FOSFORILACIÓN OXIDATIVA

a) Reacciones de transferencia de electrones en las mitocondrias

b) Síntesis de ATP

LOCALIZACIÓN Y ESTRUCTURA DE LAS MITOCONDRIAS

Espaciointermembranal

Membrana externa

PERMEABLE A MOLÉCULAS PEQUEÑAS E IONES

Membrana interna

EXISTEN TRANSPORTADORES ESPECÍFICOSY ALOJA A LOS COMPONENTES DE LA CADENARESPIRATORIA Y LA ATP SINTASA

Matriz

CONTIENE AL COMPLEJO DE LA PIRUVATO DESHIDROGENASA Y LOS ENZIMAS DEL CICLO DE KREBSY DE OTRAS RUTAS (ββββ-OXIDACIÓN DE ÁCIDOS GRASOS YOXIDACIÓN DE AMINOÁCIDOS)

LA FOSFORILACIÓN OXIDATIVA SE LLEVA A CABO EN LA MEMBRANAINTERNA MITOCONDRIAL

CICLO DEL ÁCIDOCÍTRICO FOSFORILACIÓN OXIDATIVA

RESPIRACIÓN AERÓBICA: INCLUYE GLUCÓLISIS, CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICO Y FOSFORILACIÓN OXIDATIVA

LA FOSFORILACIÓN OXIDATIVA COMIENZA CON LAENTRADA DE ELECTRONES EN LA CADENA RESPIRATORIA

¿DE DÓNDE VIENEN LOS ELECTRONES?

LA MAYOR PARTE DE LOS ELECTRONES PROVIENENDE LA ACCIÓN DE DESHIDROGENASASQUE CAPTAN e- DE VÍAS CATABÓLICAS

LOS ELECTRONES GENERADOS DURANTE LA GLUCÓLISIS Y EL CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICOSON CANALIZADOS HACIA

LA CADENATRANSPORTADORADE ELECTRONES(CADENA RESPIRATORIA)

LOS ELECTRONES SE CAPTAN A TRAVÉS DEACEPTORES UNIVERSALES DE ELECTRONES

REDUCIDO NÚMERO DE TRANSPORTADORESDE ELECTRONES

Nucleótidos deNicotinamida:NAD+, NADP+

Nucleótidos deFlavina:FMN, FAD

Quinonas

ProteínasFerro-sulfuradas

Citocromos

LOS NUCLEÓTIDOS DE NICOTINAMIDA.- Las deshidrogenasas ligadas a NAD+ eliminan dos átomos de hidrógeno de sus sustratos

DESHIDROGENACIÓN

SUSTRATO REDUCIDO + NAD+

SUSTRATO OXIDADO + NADH + H+

TANTO EL NADH COMO EL NADPH SON TRANSPORTADORESELECTRÓNICOS HIDROSOLUBLES QUE SE ASOCIAN

REVERSIBLEMENTE CON DESHIDROGENASAS

LOS NUCLEÓTIDOS DE FLAVINA.- La forma oxidada puede aceptar unElectrón (formando un semiquinona) o dos electrones

Se encuentran fuertemente unidos a las FLAVOPROTEÍNAS

GRUPOS PROSTÉTICOS

≠≠≠≠ E’o depende de su entorno

LOS ELECTRONES SE CAPTAN A TRAVÉS DEACEPTORES UNIVERSALES DE ELECTRONES

Nucleótidos deNicotinamida:NAD+, NADP+

Nucleótidos deFlavina:FMN, FAD

Quinonas

ProteínasFerro-sulfuradas

Citocromos

TRANSPORTADORES UNIDOS A MEMBRANA(INTERNA MITOCONDRIAL)

LA UBIQUINONA, COENZIMA Q, Q (benzoquinona liposolublecon una largacadena lateralisoprenoide)

ES HIDROFÓBICA

Puede actuarcomo puenteentre un dadorde dos e- y unaceptor de unelectrón

LOS CITOCROMOS SON PROTEÍNAS QUE TIENEN COMOCOFACTORES A LOS GRUPOS HEMO (Fe)

TRES CLASES DE CITOCROMOS.- De acuerdo a diferencias en su espectro de absorción de la luz

a 600 nmb 560 nmc 550 nm

No covalente

Covalente (Cys)

≠ E’o depende de su interacción con la proteína

SON HIDROFÓBICAS, EXCEPTO EL CITOCROMO C MITOCONDRIAL

PROTEÍNAS FERRO-SULFURADAS.- El hierro está presenteNo como grupo hemo sino en asociación con átomos deAzufre de residuos de Cys

Aconitasa

LA CADENA RESPIRATORIA(FOSFORILACIÓN OXIDATIVA)

CONSTA DE UNA SERIE DE TRANSPORTADORESELECTRÓNICOS QUE ACTÚAN SECUENCIALMENTE,

LA MAYORÍA DE LOS CUALES SONPROTEÍNAS INTEGRALES CON GRUPOS PROSTÉTICOS

CAPAZ DE ACEPTAR Y DONAR UNO O DOSELECTRONES

LA INTERACCIÓN DE LOS TRANSPORTADORES DE ELECTRONES CON LAS PROTEÍNAS MODIFICA LOS POTENCIALES DE REDUCCIÓN

E’o

E’o

Transportadordeelectrones

Transportadordeelectrones

E’o E’o≠≠≠≠

LOS TRANSPORTADORES DE ELECTRONES CEDEN,

A SU VEZ, LOS ELECTRONES A ACEPTORES

CON AFINIDAD POR LOS ELECTRONES MÁS ELEVADA

POTENCIAL DE REDUCCIÓN ESTÁNDAR, E’o (V)

Es un parámetro que permite medir la afinidad del aceptor por los electrones

FLUJO DE ELECTRONES:

E’O BAJOS E’O MÁS ELEVADOS

A MEDIDA QUE LA GLUCOSA SE OXIDA ENZIMÁTICAMENTE,

LOS ELECTRONES LIBERADOS FLUYEN A TRAVÉS DE UNASERIE DE TRANSPORTADORES DE ELECTRONES

INTERMEDIOS HASTA EL O2

DONDE EL O2 TIENE UNA AFINIDAD MAYOR QUE LOSTRANSPORTADORES INTERMEDIOS

DURANTE LA FOSFORILACIÓN OXIDATIVA SE LLEVAN ACABO TRES TIPOS DE TRANSFERENCIA DE ELECTRONES:

1. Directamente como electrones.- Tal como sucedeen la reducción de Fe3+ a Fe2+

2. En forma de átomos de hidrógeno

3. En forma de ion hidruro (:H-) portador de 2 e-

∆G°’=-2840 kJ/mol

10 NADH + 2FADH2GAL3PDHPiruvatoDHisicitratoDHα-cetog DHsuccDHmalDH

LA OXIDACIÓN DE GLUCOSA A DIÓXIDO DE CARBONOREQUIERE DE TRANSPORTADORES DE ELECTRONESESPECIALIZADOS

POTENCIALES DE REDUCCIÓN ESTÁNDAR DE LOSTRANSPORTADORES DE LA CADENA RESPIRATORIA

LOS TRANSPORTADORES DE ELECTRONES SE ENCUENTRAN EN COMPLEJOS MULTIENZIMÁTICOS

(+) Espaciointermembranal

E°’

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

NADH NAD+ (-0.315 V)

Complejo I (∆G°’= -69.5 kJ/mol)

Complejo II CoQ (0.045V)

Complejo III (∆G°’= -36.7 kJ/mol)

CytC (0.235V)

Complejo IV (∆G°’= -112 kJ/mol)

2H+ + ½ O2 H2O (0.815 V)

(+0.03V)

Succ FADH2

Fum

ADP+Pi

ATP

ADP+Pi

ATP

ADP+Pi

ATP

REACCIÓN GLOBAL CATALIZADA POR LA CADENARESPIRATORIA MITOCONDRIAL

NADH

Q

Cyt b

Cyt c1

Cyt c

Cyt (a + a3)

O2

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

E’O (v) Rotenona

Antimicina A

CN- o CO

COMPLEJO MASA No. de Grupo(s)ENZIMÁTICO/PROTEÍNA (kDa) subunidades transportador(es) e-

I NADH deshidrogenasa 850 43 (14) FMN, Fe-S

II Succinato deshidrogenasa 140 4 FAD, Fe-S

III Ubiquinona-citocromo c 250 11 Hemos, Fe-Soxidorreductasa

Citocromo c 13 1 Hemo

IV Citocromo oxidasa 160 13 (3-4) Hemos, CuA, CuB

COMPLEJO I: NADH a Ubiquinona

FMN (4) Fe-S Q (2) QH2

NADH

Espaciointermembranal

Matriz

Membranainterna

2H+

4H+43 subunidades

Fe-S Q QH2

Espaciointermembranal

Matriz

Membranainterna

2H+

COMPLEJO II:Succinato a Ubiquinona

FAD

Succinato

FAD: Acil graso-CoA (ββββ-oxidación)Glicerol-3-fosfato (hidrólisis de TG/ Glucólisis)

MATRIZ

COMPLEJO II

4 subunidades

(2) QH2

Espaciointermembranal

Matriz

Membranainterna

4H+

COMPLEJO III:Ubiquinona a citocromo c “ComplejoCitocromo bc1

Fe-S Cyt c1

Cyt c

Q

.Q-

Cyt b

QH2

2H+

COMPLEJO III:Ubiquinona a citocromo c “ComplejoCitocromo bc1

EL UBIQUINOL (QH2) SE OXIDA A Q AL TIEMPO QUE SE REDUCEN DOS MOLÉCULAS DE CITOCROMO c

Espaciointermembranal

Membranainterna

Matriz

COMPLEJO IV: Citocromo c al O2 “Citocromo oxidasa”

CuA

O22H2O

Cyt c

Cyt a

Cyt a3

CuB

2H+

Espaciointermembranal

Matriz

Membranainterna

Cyt c

I

II

III IV

NADH + H+ NAD+

Q

Succinato12O2 + 2H

+ H2O

4H+ 4H+ 2H+

FLUJO DE ELECTRONES Y PROTONES A TRAVÉS DE LACADENA RESPIRATORIA

≠≠≠≠ [H+] y en carga

-

+

ENERGÍA ALMACENADA FUERZA PROTÓN-MOTRIZa) Energía química potencial ∆pHb) Energía eléctrica potencial ∆ψψψψ

FOSFORILACIÓN OXIDATIVA

Energía del flujo de e- síntesis ATPtransducción de energía

Hipótesis quimiosmótica

Energía se conserva por bombeo protones al espacio intermembranal: gradiente electroquímico.

Fuerza protón-motriz: síntesis ATP

Espaciointermembranal

Matriz

Membranainterna

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

+ + + ++ + + + + + + + + + + +

H+

ADP + Pi ATP

Fo

F1

HIPÓTESIS QUIMIOSMÓTICA

EXPLICA EL MECANISMO POR EL CUAL SE ACOPLAEL FLUJO DE PROTONES CON LA FOSFORILACIÓN

1) LOS PROTONES GENERADOS DURANTE ELPASO DE ELECTRONES POR LA CADENA RESPIRATORIA(COMPLEJOS I AL IV)

2) DAN LUGAR A LAFUERZA PROTÓN-MOTRIZ (∆pH, ∆ψψψψ)

3) QUE IMPULSA LA FOSFORILACIÓN DEL ADPPARA FORMAR ATP

COMPLEJO DE LA ATP SINTASA MITOCONDRIAL

Es una ATPasa tipo F (factor de acoplamiento de energía)Complejo VDos componentes: F1, una proteína periférica de membrana

Fo, una proteína integral de membrana

Fo

F1

9 9 9 9 Subunidadesde cinco tipos

distintosαααα3 ββββ3 γγγγ δδδδ εεεε

F1 Fo de la ATP sintasa

F1

3 3 3 3 Subunidadesa b2 c10-12Fo

MODELO DE UNIÓN Y CAMBIO DE LA ATP SINTASALa catálisis rotacional es clave en el mecanismo de unión y cambio de la síntesis de ATPimpulsada por elbombeo de H+

Conformación ββββ-ADPUne ADP y Pi

Conformación ββββ-ATPUne fuertemente ATP

Conformación ββββ-vacíaBaja afinidad porATP

ESPACIOINTERMEMBRANAL

(10 H+)

En F1: tres sitios con diferente conformación (INTERCONVERTIBLES)

L(oose) : unión débil a sustratos (ADP y Pi)

T(ight) : unión fuerte (síntesis ATP)

O(pen) : sin unión (abierto: salida ATP)

SÍNTESIS ATP:

1. Translocación protones : Fo

2. Formación enlace fosfoanhídrido de ATP: F1

PDH

2NAD+

2 NADH

Glucosa

Glucosa6P

2 GALD3P

2 1,3BiPglicerato

2 piruvato

2 NADH

2

2

2

2

1 glucosa: 2 ATP10 NADH2 FADH21 GTP

1 NADH : 3 ATP1FADH2 : 2 ATP

10 NADH X 3 ATP= 30 ATP2 FADH2 X 2 ATP = 4 ATPGlucólisis = 2 ATPTCA = 1 GTP

TOTAL 36 ATP1 GTP