REACCIONES OXIDO-REDOX
Las vías catabólicas y anabólicas incluyen reacciones claves en las que los electrones se transfieren de un reactivo a otro. [2] Las numerosas reacciones que comprenden transferencia de electrones de una especie a otra reciben el nombre de reacciones de oxido reducción, o simplemente, reacciones rédox. [1, 2]
Oxidación y reducción
Los cambios de este tipo implican la ganancia o pérdida de electrones. Considérese la conversión del hierro metálico (Fe0) en su estado ferroso (Fe2+), en el que el átomo de hierro pierde dos electrones, con el que cambia a un estado mas positivo. Cuando un átomo pierde uno o más electrones, se dice que se oxida. La reacciones reversible, lo que significa que los iones ferrosos pueden convertirse en hierro metálico, un estado más negativo mediante la adquisición de un par de electrones. Cuando un atomo gana uno o más electrones, se dice que se reduce. [2]
Para que el hierro metálico se oxide, debe haber una sustancia que acepte los electrones que se liberan. Por el contrario, para que los iones ferrosos se reduzcan, debe existir alguna sustancia que done los electrones necesarios. En otras palabras la oxidación de un reactivo debe acompañarse de la reducción simultánea de otro, y viceversa. Una posible reacción con el hierro puede ser:
La sustancia que se oxida durante una reacción de oxidación-reducción, es decir, la que pierde electrones, se llama agente reductor, y la que se reduce, esto es, la que gana electrones, se llama agente oxidante. [2]
La oxidación o reducción de los metales, como el hiero o el cobre, suponen la pérdida o ganancia completas de electrones. No puede ocurrir lo mismo con la mayoría de los compuestos orgánicos por la siguiente razón: la oxidación o reducción de sustratos orgánicos durante el metabolismo celular incluyen átomos de carbono que tienen enlaces covalentes con otros átomos. Se puede conocer el estado de oxidación relativa de una molécula orgánica si se cuenta el número de átomos de hidrógeno respecto al oxígeno y nitrógeno por atomo de carbono. El estado de oxidación de los átomos de carbono de una molécula orgánica suministra una idea del contenido de energía libre de la molécula. [2]
El número de oxidación o estado de oxidación de un elemento de un compuesto binario iónico sencillo es el número de electrones que gana o pierde un átomo de ese elemento cuando forma el compuesto. En el caso del ion de un solo átomo, este corresponde a la carga real del ion; en los compuestos moleculares, los números de oxidación no tienen la misma importancia que en los compuestos iónicos binarios; sin embargo son muy útiles cuando se escriben formulas y en el balanceo de ecuaciones. En las especies moleculares, los números de oxidación se asignan según reglas arbitrarias; el elemento que esta más a la derecha y más arriba en la tabla periódica se le asigna un número de oxidación negativo. El elemento que esta más a la izquierda y más abajo en la tabla periódica se le asigna un número de oxidación positivo. [1]
Potencial rédox
Si se comparan varios agentes oxidantes, pueden ordenarse en una serie de acuerdo con su afinidad con los electrones: mientras mayor sea su afinidad, más potente es el agente oxidante. Los agentes reductores también se pueden clasificar según sea su afinidad por los electrones: mientras menor sea su afinidad (mayor facilidad para liberar electrones), más fuerte es el agente reductor. Para poner esto en términos cuantificables, los agentes reductores se ordenan de acuerdo con el potencial para transferir electrones; las sustancias que poseen mayor potencial de transferencia de electrones, como el NADH, son agentes reductores potentes, mientras que aquellos con un bajo potencial de transferencia de electrones, como el H2O, son agentes reductores débiles. Los agentes oxidantes y reductores se encuentran en parejas, como NAD+ y NADH que difieren en su número de electrones. Los agentes reductores potentes se unen con agentes oxidantes débiles y viceversa. Por ejemplo NAD+ ( de la pareja NAD+ - NADH) es un agente oxidante débil, mientras que el O2 ( de la pareja O2-H2O) es un agente oxidante fuerte. [2]
Como el movimiento de electrones genera separación de carga, la afinidad de las sustancias por los electrones puede medirse con instrumentos que detectan el voltaje (fig.5-11) lo que se mide para una pareja determinada es un potencial de oxidación-reducción (o potencial rédox) relativo al potencial para la misma pareja estándar. Se eligió en forma arbitraria como pareja estándar al hidrogeno (H+-H2).
Radicales libres
Los radicales libres se producen continuamente a velocidades altas como subproductos del metabolismo aeróbico. en sistemas ezimáticos tales como hidroxilasas, dioxigenasas, monooxigenasas y oxidoreductasas dependientes de NAD+, fagocitosis, la cascada que conduce a la síntesis de prostaglandinas, leucotrienos; citocromo P-450, algunas oxidasas citosólicas, -oxidación de los ácidos grasos en los peroxisomas, etc (Roberfroid et al., 1995). La mayoría de estos mecanismos son esenciales para la regulación del metabolismo de nutrientes, de producción de energía, de destoxificación del organismo y de defensa contra la infección. En el ADN, los radicales libres causan daños estructurales como mutaciones de pares de bases, rearreglos, deleciones, inserciones y amplificaciones de secuencia, rompimientos de ADN, daño a genes supresores de tumores como p53, y amplificación de la expresión de protooncogenes
Bibliografía
Whitten, K. W. [et al]. Química 8a. ed. Cengage learning, México, 2008
Karp, biología celular y molecular. Conceptos y experimentos, ed. Mc Graw-Hill, México 2004
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