jueves, 31 de marzo de 2011

La Fotosíntesis

Las células no pueden emplear o almacenar la energía química directamente, sino que la tienen que convertir en energía química, más fácil de utilizar. Las reacciones bioenergéticas pueden explicarse en términos de transferencia de electrones entre moléculas. Existen dos tipos de fotosíntesis, una llamada oxigénica que es llevada a cabo por las plantas, algas y cianobacterias y el agente reductor es el agua; otra anoxigénica que es cumplida por bacterias donde diversos compuestos orgánicos u inorgánicos actúan como donadores de electrones, según la especie. Estas substancias relativamente infrecuentes determinaron que las bacterias fotosintéticas anaeróbicas se desarrollen solamente en fuentes sulfúreas, fondos lacustres y ambientes similares. La fotosíntesis se inicia con la captación de la luz por los pigmentos fotosintéticos accesorios y su conversión en energía electrónica por los pigmentos clorofílicos de los centros de reacción. Luego la energía electrónica se transforma en energía química y queda almacenada como tal. En la etapa siguiente, de naturaleza no fotoquímica aunque la luz es necesaria para activar determinadas enzimas, la energía química almacenada se utiliza para la reducción del dióxido de carbono y la consiguiente síntesis de carbohidratos Las clorofilas tienen un mínimo de absorción allí donde es mayor la intensidad de la luz solar, o sea en el verde y el verde azulado. En los organismos que realizan la fotosíntesis oxigénica, los pigmentos están localizados en unas vesículas membranosas aplastadas y cerradas llamadas tilacoides.
Los pigmentos de la antena se excitan por los fotones absorbidos y transfieren la energía de excitación a otras moléculas vecinas en algunos picosegundos La molécula de agua se oxida: 2H2O O2 + 4e +4H+. La energía necesaria para la fotólisis, a pH 7, es Go'= 479 kJ por cada 2 moles de H2O. Los fotones de luz roja de 700 nm son los de más larga longitud de onda que puede promover el bombeo de electrones en fotosíntesis. Se necesitan 2 fotones por electrón, es decir un total de 8 fotones (170 kJ/mol) para fotolizar 2 moléculas de agua y liberar una molécula de oxígeno. En las bacterias fotosintéticas el flujo de electrones es promovido por un único fotosistema. Las clorofilas a, b y d poseen una larga cadena hidrófoba de fitol que les permite anclarse en las membranas biológicas, en tanto que la clorofila c carece de este resto hidrocarbonado.  Varios iones orgánicos e inorgánicos (manganeso, cloruro, calcio, hierro, bicarbonato) están implicados en la catálisis de la transferencia de electrones, en el mantenimiento de la estructura proteica o en la regulación de la actividad de los fotosistemas. La primera etapa del proceso de conversión y almacenamiento de la energía radiante es común a los distintos tipos de organismos fotosintéticos, estando promovida por las moléculas clorofílicas especializadas de los centros de reacción, cada una de las cuales se encuentra estrechamente asociada a un aceptor y a un donador primario de electrones.
La molécula de clorofila se excita por la luz y cede uno de sus electrones más externos al aceptor, quedando la clorofila oxidada y el aceptor reducido. La clorofila oxidada actúa, por su parte, como un fuerte agente oxidante que capta un electrón del donador. Éste se oxida y la clorofila recupera su estado original. El donador oxidado y el aceptor reducido recuperan su estado original al interaccionar con los sistemas redox vecinos del aparato fotosintético. De esta manera se transfieren los electrones impulsados por la luz de un compuesto a otro a través de las denominadas cadenas de transporte fotosintético de electrones.

Metabolismo energético mitocondrial y envejecimiento

El envejecimiento es un proceso multifactorial probablemente causada por el daño acumulado a una variedad de componentes celulares. Durante los últimos 20 años, los estudios gerontológicos han puesto de manifiesto diferentes vías moleculares implicadas en el proceso de envejecimiento de las mitocondrias y se señala como uno de los reguladores clave de la longevidad. Se ha sabido durante mucho tiempo que la cadena respiratoria de las células suficientes es más propensa a someterse a la apoptosis y una pérdida creciente de la célula, es probable de importancia en la disfunción mitocondrial asociada a la edad. En este articulo, se señala  la relación entre el balance de energía mitocondrial y envejecimiento, así como una posible conexión entre el metabolismo mitocondrial y vías moleculares importantes para la extensión de vida útil. Las mitocondrias tienen un papel central en el metabolismo energético. Parte de la energía libre derivados de la oxidación de los alimentos se encuentra dentro de las mitocondrias que transforman  a el ATP, moneda energética de la célula. Este proceso depende de oxígeno. Cuando el oxígeno es limitado, productos se metabolizan directamente en el citosol. La producción de ATP mitocondrial se basa en el transporte de electrones de la cadena (ETC), integrado por los complejos de la cadena respiratoria I-IV, que la transferencia de electrones de una manera gradual hasta gradualmente se reduce en  oxígeno para formar agua. El NADH y FADH2 formados en la glucólisis, la oxidación de ácidos grasos y el ciclo del ácido cítrico son moléculas ricas en energía que donan electrones a la CTE. Los electrones se mueven hacia los compuestoscon un potencial de oxidación más positivo y la liberación gradual de la energía durante la transferencia de electrones se utiliza para bombear protones (H +) en el espacio intramembranosas. Complejos I, III y IV función como H + bombas que son impulsadas por la energía libre de oxidación, junto reacciones. Durante la transferencia de electrones, los protones son bombeados siempre de la matriz mitocondrial al espacio intermembrana, como resultado en un potencial de ~ 150 a 180 mV. La restricción calórica(RC) es la única intervención dietética que consistentementeaumenta esperanza de vida media y máxima en los organismosque van desde levaduras hasta los mamíferos. Este régimenimplica un 20-50% la dieta de restricción de la ingesta total de calorías de los animales.Sin embargo, se ha demostrado que elCR reduce la incidencia de enfermedades asociadas con la edadcomo el cáncer, las enfermedades cardiovasculares y la diabetesen los mamíferos. La respuesta de CR por lo tanto parece que se han conservado durante la evolución de los animales. 

lunes, 28 de marzo de 2011

La mitocondria y el corazón

El artículo nos menciona que existen evidencias que demuestran que la apoptosis, que conduce a la perdida de células cardiacas y al remodelamiento del ventrículo izquierdo, constituye un hecho significativo de la insuficiencia cardiaca en pacientes con miocardioplastia dilatada y en modelos animales. Cada vez existe mayor acuerdo en el reconocimiento de que las mitocondrias desempeñan un papel fundamental en las fases tempranas de la apoptosis. En la vía mitocondrial al citosol de proteínas proapoptosicas, citocromo C y factor inductor e apoptosis es un hecho crucial en la puesta en marca de la subsiguiente cascada de cambios citoplasmáticos, incluida la activación de las cisteína-aspartato proteasas (capasas) y endonucleasas nucleares que desencadenan la muerte celular. Una gran cantidad de cambios o parámetros fisiológicos puede tener influencia sobre las actividades enzimáticas mitocondriales. Así por ejemplo el grado de ejercicio y condicionamiento, así como el aumento del estrés isquémico, pueden ejercer un gran impacto sobre la actividad de las enzimas mitocondriales. En las miocardiopatias se han documentado defectos discretos de la fosforilación oxidativa mitocondrial o deficiencias en la cadena respiratoria. Tanto la miocardiopatia dilatada como la hipertrófica se encuentran acompañadas frecuentemente por niveles defectuosos de las actividades enzimáticas de la fosforilación oxidativa y la cadena respiratoria.Cuando el suplemento de oxigeno es limitado, como ocurre durante la isquemia miocárdica, la fosforilación oxidativa y el flujo del transporte electrónico declinan, se produce una depleción rápida de las reservas de creatina fosfato, disminuyen la oxidación del piruvato y los ácidos grasos y se deterioran la producción de ATP. La hidrólisis del ATP derivado de la glucolisis y la acumulación e lactato conducen a una disminución del pH intracelular y al desarrollo de acidosis intracelular, lo que ejerce un efecto inhibitorio directo sobre la  función contráctil. El AMP y otro metabólitos se acumulan, y esto da lugar a la aparición de edema mitocondrial y degeneración  progresiva. Además la isquemia miocárdica produce una disminución de los valores de los complejos respiratorios. La isquemia sostenida acaba por producir depleción de ATP y muerte celular necrótica. Paradojamente las mitocondrias funcionales pueden exacerbar el año isquémico, especialmente al comienzo de la reperfusión. Durante la reperfusión se produce un aumento el influjo de ácidos grasos y un desequilibrio de la oxidación de los ácidos grasos, lo que da lugar a un exceso de acetil CoA que satura el ciclo de los ácidos tricarboxilicos a  expensas de la oxidación de glucosa y piruvato que al final resulta inhibido.

Las mitocondrias en forma de ATP a los consumidores en la patología celular

Para  las funciones mitocondriales, la integridad de las membranas de la mitocondria es fundamental; las mitocondrias tienen membrana interna con fugas revertidas la F0F1-ATPasa hidrolizar ATP. Por razones que se conocen por completo, las mitocondrias poseen mecanismos intrínsecos para perturbar la integridad de la membrana mediante la contratación de especificaciones  proteínas C para formar un poro a través de las dos membranas. Este poro, denomina "poro de transición de permeabilidad (PTP), es de un SUF "tamaño suficiente 1.5 kDa para permitir el paso incontrolable de solutos y agua que se traduce en la ruptura e hinchazón y, finalmente, la membrana externa desde la matriz mitocondrial es hiperosmolar al citosol. La identidad de las proteínas que abarca el PTP es un debate, el canal de aniones dependiente de voltaje, hexoquinasa (HK), la creatina quinasa (CK), el periférico de benzodiacepinas mitocondrial del receptor (MPBR), la translocasa nucleótidos de adenina (ANT), el ciclofilina D (cypD), y más recientemente la compañía de fosfato ,han sido propuestos para participar en la formación del poro.  El daño oxidativo es un evento temprano en la patología de la enfermedad de Alzheimer (EA), que precede depósito de amiloide péptido en modelos animales AD. Otro aspecto importante de estrés oxidativo, que es pertinente a la neurodegeneración, en particular, a la EP, es que  se derrumba  cuando la carga oxidativa se combina con la inhibición del complejo I,cabe destacar que un aumento de la demanda de ATP en combinación con condiciones que implican el consumo de ATP por la mitocondria puede ser fatal para las células. Suponiendo que la producción de ATP glucolítico es libre y con un  efecto Pasteur, ANT se convierte en la entidad intermediaria citosólica entre la disposición ATP y el consumo de foF1 ATPasa.  Por último, también se propuso que una disposición disminución de ATP por la hexoquinasa puede limitar la fosforilación de la glucosa después de la entrada al citosol, lo que impide la via glucolítica flujo en su paso más próximo. Por lo tanto, en la presencia de PTP, una disminución de la fosforilación de la glucosa, un deshidrogenasa disminuyó gliceraldehído-3-fosfato, y un deterioro PFK-1 de activación colectiva podría conducir a una espiral hacia disminución de la producción de ATP por la glucólisis. La multitud  citosólica, así como la matriz de los procesos de ATP que consume, depende de la provisión de ATP por la fosforilación oxidativa, esto da testimonio de la complejidad de la vida eucariótica. Sin embargo, además den algunas diferencias importantes con respecto a la integridad de la membrana mitocondrial interna, se mantuvo una capacidad inherente.

LOS COMPUESTOS DE FOSFATO DE ALTA Y BAJA ENERGÍA

Los cromatóforos de las bacterias fotosintéticas R. rubrum contienen una enzima pirofosfatasa inorgánica membranal, que sintetiza PPi cuando un gradiente electroquímico de protones se forma a través de la membrana de los cromatóforos iluminados. Cuando la luz se apaga (en oscuridad), el PPi sintetizado previamente es metabolizado por la enzima antes pirofosfatasa. El ciclo de transducción de energía medido con los cromatóforos se puede reproducir por un pirofosfatasa soluble, sin la necesidad de la membrana, de la clorofila o de la luz . La enzima soluble puede sintetizar PPi en la oscuridad cuando la actividad de agua del medio es reducida por la adición de solventes orgánicos. En esta condición, el ∆Go de hidrólisis de PPi tiene un valor positivo, es decir, el PPi no es un compuesto de alta energía y se sintetiza espontáneamente.
En 1970 y George colaboradores, concluyeron que en los sistemas biológicos los compuestos de fosfato están en solución y por tanto, interaccionan fuertemente con el agua. Por lo tanto se esperaría que las moléculas de agua se organicen alrededor del compuesto de fosfato y que ambos protejan las cargas de la molécula, neutralizando así la repulsión eletrostatica, y además, formando puentes entre diversos átomos de la molécula, reforzando de esta forma los puntos débiles generados a lo largo del esqueleto de la molécula por medio de resonancias opuestas. George y colaboradores propusieron que la Keq para la hidrólisis de un compuesto de fosfato se debe determinar por las diferencias en energías de solvatación de los reactivos y productos y no por efectos intramoleculares como se había propuesto previamente. La energía de solvatación es la cantidad de energía necesaria para remover a las moléculas de solvente que se organizan alrededor de una sustancia en solución. Mientras más solvatada sea la molécula es más estable o menos reactiva que aquella que está menos solvatada y la Keq para la hidrólisis estaría determinada por la diferencia de energía de solvatación entre los reactivos y los productos. En este sentido, la Keq de una reacción es alta cuando los productos están más solvatados que los reactivos.
Durante las últimas cuatro décadas se ha aclarado el ciclo catalítico de varias enzimas implicadas en procesos de transducción de energía. Estos estudios revelaron que la energía de hidrólisis de diversos compuestos de fosfato varía considerablemente dependiendo de si están en solución o unidos a la enzima. Las reacciones que se pensaban prácticamente irreversibles en solución acuosa, ocurren espontáneamente cuando los reactivos están unidos a la enzima. Según estos resultados, la energía para realizar trabajo no está disponible para la enzima en el momento de la ruptura del compuesto de fosfato. En las reacciones que implican la transducción de energía, solamente una parte de la energía química liberada durante la hidrólisis del ATP se convierte en trabajo u otras formas de energía tales como energía osmótica. La otra parte se convierte en calor, y en animales endotérmicos, el calor liberado se utiliza para mantener la temperatura del cuerpo constante y alta. Las alteraciones de la termogénesis se observan en varios desórdenes, tales como el control del peso corporal y la disfunción endocrina , en el hipertiroidismo hay una disminución del peso corporal, y un aumento del metabolismo basal y de la tasa de producción de calor, al hormona tiroidea T3 (3,5,3'-tri-iodo-L-tironina) está implicada en la regulación térmica de vertebrados. Hasta hace algunos años, se asumía que la cantidad de calor producida durante la hidrólisis de una molécula del ATP era siempre igual y que no se podría modular por las enzimas, como si la energía liberada durante la hidrólisis del ATP fuera dividida en dos porciones no intercambiales: una sería convertida en calor, la otra utilizada para el trabajo. Contrastando con esta posición, se encontró recientemente que algunas enzimas pueden manejar la energía derivada de hidrólisis del ATP de tal manera que determinan cuánta energía se utiliza para el trabajo y cuánta se disipa como calor. En este sentido, la cantidad total de energía liberada durante la hidrólisis del ATP es siempre igual, pero la fracción de la energía total que se convierte en trabajo o calor se modula por la enzima.

La función mitocondrial como determinante de la vida.

La esperanza media de vida de los seres humanos ha aumentado notablemente en los últimos 100 años, en gran medida como resultado de los avances en la medicina moderna para el tratamiento de enfermedades como la diabetes, el cáncer y las enfermedades cardiovasculares.
Una de las principales hipótesis del envejecimiento se basa en los radicales libres la teoría del envejecimiento por Harman el cual sostuvo que los radicales libres de oxígeno (especies reactivas de oxígeno) producida durante la respiración celular normal causaría un acumulado daños a las moléculas que finalmente conduciría a la pérdida de la funcionalidad en organismos  y en última instancia, la muerte. Desde los radicales libres o especies reactivas del oxígeno se producen en mitocondria durante el transporte de electrones, una atención considerable se ha centrado en las mitocondrias y el envejecimiento.Con el tiempo, la célula ha llegado a depender de las mitocondrias para mantener la energía homeostasis.
La restricción calórica (RC) aumenta la esperanza de vida máxima en muchas especies, de acuerdo con las mejoras en la función de las mitocondrias. Estos efectos aún no se han demostrado en los seres humanos, la duración y el nivel de RC necesarios para extender la esperanza de vida en los animales no es realista en los seres humanos. La actividad física (ejercicio voluntario) continúa llevando a cabo muchas promesas para aumentar la esperanza de vida saludable en los seres humanos, pero queda por mostrar algún impacto para aumentar la vida útil máxima. El ejercicio aeróbico de larga duración en gran medida evita las disminuciones en la abundancia del ADN mitocondrial y función en los seres humanos que  puede aumentar los niveles de actividad espontánea en los ratones. No obstante, el impacto de aeróbicos el ejercicio y los niveles de actividad en la vida máxima es incierto. Se propone que las disminuciones relacionadas con la edad en contenido mitocondrial y la función no sólo afectan la función física, pero también juegan un papel importante en la regulación de la vida. El ejercicio aeróbico regular  la prevención de la adiposidad y con una dieta saludable puede aumentar la esperanza de vida saludable y prolongar la duración de la vida a través de efectos beneficiosos en el plano de la mitocondria. La cuestión de cómo y por qué envejecemos sigue rompecabezas biólogos, a pesar de importantes avances en nuestra comprensión de lo que rige los mecanismos moleculares y celulares. De acuerdo con la opinión anterior, el envejecimiento es un proceso esencial a sacrificar los organismos que no son capaces de reproducirse y minimizar los recursos que de otra manera podrían estar disponibles para  la reproducción. En contradicción con la opinión anterior, las mujeres tienen una vida más larga que los hombres a pesar de  la capacidad reproductiva en aproximadamente a los 50 años de edad. En contraste, los hombres viven vidas más cortas a pesar de que su edad reproductiva dura más que la de las mujeres.  De hecho, estos orgánulos son una fuente importante de energía química en forma de trifosfato de adenosina (ATP), que es requerido para alimentar termodinámicamente a muchos  procesos desfavorables dentro de las células (por ejemplo, el transporte de iones en contra de gradientes electroquímicos, la síntesis de proteínas, y contractilidad). El proceso de oxidación mitocondrial fosforilación es responsable de la conversión de los macronutrientes a energía  ATP a través de un conjunto de reacciones coordinadas en macronutrientes que se oxidan (por ejemplo, la glucosa, ácidos grasos y aminoácidos), el oxígeno se reduce a agua y difosfato de adenosina (ADP) es fosforilado a ATP. El papel de la mitocondria en el proceso de envejecimiento ha sido un tema de gran interés durante muchos años. En los seres humanos, los estudios se han centrado en gran medida en el músculo esquelético, ya que es un pseudotejido, las muestras de tejido son relativamente fáciles de adquirir, y es un factor determinante de la función física que se conoce a disminuir drásticamente con la edad el músculo esquelético es también un tejido metabólicamente muy activo, representa aproximadamente el 65% de la utilización de glucosa después de una comida vital  para la utilización de glucosa periférica. La microscopía electrónica se ha utilizado para demostrar que la densidad de volumen mitocondrial disminuye con el envejecimiento en el músculo esquelético. Es evidente que la función mitocondrial se altera con la edad y puede ser la base los cambios relacionados en la función física, la síntesis de proteínas, y la masa muscular.

La obesidad, la longevidad, calidad de vida y la alteración de la dieta 2-mercaptoetanol

La  acción que se tienen en cultivo de tejidos, al igual que compuestos sulfhidrilo, generalmente se clasifican en: a) reacción de radicales libres como inhibidores / catalizadores, b) mantener adecuados restos de disulfuro sulfhidrilo, para la una buena función, así como la naturaleza de endógenos tiol-disulfuro factores, tales como el glutatión y tiorredoxina, en concentraciones adecuada para la funcion y
equilibrio celular. 
 Los  efectos beneficiosos de 2- mercaptoetanol para la funciones celular en los cambios in vitro, se encuentra que se produce más mercaptano  con la edad y una proteína que condujo a la teoría de los radicales libres. Esto era especialmente interesante teniendo en cuenta su efecto sobre los cambios asociadas con el envejecimiento el aumentó modesto de vida útil de larga duración en los ratones, se observó pérdida tardía de las funciones inmunes con la edad  a excepción C57BL se observa, el aumento de la respuesta inmune de los ratones viejos por una sola inyección, que revirtió la pérdida de la capacidad de respuesta de anticuerpos en ratones viejos de nuevo a la de los ratones jóvenes, esto sólo con 3 o 4 inyecciones por semana, hubo retraso en la aparición espontánea de tumores, a los 38 años y daños en la peroxidación de lípidos, esto  suprimió menor liberación de  dopamina impidió La formación de malondialdehído ya que este químicos está implicado irreversiblemente en el entrecruzamiento de las proteínas y el ADN, a los 41 años que se forma junto con fofolipidos  durante la autooxidación de los ácidos grasos poliinsaturados. Debido a que estos hallazgos in situ se realizaron con diferentes cepas de ratones, los modos de aplicación de la inyección, se mezclado con el alimento o el agua), en diferentes dosis (rango 0,1 a 15 UGM / g de peso corporal), diferentes edades en las que el tratamiento se inició, y diferentes dietas, los experimentos en este documento se llevaron a cabo para probar otros 2-ME para otros beneficios. La atención se centró en los cambios en la longevidad, la obesidad y, en general dependiente de la edad bienestar. Dado que los resultados eran impredecibles, los animales no fueron sacrificado para evaluar pará-metros moleculares  bioquímicos, todos murieron de causas naturales. Los  parámetros salud no fueron solamente  la vigilancia de la longevidad, también los niveles de masa corporal, "bienestar general", y el colesterol determinado. Al morir, los no excesivamente autorizado se les practicara autopsia.