1

Vitamina CoenzimaAcido ascorbico (C) no es una coenzimaNiacina NAD(P)+/NAD(P)HRiboflavina (B2) FMN & FADTiamina (B1) Thiamin-pyrophosphatePiridoxal (B6) Pyridoxal phosphateBiotina BiotinaFolato TetrahidrofolatoCobalamina (B12)adenosyl-and methylcobalaminVitamina A RetinalVitamina K Vitamina KPantotenato (B3) Coenzima A

Niacina nicotinamida NAD+ (NADP)

Vitamina B2 = riboflavina Riboflavinamonofosfato (FMN) FAD+

Coenzima Q

Citc, citc1 Grupo hemo unido covalentemente (enlaces tioester con dos residuos cisteina)

citb Grupo hemo unido no-covalentemente

Cita, cita3

(grupo hemo hierro-protoporfirina IX)

Grupo hemo A, hierro-porfirina diferente

Citocromas

2

UBIQUINONA

citocroma con grupo prostetico hem

3

CENTROS FERRO-SULFURADOs

Procesos conversion de energia

Complejos enzimaticos de la cadena respiratoriaTransporte de electrones hasta el aceptor final, el oxigeno, para formar H2O

NADH-Q reductasa FMN NADH QFeS

Succinato Q reductasa FAD Succinato Q

Grupo prostetico Lado M medio Lado CComplejo enzimatico

(I)

(II) Succinato-Q-reductasa FAD Succinato QFeS

QH2-citocromo c hemo Q cit chemo c1FeS

Citocromo c hemo c cit c1cit a

Citocromo c oxidasa hemo a O2

hemo a3Cu

(II)

(III)

(IV)

4

(I) (II) (III) (IV)NADH-CoQ reductasa

Succinato-CoQ reductasa

Coenzima Q -citocroma c reductasa

Citc oxidasa

COMPLEJO I

COMPLEJO II

NADH

NAD+

FMN

FMNH

FeS red

FeS ox

Q

QH2

NADH-CoQ reductasa

Succinato

fumarato

FAD

FADH2

FeS red

FeS ox QH2

Q

Succinato-CoQ reductasa

COMPLEJO III

COMPLEJO IV

QH2

Q

Citb564

citb562

citb566

citb566

FeS red

FeS ox

citc1

citc1

citc

citcFe2+ Fe3+ Fe3+

Fe3+Fe2+ Fe2+

Fe2+

Fe3+

Coenzima Q - citocroma c reductasa

Citc

citc

Cita-CuA

Cita-CuA

Cita3-CuB

Cita3-CuB

½ O2 + H+

H2OFe3+ Fe3+

Fe2+Fe2+

Citc oxidasa

Complejo I NADH-CoQ reductasa

Complejo IISuccinato-CoQ

reductasa

Complejo III

5

Complejo III Complejo IVCoenzima Q -citocroma c reductasa

Variaciones de Potencial REDOX y energía libre en la cadena respiratoria DETECCION DE SECUENCIA DE TRANSPORTADORES ELECTRICOS

Azul: reducidos; rojo: oxidados

IsocitratoMalatoBeta-OH-acil-CoAglutamato

PiruvatoAlfa-cetoglutaratoFADNAD+

NADH,H+

FMN

(FeS)

CoQFADH2SuccinatoGlicerol-P

ATP

ADP,Pi Complejo I

Citb562Citb566(FeS)citc1

Acil-CoA

citc

Cita-CuACita3-CuB

H+ + O2 H2O

ATP

ATP

ADP,Pi

ADP,Pi

Complejo III

Complejo IV

6

Es el proceso en lo cual se produce ATP por los electrones que son transferidas del NADH o FADH2 al O2 en una serie de reacciones.

FOSFORILACION OXIDATIVA

El asamblaje respiratorio esta localizado en la membrana interior de la mitocondria. Los transportadores de los electrones están organizados de manera vectorial. El flujoelectrones están organizados de manera vectorial. El flujo de los electrones produce un gradiente de protones.

ATP

ATP

ATP

NADH,H+

FADH2

ATP

ATP

HIPOTESIS QUIMIOSMOTICA de Peter Mitchell

1920-1992

1961

Acoplamiento de transporte de electrones con fosforilaciónAcoplamiento de transporte de electrones con fosforilación oxidativa

-Membrana semipermeable- se bombean protones del lado matriz al espacio entre membranas, se forma un gradiente de protones-Protones vuelvan a la matriz a través conducto de protones (parte Fo de la ATP-sintasa)-Síntesis de ATP (parte F1 de la ATP-sintasa, lado matriz)

Hipótesis quimi-osmotica de Mitchell, 1961

Propone que el transporte de electrones y la sintesis de ATP están acoplados por un gradiente de protones (- más bien que por un intermediario covalente de alta energía o una proteina activada)

La hipótesis incluye tres propuestas:

la cadena de transporte de electrones genera un gradiente de protones- la cadena de transporte de electrones genera un gradiente de protones

NADH, H+ + CoQ – 4 H+ NAD+ + CoQH2 + 4 H+

Dentro de matriz fuera de matriz

-transporte vectorial de los H+ el transporte de protones ocurre in una dirección, del interior hacia afuera

- la membrana es impermeable para los protones gradiente de H+

El movimiento de protones tiene dos conscuencias mayores

(1) un gradiente de pH a traves de la membrana interna de la mitocondria

Conc. H+ interno >> conc. H+ externo = pH

(2) Un gradiente de voltaje (potencial de membrana)

Interior ++++++++++++++++Membrana = Exterior - - - - - - - - - - - - - - -

Gradiente electro-quimico = fuerza de protones (mV)

Cada pH equivale un potencial de membrana de 1 pH = 60mVPor lo tanto la fuerza de protones + 60x (pH)

Ej.: en una típica célula la fuerza de protones en mitocondrias respirando es aproximadamente 220mV

= 160mVpH = -1 Total 160mV + 60 mV = 220 mV

GRADIENTE DE CARGA

GRADIENTE DE PROTONES

“Proton-motiv-force”

Otro complejo, que esta ubicado en la membrana interior, es el complejo de la ATP-sintasa

El gradiente de protones creado por la cadena del transporte de electrones habilita a este complejo enzimatico sintetizar ATP cuando los protones fluyen de vuelta a la matriz del mitocondrio

Este complejo puede ser dividido facilmente en dos componentesF1: cinco subunidades actividad enzimatica de ATP sintasaF1: cinco subunidades, actividad enzimatica de ATP sintasaFo: proteina integral, canal de protones

7

F0

Espacio entre membranas

citosol

mitocondrio

3 H+

F1

ADP, Pi ATP

matriz

3 H

Complejo VATP-sintasa

http://www2 uah es/biomodel/biomodel misc/anim/metab/atp sint mec html

http://www2.uah.es/biomodel/biomodel-misc/anim/metab/atp-sint.html

ATP síntesis: catálisis rotacional

Animación:

http://www2.uah.es/biomodel/biomodel-misc/anim/metab/atp-sint-mec.html

8

Desacoplador:

- agente que disipa el gradiente de H+Ej. 2,4-dinitrofenol

Generacion de calor por mitocondrias desacoplados

- FOSFORILACION OXIDATIVA

- Fosforilación a nivel de sustrato

Producción de ATP

Glucosa + 36 ADP + 36 Pi + 36 H+ + 6 O2 6 CO2 + 36 ATP + 42 H2O

Resumen de la degradación de glucosa en condiciones aerobicas:

9

Algunas proteínas de los complejos de la fosforilaciòn oxidativo están codificados en el DNA mitocondrial

Estrés oxidativo

- Observaciones en recien nacidos?

- droga para perder peso?

http://www2.uah.es/biomodel/biomodel-misc/anim/metab/t-e-mitoc.html

http://www2 uah es/biomodel/biomodel misc/anim/metab/atp sint mec html

http://www2.uah.es/biomodel/biomodel-misc/anim/metab/atp-sint.html

Para reforzar visite por ejemplo:

http://www2.uah.es/biomodel/biomodel-misc/anim/metab/atp-sint-mec.html

http://www.science.smith.edu/departments/Biology/Bio231/etc.html

Además adjunto información adicional:

Coenzimas derivadas de vitaminas

• tienen que ser obtenidas de la dieta• son sintetizadas por microorganismos y

plantasd fi i i d it i ll• deficiencia de vitaminas lleva a enfermedades

• la mayoría de vitaminas tienen que ser transformadas enzimaticamente para funcionar como coenzima

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Vitamina CoenzimaAcido ascorbico (C) no es una coenzimaNiacina NAD(P)+/NAD(P)HRiboflavina (B2) FMN & FADTiamina (B1) Thiamin-pyrophosphatePiridoxal (B6) Pyridoxal phosphate( 6) y p pBiotin a BiotinaFolato TetrahidrofolatoCobalamina (B12) adenosyl-and methylcobalaminVitamina A RetinalVitamina K Vitamina KPantotenato (B3) Coenzima A

N

C

O

OH

N

C

O

NH2

NIACINA NICOTINAMID

N N

NICOTINIC ACID(NIACIN)

NICOTINAMIDE• Deficiencia llevan a “pellagra” (dermatitis, diarrhea,

dementia)

• Se requiere en cantidades relativamente altas en relacion a otras vitaminas

• No una verdadera “vitamina” porque puede ser sintetizada a partir de triptofano en el hígado

N

C

O

NH2

H

O

OHOH

H2C

O

PO2-

NIC

OT

INA

MID

E M

ON

OPH

OS

PH

AT

E

Nicotinamid coenzimas

O

PO2-

O

O

OH(OPO3)OH

CH2N

NN

N

NH2

NA

DE

NO

SIN

E M

ON

OP

HO

SP

HA

TE

N

C

O

NH2

H

R

N

C

O

NH2

H

R

H

OXIDIZED REDUCED

NAD+ / NADP+

• Sirven de cofactor en reacciones de oxido-reducción

• Funcionan como co-sustrato de dehidrogenasas

• La reducción del NAD+/NADP+ y la oxidación del NADH/NADPH implica dos electrones a la vez

• Funcionan en transferencia de iones de hidro

• en reacciones catabólicas se forman NADH/NADPH

• NADH esta acoplada a la producción de ATP en las mitocondrias

• NADPH es un agente de reducción muy importante en reacciones biosinteticos

• Las formas reducidas, NADH/NADPH, absorben luz a la longitud de onda 340nm, las formas oxidadas, NAD+/NADP+ no absorben

RiboflavinaVitamina B2

• Vitamina soluble en agua

• Deficiencia severa lleva a retardo de crecimiento,retardo de crecimiento, problemas reproductivas, degeneración neuronal

• Carne, productos lacteos y verduras de verde oscura, legumbres y “grains” son buenas fuentes de esta vitamina

11

FMN/FAD FAD y FMN pueden transferir uno o dos electrones a la vez

QuinoneHidroquinone

formaforma

semiquinone forma

• tiamina es la primera vitamina descrita (amina vital = vitamin)

Tiamina

• deficiencia lleva a la enfermedad Beriberi(desorden neurologico, problemas del corazón, anorexia)

• Beriberi prevalece en paises menos desarrollados donde el granotratado (limpio, polished) constituye la mayoria de la dieta

• asociado con desordenes relacionados con alcohol (Wernickes-Korsofff sindrome, perdida de memoria, caminar de manera noestable)

Tiamina pirofosfato TPP

• Sirve de cofactor en reacciones de decarboxilacion de ceto acidos

• también funciona como grupo prostetico en transcetolasas, que catalizan la transferencia de unidades de dos carbonos en el metabolismo de carbohidratos

El anillo tiazolium es la parte activa del TPP

Ylid = a molecule with opposite charges on adjacent atoms

Piridoxal

N

HOH2C

H2C

O

CH3

OH

N

HOH2C

HC

O

CH3

O

N

HOH2C

H2C

O

CH3

NH3

H H H

N

H2C

HC

O

CH3

H

O

OP

O

O

O

N

H2C

H2C

O

CH3

H

NH3

OP

O

O

O

PYRIDOXINE PYRIDOXAL PRYIDOXAMINE

PYRIDOXAL 5' PHOSPHATE PYRIDOXAMINE 5' PHOSPHATE

12

PiRIDOXAL-FOSFATO (PLP)

CR

O

H + NH2 R2 R CH

N R2

- H2O

+ H2O

ALDEHYDE AMINE SCHIFF BASE

• Importante en el metabolismo de amino acidos

• unido a la enzima como una base de Schiff por la reacción con lisina

• PLP funciona en transaminación, decarboxilación, racemización, isomerización, eliminación de cadenas laterales en reacciónes que involucran amino acidos

PLP en la reacción de transaminación

PLP en la reacción de decarboxilación de amino acidos