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Introducción al Metabolismo y Bioenergética
V Clase: Fosforilación oxidativa
Dra. Vanessa Miguel@bioquitips
Fosforilación oxidativa
Flavoproteina (FMN) Proteínas hierro sulfuradas (Fe S) Succinato Deshidrogenasa (FAD) Ubiquinona (CoQ) citocromo b citocromo c1 citocromo c citocromo a y citocromo a3 que forman la citocromo
oxidasa. Contiene grupos hemo (Fe2+/3+) y Cu +1/+2.
Cadena de transporte de electrones
Ecuación de Nermst
ΔG0' = -nFΔE0‘ E0´ (potencial electrodo biológico
estándar), n es el número de electrones
involucrados en la reacción F es la constante de Faraday
(23.06kcal/mol o 94.4kJ/volt/mol)
Óxido-Reducción
Las reacciones de óxido reducción son reacciones de transferencia de electrones. En estas reacciones un elemento se oxida, es decir pierde electrones, y otro elemento gana electrones, es decir, se reduce.
El elemento que se oxida es el agente reductor porque dona los electrones, mientras que el elemento que se reduce es el agente oxidante.
Óxido-reducción
Los electrones se pueden aceptar y donar en varias formas :
individualmente un electrón unido a un protón ; es decir, un
átomo de H. dos electrones unidos a dos protones; es
decir, dos átomos de H.
Óxido-reducción
Óxido-reducción
Óxido-reducción
+ H FMNH2
Coenzima Q
Coenzima Q o Ubiquinona
Reducción Coenzima Q
Hipótesis Quimiosmótica de Mitchell
Postulados: Requerimiento de la membrana intacta
impermeable a los protones Requerimiento de un gradiente de concentración
de protones (∆pH). El potencial de membrana es la fuerza motriz La síntesis de ATP está separada físicamente
del flujo de electrones y del bombeo de protones
Complejo I: NADH-CoQ oxidoreductasa
Complejo de proteínas integrales de membrana Contiene proteínas unidas covalentemente a Flavin
mononucleótido (FMN) y proteínas hierro-sulfuradas Dos electrones del NADH se transfieren a la
Coenzima Q (CoQ). CoQ <=> CoQH2
CoQ is de naturaleza lipídica y es capaz de moverse dentro de la MMI
Dos protones son bombeados desde la matriz mitocondrial al espacio intermembranoso.
Cadena de transporte de electrones
Complejo I
Interior (matriz mitocondrial)
Exterior(espacio intermembranoso)
Cadena de transporte de electrones
Complejo II: Succinato-CoQ oxidoreductasa
Complejo de proteínas integrales de membrana. La Succinato deshidrogenasa del Ciclo de Krebs
forma parte de este complejo Dos electrones del FADH2 son transferidos a la
CoQ. Los electrones son transferidos a los citocromos No hay bombeo de protones en este complejo.
Complejo II
FADH2
Complejo III: CoQH2-citocromo c óxidoreductasa
Complejo de proteínas integrales de membrana.
Transfiere electrones desde la CoQ al citocromo c, individualmente
Se bombean cuatro protones por cada par de electrones transferidos
Cadena de transporte de electrones
Complejo IIIInterior (matriz mitocondrial)
Exterior (espacio intermembranoso)
Complejo IV: Citocromo c oxidasa Complejo de proteínas integrales de membrana Contiene cit a y cit a3 Acepta electrones de forma individual del
citocromo c Dona un total de cuatro electrones al O2 y
produce 2 moléculas de H2O
Bombea dos protones a través de la membrana
Cadena de transporte de electrones
Complejo IV
Interior (matriz mitocondrial)
Exterior (espacio intermembranoso)
Cadena de transporte de electrones
Fosforilación oxidativa
FoF1ATPasa
Convierte la energía libre del gradiente de protones en energía química en la forma de ATP
Complejo Fo : complejo multiproteíco (13 subunidades) que atraviesa la membrana
Responsable del movimiento de protones por rotaciones de 120° de las subunidades c y γ del complejo.
El complejo F1 tiene cinco diferentes subunidades : α, 3, β, 3, δ y ε. Está unido a Fo se extiende hasta la matriz mitocondrial
Síntesis ATP
Fosforilación oxidativa
FoF1ATPasa
Energía
Otros usos del gradiente de protones
Moléculas cargadas como el piruvato, el ADP y el fósforo inorgánico son bombeados a la matriz desde el citosol, mientras que otras como el ATP, que se sintetiza en la matriz, deben ser transportados al citosol
El fósforo inorgánico y el piruvato son transportados acoplándose al flujo hacia el interior de los protones.
En cambio el ADP se acopla en cotransporte antiporte con el ATP.
MatrizEspacio Intermembranoso
Translocasa ATP/ADP
Simportador Fosfato/ H+
FoF1TPasa
Inhibidores de la cadena de transporte de electrones
La rotenona, toxina de una planta utilizada por indios amazónicos como veneno y como insecticida. Actúa a inhibiendo el complejo I. Inhibe la reoxidación del NADH, no afecta la del FADH2.
El amital (barbitúrico) inhibe al complejo I, afecta las oxidaciones dependientes del NAD+.
La antimicina A (Antibiótico). Actúa a inhibiendo el complejo III. Inhibe la reoxidación
del NADH y del FADH2.
El cianuro y el CO bloquean el paso de electrones del citocromo a3 al oxígeno.
Inhibidores de la cadena de transporte de electrones
CN-
Amital CORotenona Antimicina Azida de sodio
e- e- e- e- e- e- e-Substrato NAD+ FMN CoQ Citb CitC Cita+a3 O2
reducido
Estos inhibidores detienen el paso de electrones de modo que no hay bombeo de protones. Sin gradiente de protones, no hay síntesis de ATP
Inhibidores de la fosforilación oxidativa
Inhibidores de la FoF1 ATP-sintasa:
La oligomicina, un antibiótico producido por Streptomyces, se une a la subunidad Fo, impidiendo el transporte de H+ a través de Fo, inhibe por lo tanto la síntesis de ATP.
Diciclohexilcarbodiimida (DCCD), un reactivo soluble en lípidos, también inhibe el transporte de protones por Fo al reaccionar con un residuo de glutámico en una de las subunidades de Fo de mamíferos.En estas condiciones la energía del gradiente de protones no puede ser utilizada para sintetizar ATP.
Inhibidores de la fosforilación oxidativa (desacoplantes)
Son compuestos, como el 2,4 dinitrofenol (DNP), el carbonilcianuro-p-trifluorometoxi-hidrazona (FCCP) y el carbonilcianuro-m-clorofenilhidrazona (CCCP), que hacen permeable la MMI interna a los protones.
Son compuestos liposolubles y ácidos débiles, capaces de pasar los protones a través de la MMI intacta
2,4 dinitrofenol
Inhibidores de la fosforilación oxidativa (desacoplantes)
Desacoplan la fosforilación oxidativa de la cadena respiratoria.
Disipan el gradiente de protones, por lo que no hay bombeo de protones a través de la ATP-sintasa, ni producción de ATP.
En la mitocondria del tejido adiposo pardo una proteína desacopladora (termogenina) participa en el control de la termogénesis.
Pregunta (tipo examen)
Si a una preparación de mitocondrias se le agrega amital (Inhibidor del Complejo I) que pasará con: El consumo de O2
la relación NAD/NADH La relación ATP/ADP La velocidad del Ciclo de Krebs
Respuesta..
El consumo de O2 disminuirá o cesará porque no hay paso de los electrones a través de la cadena de transporte de electrones
la relación NAD/NADH disminuirá ya que no se pueden reoxidar los NADH
La relación ATP/ADP disminuirá porque no habrá bombeo de protones necesarios para la síntesis de ATP
La velocidad del Ciclo de Krebs disminuirá por falta de disponibilidad de NAD para las deshidrogenasas (¿Cuáles?). Inhibición alostérica ATP y NADH (¿Cuáles enzimas?)
Otra pregunta
Si a esa preparación de mitocondrias con amital (Inhibidor del Complejo I) le agregamos succinato que pasará con: El consumo de O2
la relación NAD/NADH La relación ATP/ADP La velocidad del Ciclo de Krebs
Respuesta..
El consumo de O2 se restablece porque hay paso de electrones a través de la cadena de transporte de electrones provenientes del complejo 2
la relación NAD/NADH continuará disminuída ya que no se pueden reoxidar los NADH
La relación ATP/ADP aumentará porque habrá bombeo de protones (2 ATP por FADH2)
La velocidad del Ciclo de Krebs disminuirá por falta de disponibilidad de NAD para las deshidrogenasas (¿Cuáles?). Inhibición alostérica por NADH (¿Cuáles enzimas?)
Una preguntica más…
A una preparación de mitocondrias se le agrega oligomicina (Inhibidor de Fo) y 2,4 dinitrofenol (DNP), que pasará con: El consumo de O2
la relación NAD/NADH La relación ATP/ADP La velocidad del Ciclo de Krebs
