Oxidación biológica
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de electrones que provoca aumento en el número de oxidación de las especies químicas.
Desarrollo
Consecuentemente, la oxidación va siempre acompañada por la reducción de un aceptor de electrones. Este principio de oxido-reducción se aplica igualmente a los sistemas bioquímicos y es un proceso importante en la comprensión de la Oxidación Biológica
En las reacciones redox el intercambio de energía libre es proporcional a la tendencia de las sustancias reaccionantes para donar o aceptar electrones. El flujo de electrones en las reacciones redox es responsable directa o indirectamente de todo el trabajo que hacen los organismos vivos.
En los organismos que no son fotosintéticos la fuente de electrones son los alimentos. El camino seguido por el flujo de electrones en el metabolismo es complejo: los electrones se mueven de los alimentos por medio de varios transportadores de electrones a través de reacciones catalizadas por enzimas. Los transportadores electrónicos especializados más comunes son: NAD+, NADP, FMN y FAD.
Estas sustancias experimentan reacciones redox metabólicas. Son en general de estructuras muy complejas. La Figura muestra la estructura del NAD+ (Nicotinamida adenina dinucleotido) que puede experimentar reducción (ganando electrones o átomos de hidrógeno) transformándose en NADH.
Estructuras del NAD+ y del NADH.
Estas especies tienen cada una roles metabólicos específicos. Se conoce que más de 200 enzimas catalizan reacciones en las cuales NAD+ o NADP se reducen por la acción de un sustrato reductor o NADH y NADPH se oxidan por la acción de un sustrato oxidante. Las reacciones generales son:
A H2 + NAD+ = A + NADH + H+
A H2 + NADP = A + NADPH + H+
Estos transportadores de electrones, a su vez, darán electrones a aceptores que tienen mayor afinidad electrónica. El flujo de electrones es espontáneo (el dioxígeno tiene mayor afinidad por los electrones que los transportadores intermediarios) y por ello se libera energía libre (proceso exergónico) que se emplea para sintetizar ATP que posteriormente se emplea para realizar trabajo biológico.
La conversión de esta energía en trabajo biológico requiere de transformadores moleculares (como los motores que convierten el flujo de electrones en trabajo mecánico).
En un circuito electromecánico la fuente de electrones es una batería que contiene dos especies químicas que defieren en su afinidad electrónica, los alambres eléctricos proporcionan un camino para que los electrones fluyan de especies químicas en un polo de la batería, a través del motor, hacia las especies químicas que se encuentran en el otro polo de la batería.
Los electrones fluyen espontáneamente a través del circuito; pero para transformar la energía liberada en trabajo necesitan de un transformador de energía apropiado (el motor en este caso).
En un circuito biológico la fuente de electrones (los alimentos, ejemplo: glucosa) es enzimáticamente oxidada y los electrones cedidos fluyen espontáneamente, a través de los transportadores intermediarios especializados hacia el dioxígeno.
Parte de la energía libre liberada en este proceso exergónico es atrapada por los transformadores moleculares (las mitocondrias) que la transforman en energía biológicamente aprovechable en forma de ATP.
La oxidación biológica de los alimentos está íntimamente acoplada con la fosforilación del ADP (conversión en ATP), pues la oxidación biológica no puede proceder por la vía de la cadena respiratoria en las mitocondrias sin la fosforilación del ADP.
Existen varias condiciones que pueden controlar la velocidad de respiración en las mitocondrias, pero la más común en el estado de reposo es la disponibilidad de ADP.
De esta forma la disponibilidad de ADP hace que la oxidación biológica ocurra de forma escalonada y controlada en lugar de explosiva y sin control como en muchos procesos no biológicos.
De modo que, la forma en que ocurre el proceso de oxidación biológica hace posible que la energía libre sea capturada de forma eficaz (aproximadamente un 68% de la energía liberada) y el por ciento restante se libera en forma de calor.
Fuente
- Libro de Química. Curso Premédico. Primera parte. Página 181
