REACCIONEX OXIDO-REDOX

Oxidaciones y reducciones

Las reacciones de oxido-reducción son procesos en los que se pierden y ganan electrones. En la mayor parte de las reacciones redox de las vías metabólicas se rompen enlaces C-H, de forma que el átomo de C pierde los dos electrones del enlace que son captados por un aceptor como el NAD+.

En los organismos aeróbicos, el aceptor ultimo de los pares de electrones cedidos en la oxidación de los metabolitos es el oxígeno molecular (O2). Se ha de tener en cuenta que esta molécula es una especie diradical, en estado fundamental, cuyos electrones desapareados tienen espines paralelos.

Las normas de apareamiento de electrones (Principio de exclusión de Pauli) dictan que el oxígeno solo puede aceptar electrones desapareados; es decir, que los electrones deben ser transferidos al O2 de uno en uno (al contrario de los procesos redox, en los que se transfiere un par de electrones). Los metabolitos ceden los electrones de dos en dos a la cadena de transporte electrónico, que los transfiere a su vez de uno en uno al O2. Esto se realiza mediante enzimas conjugadas que poseen estados de oxidación de radical estable y que pueden experimentar reacciones redox de uno y dos electrones.

Diferentes reacciones de oxido-reducción

Primero. Los electrones pueden ser transferidos directamente del donador al aceptor. Por ejemplo, la siguiente una reacción donde se transfiere un electrón desde el hierro ferrosos de una proteína llamada citocromo b al hierro férrico del citocromo c.

Citocromo b (Fe++) + citocromo c (Fe+++)------------Citocromo b (Fe+++) + citocromo c (Fe++)

El citocromo b es el agente reductor y el citocromo c es el agente oxidante. Los citocromos son proteínas que contienen hierro formando un complejo con el grupo hemo, y pueden participar en las reacciones de transferencia de los electrones.

Segundo. Los electrones pueden ser transferidos con protones en un proceso formalmente equivalente a la transferencia de átomos de hidrógeno.

A + 2H + 2e------------AH2

A representa al agente oxidante o aceptor de electrones. La reducción de FAD es un ejemplo de una sustancia que sufre reducción por el equivalente de dos protones y dos electrones o lo que es lo mismo, dos átomos de hidrógeno.

Tercero. Los electrones pueden ser tranferidos como ion hidruro (H-), como se muestra a continuación.

NAD+ + H--------------NADH

Cuarto. Puede haber una reacción directa entre el reductor (AH) y el oxígeno molecular, pudiendo ser de esta forma:

AH + O2 + BH2--------------AOH + H2O + B

Las reacciones de oxido-reducción tienen lugar simultáneamente y no pueden transcurrir una sin otra.

Oxidaciones biológicas.

En un sentido termodinámico, la oxidación biológica de los sustratos orgánicos es comparable a las oxidaciones no biológicas como la combustión de la madera. La liberación de energía libe es la misma tanto si nos referimos a la oxidación del polímero de celulosa en un incendio forestal, como si habláramos de la combustión de la glucosa en un calorímetro o de la oxidación metabólica de la glucosa.

C6H12O6 + 6 O2 ------------6 CO2 + 6H2O ∆G= -2870 kj/mol

Las oxidaciones biológicas son mucho más complejas que los procesos de combustión. Cuando se quema madera, toda la energía se libera en forma de calor, y no se puede realizar en un trabajo útil. En cambio en las oxidaciones biológicas se producen sin que haya un aumento importante en la temperatura y con la captura de parte de la energía libre en forma de energía química. Esta captura de energía se produce en gran parte a través de la síntesis de ATP, el cual proporciona energía para el trabajo biológico.

Radicales libres

Los radicales libres son átomos o grupos de átomos que tienen un electrón(e-) desapareado en capacidad de aparearse, por lo que son muy reactivos.

Estos radicales recorren nuestro organismo intentando robar un electrón de las moléculas estables, con el fin de alcanzar su estabilidad electroquímica.

Una vez que el radical libre ha conseguido robar el electrón que necesita para aparear su electrón libre, la molécula estable que se lo cede se convierte a su vez en un radical libre, por quedar con un electrón desapareado, iniciándose así una verdadera reacción en cadena que destruye nuestras células. La vida biológica media del radical libre es de microsegundos; pero tiene la capacidad de reaccionar con todo lo que esté a su alrededor provocando un gran daño a las moléculas y a las membranas celulares. Los radicales libres no son intrínsecamente malos. De hecho, nuestro propio cuerpo los fabrica en cantidades moderadas para luchar contra bacterias y virus. Los radicales libres producidos por el cuerpo para llevar a cabo determinadas funciones son neutralizados fácilmente por nuestro propio sistema. Con este fin, nuestro cuerpo produce unas enzimas (como la catalasa o la dismutasa) que son las encargadas de neutralizarlos. Estas enzimas tienen la capacidad de desarmar los radicales libres sin desestabilizar su propio estado.

Las reacciones químicas de los radicales libres se dan constantemente en las células de nuestro cuerpo y son necesarias para la salud. Pero, el proceso debe ser controlado con una adecuada protección antioxidante. Un antioxidante es una sustancia capaz de neutralizar la acción oxidante de los radicales libres, liberando electrones en nuestra sangre que son captados por los radicales libres convirtiéndose en moléculas inestables.