina

* * Agentes permebealizantes de la membrana interna mitocondrial:

pentaCl-butadienil-CYS, clordecone.

El daño sobre la fosforilación oxidativa que impide la refosforilación del ADP, produce la acumulación del ADP y

de los productos de su hidrólisis, a la vez que una disminución en los niveles de ATP. Hepatocitos en cultivo expuestos a

KCN y yodoacetato exhiben un rápido aumento de H+ y Mg+2 citosólicos, como resultado de la hidrólisis de las sales de

ADP y AMP con Mg+2, al igual que la salida al medio de Pi y Mg+2. La caída en los niveles de ATP comprometen todas las

operaciones que dependen de él. La pérdida de iones influye sobre el volumen celular, disminuyéndolo.

MEDICIÓN DEL CONSUMO DE OXÍGENO

Respirómetros a presión constante

El principio de funcionamiento de los respirómetros a presión constante se basa en la fijación en medio acuoso alcalino del CO₂ liberado por los organismos, y la consecuente disminución del volumen gaseoso de la cámara donde aquel se encuentra, debido al consumo del O₂. Estos respirómetros funcionan a presión constante, pues continuamente se nivela la presión interna con la presión externa, a través de un líquido cuyo desplazamiento sobre una pipeta graduada, de disposición horizontal, equivale al volumen de oxígeno consumido.

GENOMA MITOCONDRIAL Y ENFERMEDADES RELACIONADAS

El Genoma mitocondrial, también llamado ADN mitocondrial, es el material genético de las mitocondrias, los orgánulos que generan energía para la célula. El ADN mitocondrial se reproduce por sí mismo semi-autónomamente cuando la célula eucariotase divide. El ADN mitocondrial fue descubierto por Margit M. K. Nass y Sylvan Nass utilizando microscopia electronica y un marcador sensitivo al ADN mitocondrial. Evolutivamente el ADN mitocondrial y el ADN nuclear descienden de genomas circulares pertenecientes a bacterias, que fueron englobadas por un antiguo ancestro de las células eucarióticas.

Este ADN, al igual que los ADN bacterianos, es una molécula bicatenaria, circular, cerrada, sin extremos. En los seres humanos tiene un tamaño de 16.569 pares de bases, conteniendo un pequeño número de genes, distribuidos entre la cadena H y la cadena L. Cada mitocondria contiene entre 2 y 10 copias de la molécula de ADN. En él están codificados dos ARN ribosómicos, 22 ARN de transferencia y 13 proteínas que participan en la fosforilación oxidativa.

Estos genes mitocondriales son:

• genes de ARNts
• genes de ARNrs
• genes de ARNms, codificando para diversas proteínas

El número de genes en el ADN mitocondrial es de 37, frente a los 20.000 - 25.000 genes del ADN cromosómico nuclear humano.

Otra característica importante del ADN mitocondrial es que no se recombina. Ello implica que los únicos cambios que haya podido haber en el ADN mitocondrial se deben exclusivamente a mutaciones a lo largo de multitud de generaciones. Los cálculos estadísticos que se han realizado informan que, en los mamíferos y en concreto en el hombre, cada 10.000 años aproximadamente surge una mutación en una de las bases del ADN mitocondrial (esto no es del todo cierto, aunque sí lo es para el fragmento que más mutaciones sufre, que consta de unos 500 pares de bases). Es decir, la diferencia entre una mujer que hubiera nacido hace 40.000 años y un descendiente directo por vía materna que viviera en la actualidad sería por término medio de 4 bases. De hecho, un estudio realizado en los ADN mitocondriales de los europeos (Bryan Sykes) asegura que todos los europeos provienen de siete mujeres, las siete hijas de Eva. La más antigua habría vivido hace 45.000 años y la más moderna hace unos 15.000 años. La Eva mitocondrial, la antepasada común más moderna de todos los seres humanos que hay en el mundo, se remontaría de este modo a unos 150.000 años.

Tradicionalmente se ha considerado que el ADN mitocondrial se hereda solo por vía materna. Según esta concepción, cuando un espermatozoide fecunda un óvulo penetra el núcleo con su ADN pero deja afuera su cola y citoplasma, donde están las mitocondrias. Por lo tanto, en el desarrollo del cigoto sólo intervendrían las mitocondrias contenidas en el óvulo. Sin embargo, se ha demostrado que las mitocondrias del espermatozoide pueden ingresar al óvulo. Según algunos autores el ADN mitocondrial del padre puede perdurar en algunos tejidos, como los músculos. Según otros, no llega a heredarse al ser marcadas por ubiquitinación y degradadas.

El ADN mitocondrial puede ser usado para identificar individuos junto con otra evidencia. También es usado por laboratorios forenses para identificar viejas muestras de esqueleto humano. Distinto que el ADN nuclear, el ADN mitocondrial no sirve para identificar individuos, pero si para identificar grupos de individuos, es usado entonces para aceptar o rechazar comparaciones entre personas perdidas y restos no identificados.

Las enfermedades mitocondriales son resultado de la falla de las mitocondrias, los compartimentos especializados presentes en cada célula del cuerpo, con excepción de los glóbulos rojos de la sangre. Las mitocondrias son las responsables de la creación de más del 90% de la energía que el cuerpo necesita para mantener la vida y apoyar el crecimiento. Cuando fallan, se genera cada vez menos energía al interior de la célula. Puede entonces presentarse lesión celular o incluso la muerte de la célula. Si este proceso se repite en todo el cuerpo, los sistemas completos comienzan a fallar y la vida de la persona que lo sufre, está en grave riesgo. Esta enfermedad afecta principalmente a los niños, pero los brotes en adultos se están volviendo más y más comunes.

ENFERMEDADES MITOCONDRIALES:

Las enfermedades de las mitocondrias parecen ocasionar el mayor daño a las células del cerebro, del corazón, del hígado, músculo esqueléticas, del riñón así como a los sistemas endocrino y respiratorio.
Dependiendo de qué células resulten afectadas, los síntomas pueden incluir pérdida de control motor, debilidad muscular y dolor; desórdenes gastrointestinales y dificultades para deglutir; crecimiento deficiente, enfermedades cardiacas, del hígado, diabetes, complicaciones respiratorias, convulsiones, problemas visuales y auditivos, acidosis láctica, retrasos en el desarrollo y susceptibilidad a contraer infecciones.

No hay una característica única para identificar una enfermedad mitocondrial. Los pacientes presentan varios problemas que pueden surgir desde el nacimiento hasta en la edad adulta madura. Piense en las mitocondrias cuando:

• Una “enfermedad común” presente características atípicas que la distingan del resto.
• Haya tres o más órganos involucrados
• Se presenten recaídas recurrentes, o cuando ocurran brotes de infección en una enfermedad crónica.

Las enfermedades mitocondriales o citopatías, deberán considerarse como posibles en diagnósticos diferenciales, cuando aparezcan estas características inexplicables, especialmente cuando ocurran en combinación con:

Síntomas:

• Encefalopatía
  • Convulciones
  • Retraso en el Desarrollo o Regresión (incluyendo demencia temprana o episodios tardíos)
  • Mioclono
  • Desórdenes de Movimiento (distonia, disquinesias, corea, etc.)
  • Migraña Complicada
  • Infartos
• Neuropatía
• Defectos en los Conductos Cardiacos
  • Cardiomiopatías
• Deficiencias en la Audición
• Estatura corta
• Desórdenes de Músculos Extraoculares
  • tosis
  • estrabismo adquirido
  • oftalmoplegia
• Diabetes
• Enfermedad Renal Tubular
• Pérdida de la Visión
  • retinitis pigmentosa
  • atrofia óptica
• Acidosis láctica (puede ser leve)

Problemas Asociados a las Citopatías Mitocondriales

SISTEMA DE ÓRGANOS	PROBLEMAS POSIBLES
Cerebro	Retraso en el desarrollo, retardo mental, demencia, convulsiones, desórdenes neuro-psiquiátricos, paralsis cerebral atípica, migrañas, infartos
Nervios	Debilidad (que puede ser intermitente), dolor neuropático, ausencia de reflejos, problemas gastrointestinales (reflujo gastroesofágeo, vaciado gástrico retrasado, constipación, pseudo obstrucción), desmayos, ausencia o exceso de sudor relacionados con problemas de regulación de la temperatura
Músculos	Debilidad, hipotonia, calambres, dolor muscular
Riñones	Desgaste proximal renal tubular que provoca pérdida de proteínas, magnesio, fósforo, calcio y otros electrolitos
Corazón	Defectos en los conductos cardiacos (bloqueos del corazón), cardiomiopatía
Hígado	Hipoglicemia (niveles de azúcar bajos en la sangre), falla del hígado
Ojos	Pérdida de visión y ceguera
Oídos	Pérdida auditiva y sordera
Páncreas	Diabetes y falla pancreatítica exocrina (incapacidad para generar encimas digestivas)
Sistémico	Incapacidad para subir de peso, corta estatura, fatiga, problemas respiratorios incluyendo sofocamientos intermitentes

Enfermedades mitocondriales con pérdidas visuales y auditivas con sus descripciones

Hay gran número de enfermedades mitocondriales listadas en el sitio web de la United Mitochondrial Disease Foundation. Algunas de éstas tienen varios efectos visuales y de pérdida auditiva asociadas. Algunas de las que se nombran incluyen:

Enfermedad de Alpers

Nombre completo: Poliodistrofia Infantil Progresiva
Síntomas: convulsiones, demencia, espaticidad, ceguera, disfunción del hígado y degeneración cerebral.

Deficiencia del Complejo I

Nombre completo: Deficiencia NADH dehidrogenasa (NADH-Co! Reductasa)
Síntomas: Tres formas principales:

1. Desorden fatal infantil multisistémico, caracterizado por un retraso en el desarrollo, debilidad muscular, enfermedad cardiaca, acidosis láctica congénita y paro respiratorio.
2. Miopatía que inicia en la infancia o en la vida adulta, manifestándose como intolerancia al ejercicio o debilidad. Es común la elevación del ácido láctico.
3. Encefalomiopatía mitocondrial (incluyendo MELAS), que puede comenzar en la infancia o en la edad adulta y que consiste en combinaciones variables de síntomas y signos, incluyendo oftalmoplegia, convulsiones, demencia, ataxia, pérdida auditiva, retinopatía pigmentosa, neuropatía sensorial y movimientos incontrolables. Puede provocar el Síndrome de Leigh.

Deficiencia del Complejo III

Nombre completo: Deficiencia ubiquinona-citocroma c óxidoreductasa
Síntomas: Cuatro formas principales:

1. Encefalomiopatía mortal infantil, acidosis láctica congénita, hipotonia, postura distrófica, convulsiones y coma. Es común la fibrosis roja.
2. Encefalomiopatía de brotes posteriores (desde la infancia hasta la edad adulta): varias combinaciones de debilidad, estatura corta, ataxia, demencia, pérdida auditiva, neuropatía sensorial, retinopatía pigmentosa y síntomas piramidales. Es común la fibrosis roja. Posibilidad de acidosis láctica.
3. Miopatía, con intolerancia al ejercicio que deviene en debilidad continua. Es común la fibrosis roja. Posibilidad de acidosis láctica.
4. Cardiomiopatía histiocitoide infantil.

Deficiencia del Complejo IV / Deficiencia COX

Nombre completo: La deficiencia citocroma c óxidoreductasa es ocasionada por un defecto en el Complejo IV de la cadena respiratoria.
Síntomas: Dos formas principales:

1. Encefalomiopatía: normal durante los primeros 6 a 12 meses de vida; después presenta regresión en el desarrollo, ataxia, acidosis láctica, atrofia óptica, oftalmoplegia, nistagmus, distonia, signos piramidales y problemas respiratorios. Frecuentes convulsiones Puede provocar el Síndrome de Leigh.
2. Miopatía: dos variantes principales:
   1. Miopatía infantil mortal: puede empezar pronto después del nacimiento acompañada de hipotonia, debilidad, acidosis láctica, fibrosis, paro respiratorio y problemas de riñón.
   2. Miopatía infantil benigna: puede empezar pronto después del nacimiento acompañada de hipotonia, debilidad, acidosis láctica, fibrosis, falla respiratoria, pero (si el niño sobrevive) le sigue un mejoramiento espontáneo.

CPEO

Nombre completo: Síndrome de Oftalmoplegia Externa Crónica Progresiva.
Síntomas: Similares a los del KSS más: miopatía visual, retinitis pigmentosa, disfunción del sistema nervioso central.

KSS

Nombre completo: Síndrome Kearns-Sayre.
Síntomas: Oftalmoplegia externa progresiva, retinopatía pigmentaria, bloqueo del corazón y elevada proteína cerebroespinal.

LCHAD

Nombre completo: Dehidrogenasa de Cadena Larga Hidoxiacil-CoA.
Síntomas: Encefalopatía, disfunción del hígado, cardiomiopatía y miopatía. También retinopatía pigmentaria y neuropatía periférica.

LHON

Nombre completo: Neuropatía Óptica Hereditaria de Leber
Síntomas: Principalmente ceguera en varones jóvenes. Síntomas menos comunes: demencia leve, ataxia, espasticidad, neuropatía periférica y defectos en los conductos cardiacos.

MERRF

Nombre completo: Enfermedad Epiléptica Mioclónica y Fibrosis roja.
Síntomas: Mioclono, epilepsia, ataxia progresiva, debilidad y degeneración muscular, sordera y demencia.

NARP

Nombre completo: Neuropatía, Ataxia y Retinitis Pigmentosa


BIBLIOGRAFÍA

http://www.cib.csic.es/es/grupo.php?idgrupo=39
http://www.javeriana.edu.co/Facultades/Ciencias/neurobioquimica/libros/celular/mitocondria.html

http://laguna.fmedic.unam.mx/~evazquez/0403/fosforilacion%20oxidativa.html

ADENOSINA TRIFOSFATO (ATP)

La adenosina trifosfato (abreviado ATP) es una molécula utilizada por todos los organismos vivos para proporcionar energía en las reacciones químicas. También es el precursor de una serie de coenzimas esenciales como el NAD+ o la coenzima A. El ATP es uno de los cuatro monómeros utilizados en la síntesis de ARN celular. Además, es una coenzima de transferencia de grupos fosfato que se enlaza de manera no-covalente a las enzimas quinasas (co-sustrato).

El ATP fue descubierto en 1929 por Karl Lohmann. En 1941, Fritz Albert Lipmann propuso el ATP como principal molécula de transferencia de energía en la célula.

PROPIEDADES Y ESTRUCTURA

Estructura en 3D del ATP

El ATP es un nucleótido trifosfato que se compone de adenosina (adenina y ribosa, como β-D-ribofuranosa) y tres grupos fosfato. Su fórmula molecular es C₁₀H₁₆N₅O₁₃P₃. La estructura de la molécula consiste en una base purina (adenina) enlazada al átomo de carbono 1' de un azúcar pentosa. Los tres grupos fosfato se enlazan al átomo de carbono 5' de la pentosa. Los grupos fosforilo, comenzando con el grupo más cercano a la ribosa, se conocen como fosfatos alfa (α), beta (β) y gamma (γ).

El ATP es altamente soluble en agua y muy estable en soluciones de pH entre 6.8 y 7.4, pero se hidroliza rápidamente a pH extremo. Por consiguiente, se almacena mejor como una sal anhidra.

La masa molecular del ATP es de 507,181 g/mol y su acidez es de 6.5. Es una molécula inestable y tiende a ser hidrolizada en el agua. Si el ATP y el ADP se encuentran en equilibrio químico, casi todos los ATP se convertirán a ADP. Las células mantienen la proporción de ATP a ADP en el punto de diez órdenes de magnitud del equilibrio, siendo las concentraciones de ATP miles de veces superior a la concentración de ADP. Este desplazamiento del equilibrio significa que la hidrólisis de ATP en la célula libera una gran cantidad de energía. Al ATP se le llama a veces "molécula de alta energía", aunque esto no es correcto, ya que una mezcla de ATP y ADP en equilibrio en el agua no puede hacer un trabajo útil. El ATP no contiene "enlaces de alta energía", y cualquier otra molécula inestable serviría como una forma de almacenar energía si la célula mantuviera su concentración lejos del equilibrio.

El ATP tiene múltiples grupos ionizables con diferentes constantes de disociación del ácido. En solución neutra, el ATP está ionizado y existe principalmente como ATP^4-, con una pequeña proporción de ATP^3-. Como tiene varios grupos cargados negativamente en solución neutra, puede quelar metales con una afinidad muy elevada. El ATP existe en la mayoría de las células en un complejo con Mg²⁺.

FUNCIONES

Fuente de energía.
El ATP es la principal fuente de energía para la mayoría de las funciones celulares. Esto incluye la síntesis de macromoléculas como el ADN, el ARN y las proteínas. También desempeña un papel fundamental en el transporte de macromoléculas a través de las membranas celulares, es decir, en la exocitosis y endocitosis.

Debido a la presencia de enlaces ricos en energía (entre los grupos fosfato son los enlaces anhídrido del ácido), esta molécula se utiliza en los seres vivos para proporcionar la energía que se consume en las reacciones químicas. De hecho, la reacción de hidrólisis de la adenosina trifosfato en adenosina difosfato y fosfato es una reacción exergónica donde la variación de entalpía libre estándar es igual a -30,5 kJ/mol:



Por el contrario, la reacción de síntesis de la adenosina trifosfato a partir de adenosina difosfato y fosfato es una reacción endergónica donde la variación de entalpía libre estándar es igual a +30,5 kJ/mol:



La reacción de hidrólisis del ATP en adenosín monofosfato (y pirofosfato) es una reacción exergónica donde la variación de entalpía libre estándar es igual a -42 kJ/mol:



La energía se almacena en los enlaces entre los grupos fosfato.

Sin embargo, hay un nivel de entalpía a sobrepasar antes de liberar esta energía (estado de transición). Esto explica por qué la hidrólisis de los enlaces pirofosfato no sucede todo el tiempo. Las enzimas son capaces de reducir ese umbral de entalpía para utilizar la energía liberada.

Si la energía se almacena en los enlaces anhídridos, podríamos preguntarnos cuál es el interés de los seres vivos para sintetizar la molécula en su conjunto y no sólo el pirofosfato libre. La razón es, probablemente, la capacidad de las enzimas para reconocer el ATP, más fácil de hidrolizar específicamente que los pirofosfatos libres, que son muy similares a todos los grupos fosfatos presentes en las biomoléculas.

El ADP puede ser fosforilado por la cadena respiratoria de las mitocondrias y los procariotas, o por los cloroplastos de las plantas, para restaurar el ATP. La coenzima ATP/ADP es un proveedor de energía universal, y es la principal fuente de energía directamente utilizable por la célula. En los seres humanos, el ATP constituye la única energía utilizable por el músculo.

En la síntesis del ácido nucleico ARN, el ATP es uno de los cuatro nucleótidos incorporados directamente en las moléculas por las enzimas ARN polimerasas. La energía que conduce esta polimerización procede de la ruptura del pirofosfato (dos grupos de fosfato). El proceso es similar en la biosíntesis de ADN, salvo que el ATP se reduce al desoxirribonucleótido dATP, antes de su incorporación en el ADN.

El ATP está críticamente involucrado en el mantenimiento de la estructura celular, facilitando el montaje y desmontaje de elementos del citoesqueleto. En un proceso similar, el ATP es necesario para el acortamiento de los filamentos de actina y miosina necesarios para la contracción muscular. Este último proceso es una de las principales necesidades energéticas de los animales y es esencial para la locomoción y la respiración.

 lípidos de la membrana son una forma común de transducción de señales. La fosforilación de una proteína por una quinasa puede activar esta cascada.

La adenilato ciclasa también usa el ATP y lo transforma en AMP cíclico (AMPc), una molécula segundo mensajero que está involucrada en el desencadenamiento de las señales de calcio mediante la liberación de calcio intracelular. Esta forma de transducción de señales es particularmente importante en la función cerebral, aunque está involucrada en la regulación de multitud de otros procesos celulares.

Síntesis de desoxirribonucleótidos
En todos los organismos conocidos, los desoxirribonucleótidos que componen el ADN se sintetizan por la acción de enzimas ribonucleótido reductasas (RNR). Estas enzimas reducen el grupo hidroxilo 2' en el azúcar ribosa, que pasa a ser desoxirribosa, formando un desoxirribonucleótido (dATP). Todas las enzimas ribonucleótido reductasas usan un radical sulfidrilo común en un mecanismo de reacción que depende de los residuos cisteína, que se oxidan para formar enlaces disulfuro en el curso de la reacción. Las enzimas RNR son recicladas mediante reacción con tiorredoxina o glutaredoxina.

Señalización extracelular
El ATP, el ADP o la adenosina son reconocidos por los receptores purinérgicos. En los seres humanos, esta señalización tiene un importante papel tanto en el sistema nervioso central como en el periférico. La liberación de ATP de las sinapsis, los axones y la neuroglía activa los receptores de membrana purinéricos conocidos como P2. Los receptores P2Y son metabotrópicos, es decir, modulan el calcio intracelular y, a veces, los niveles de AMP cíclico.


Señalización intracelular
Es utilizado por las quinasas como la fuente de grupos fosfato en sus reacciones de transferencia de fosfato. La actividad de las quinasas sobre los sustratos como las proteínas o los

ALMACENAMIENTO DE ATP

Las reservas de ATP en el organismo no exceden de unos pocos segundos de consumo. En principio, el ATP se produce de forma continua, pero cualquier proceso que bloquee su producción provoca la muerte rápida (como es el caso de determinados gases de combate diseñados para tal fin; o venenos como el cianuro, que bloquean la cadena respiratoria; o el arsénico, que sustituye el fósforo y hace que sean inutilizables las moléculas fosfóricas).

Las moléculas de creatina enlazan un fosfato mediante un enlace rico en energía como el ATP. El ADP puede convertirse en ATP por acoplamiento con la hidrólisis de fosfato de creatina. La creatina, por tanto, recicla el fosfato liberado por la hidrólisis de la molécula de ATP original. Esto ayuda a mantener la energía fácilmente movilizada sin agotar las reservas de ATP.

El ATP no se puede almacenar en su estado natural, sino sólo como intermediarios de la cadena de producción de ATP. Por ejemplo, el glucógeno puede ser convertido en glucosa y aportar combustible a la glucolisis si el organismo necesita más ATP. El equivalente vegetal del glucógeno es el almidón. La energía puede también ser almacenada como grasa, mediante neo-síntesis de ácidos grasos.
 

BIBLIOGRAFÍA

http://www.coenzima.com/adenosina_trifosfato_atp