quimiotrÓficos: en organismos - odon.uba.ar · acoplamiento entre: transporte electrÓnico y...

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CADENA RESPIRATORIA

y

FOSFORILACIÓN OXIDATIVA

En organismos

QUIMIOTRÓFICOS:Moléculas combustibles orgánicas

OXIDACIÓN

NADH y FADH2

Cadena de transportadores electrónicos

O2 H2O

NAD+ y FAD

ADP + Pi

ATP

FINALIDAD:

Reoxidar las coenzimas NADH ó FADH2 reducidas en

las reacciones oxidativas previas

Cátedra de Bioquímica - FOUBA

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Procesos oxidativos

Cofactores reducidos

NADH + H+

FADH2

MITOCONDRIA

CITOPLASMA

ATP

e - NH3

Desaminación

CO2

ATP

e - e - e -

Reoxidación de los

cofactores reducidos

Cátedra de Bioquímica -

FOUBA

MITOCONDRIA:

etapa final de la oxidación de los nutrientes (1948)

Albert L. Lehninger 1917-1986


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REOXIDACIÓN DE COFACTORES REDUCIDOS EN LA CADENA RESPIRATORIA

NADH NAD+

FADH2 FAD

e-

Transportadores electrónicos O2 Cátedra de Bioquímica - FOUBA

Complejo I NADH-ubiquinona reductasa FMN Complejos Fe-S

Complejo II Succinato-ubiquinona reductasa FAD Complejo Fe-S

Complejo III Ubiquinol citocromo c reductasa Cit b Cit c1 Complejo Fe-S

Complejo IV Citocromo c oxidasa Cit a Cit a3 2 Cu++

CADENA DE TRANSPORTADORES

ELECTRÓNICOS:

los complejos y sus grupos

prostéticos


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ORGANIZACIÓN DE LOS TRANSPORTADORES ELECTRÓNICOS EN LA CADENA:

• complejos I, III y IV: proteínas integrales de membrana

• Coenzima Q: transportador móvil embebido en la MMI

• citocromo c: proteína periférica en la cara externa de la MMI

FADH2


Flujo de e-Reducción y Oxidación

de transportadores

Agentes reductores

fuertes

Agente oxidante

fuerte

Gradientes de reducción crecientes


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NADH y FADH2 ceden e- a la cadena,

su pasaje de un transportador a otro

libera energía

FADH2 Cátedra de Bioquímica - FOUBA

VÍA DE FLUJO DE ELECTRONES

NADH

complejo I

Q

complejo III

complejo II

complejo IV

O2

FADH2

cit c

Liberación de Energía


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La liberación de E libre que

acompaña al flujo de e-

impulsa el bombeo de H+

a través de la MMI

desde la matriz hacia el espacio intermembrana


El gradiente electroquímico resultante

se utiliza para sintetizar ATP

en un complejo proteico transmembrana y

los H+ fluyen nuevamente hacia la matriz Cátedra de Bioquímica - FOUBA

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• parten de un nivel energético alto

• van cediendo energía a medida que avanzan a lo largo de la cadena

• cada complejo tiene mayor afinidad por los electrones que el anterior

• pasan secuencialmente de uno al otro hasta que son transferidos al O2 que es el de mayor afinidad por los electrones y se reduce formando H2O

• LOS e- FLUYEN DE ACUERDO AL POTENCIAL DE REDUCCIÓN CRECIENTE

FLUJO DE e-:


Los potenciales redox (E°´) de los componentes de la cadena respiratoria

NADH2 - 320 mV FMNH2 - 280 mV

Fe-S (Complejo I) - 270 mV FADH2 - 10 mV Fe-S (Complejo II) 20 mV Ubiquinol (UQH2) 60 mV Citocromo bk 40 mV

Citocromo bT 190 mV

Citocromo c (+c1) 230 mV Citocromo a+a3 380 mV

Oxigeno 820 mV

Los superiores en la tabla

reducen a los inferiores


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Desde el NADH hasta el O2 hay 3 descensos importantes de energía libre:

en el cj I, III y IV

Que aportan suficiente energía para sintetizar

ATP

NADH

FADH2


DESCENSOS de E libre que GARANTIZAN

la SÍNTESIS de ATP


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FINALIDAD DE LA CADENA RESPIRATORIA

1) Reoxidación de las coenzimas reducidas:

NADH y FADH2

2) SÍNTESIS de ATP


FOSFORILACIÓN OXIDATIVA:

ES EL MECANISMO POR EL CUAL LA DISMINUCIÓN DE ENERGÍA LIBRE QUE ACOMPAÑA AL FLUJO DE ELECTRONES A LO LARGO DE LA CADENA RESPIRATORIA SE ACOPLA A LA SÍNTESIS DE ATP


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SÍNTESIS de ATP por ATP sintasa

John Walker

Premio Nobel de química en 1997 “por el descubrimiento del mecanismo

enzimático involucrado en la síntesis de ATP”

Paul Boyer


ACOPLAMIENTO entre:

TRANSPORTE ELECTRÓNICO y FOSFORILACIÓN OXIDATIVA

ATP sintetasa


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Organización de la

ATP sintetasa

Complejo enzimático que cataliza la síntesis de ATP a partir de ADP y

Pi, acompañado del flujo de H+ desde el espacio intermembrana (EIM)

a la matriz

Está formado por dos componentes:

F1: una proteína periférica de membrana (33)

F0: una proteína integral (poro de H+) (ab2c10-12)

Subunidad c (de F0) forman

2 círculos concéntricos

La subunidad pasa a través

del centro esférico 33

Subunidad y (de F1) se unen

firmemente al anillo de subunidad c


Las translocación de H+ a través del poro F0 provoca que el cilindro

de subunidad c y la subunidad adjunta, roten alrededor del eje de

(perpendicular al plano de la membrana)

El pasaje de H+ a través de F0 provoca cambios conformacionales de la subunidad de la F1-ATPasa

El proceso endergónico

de rotación de la sub.

es impulsado por el proceso

exergónico de la

translocación de H+

Funcionamiento de la

ATP sintetasa


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NADH

FADH2

RENDIMIENTO ENERGÉTICO de la REOXIDACIÓN de:

• por cada mol de NADH que se oxida, se sintetizan 3 moles de ATP

(cj I, III y IV)

• por cada mol de FADH2 que se oxida, se sintetizan 2 moles de ATP (cj III y IV)

ATP

ATP

ATP


¿Cuál será el destino del

ATP

generado por el acoplamiento

de la cadena respiratoria y la

fosforilación oxidativa?


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Oxidación de coenzimas reducidas (NADH ó FADH2) por el O2

proceso exergónico

NADH + ½ O2 + H+ H2O + NAD+ ∆Gº = -52,6 kcal/mol

ADP + Pi + H+ ATP + H2O ∆Gº = +7,3 kcal/mol

el ADP captura E libre de los procesos catabólicos para generar ATP

que luego será utilizado por las células para procesos de síntesis, transporte

de moléculas, contracción muscular, etc.

ATP + H2O ADP + Pi + H+ ∆Gº = - 7,7 kcal/mol


¿Cómo se explica este

acoplamiento entre la reoxidación

de las coenzimas y la síntesis de

ATP?


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TEORÍA DEL ACOPLAMIENTO QUIMIOSMÓTICO

Peter Mitchell

1920-1992

Premio Nobel de Química en 1978

“por su contribución a la comprensión de

la transferencia de energía a través de la

formulación de la teoría quimiosmótica"

El gradiente electroquímico de protones a través de la

membrana interna mitocondrial (fuerza proto-motriz)

es crucial para los procesos de transducción de energía

y síntesis de ATP (1961)


El transporte de e- a través de la cadena respiratoria está asociado al

transporte de H+ desde la matriz hacia el espacio intermembranas

La membrana interna es impermeable a los H+

Se conserva la energía de oxidación de los procesos metabólicos en

forma de potencial electroquímico, ya que se genera un gradiente

electroquímico de H+

La cadena respiratoria está acoplada a la síntesis de ATP

El flujo de H+ a favor de su gradiente electroquímico proporciona la

energía libre para la síntesis de ATP. Las concentraciones de H+ en

las 2 fases acuosas (EIM y M) separadas por la membrana interna,

constituyen la fuerza responsable (fuerza proto-motriz) de la formación

de ATP a partir de ADP y de Pi, por acción de la F1-ATPasa de la

membrana mitocondrial

POSTULADOS DE LA HIPÓTESIS QUIMIOSMÓTICA


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Membrana

mitocondrial

interna

Matriz

mitocondrial

Espacio

intermembrana

ADP + Pi ATP

O2

FP b c a a3

H+ H+ H+ pH = 7.0

pH = 7.8

ATPasa

H+

• La transferencia de electrones a través de la cadena respiratoria produce un bombeo de H+ desde la matriz hacia el espacio intermembrana • generando un gradiente electroquímico a través de la MMI, • que se disipa por el retorno pasivo de éstos a través de un poro de H+ (F0) asociado a la ATP sintetasa • asociado a la síntesis de ATP

TEORÍA DEL ACPLAMIENTO QUIMIOSMÓTICO


ACOPLAMIENTO:

CADENA RESPIRATORIA Y

FOSFORILACIÓN OXIDATIVA


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LA FOSFORILACIÓN OXIDATIVA

depende del aporte continuo de ADP-3 y PO4H-2

para la síntesis de ATP-4

que luego debe ser transportado hacia el

citosol

¿cómo se produce el transporte de estos iones?


TRASLOCASAS

ADP/ATP

traslocasa

Fosfato

traslocasa


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CONTROL RESPIRATORIO

flujo de electrones

Fosforilación de ADP

La magnitud del consumo de O2 mitocondrial

está regulado por los niveles de ADP y Pi =

sustratos de la fosforilación oxidativa


AGENTES QUE INTERFIEREN CON LA FOSFORILACIÓN OXIDATIVA

Desacoplantes de la cadena respiratoria

Inhibidores de la fosforilación oxidativa


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Tipo de interferencia Compuesto Blanco Modo de acción

Inhibición de la transferencia electrónica

Cianuro Inhiben la citocromo-oxidasa CO

Antimicina A Bloquea la transferencia

electrónica desde el cit b al cit c1

Rotenona Impiden la transferencia electrónica desde un

centro Fe-S a la ubiquinona

Amital

Inhibición de la ATP sintetasa

Oligomicina Inhibe F0 y CF0

Desacoplamiento de la

Fosforilación y el transporte electrónico

Carbonil-cianuro Fenilhidrazona

Acarreadores hidrofóbicos de

Protones Dinitrofenol

Valinomicina Ionóforo del K+

Proteína Desacopladora

(termogenina)

Forma poros conductores de H+ en la MMI del tejido adiposo pardo

INTERFIEREN CON LA FOSFORILACION OXIDATIVA:


EL CASO DE LA TERMOGENINA

• Proteína que se comporta como un desacoplante natural

• Permite el pasaje de H+ desde el espacio intermembrana a la matriz sin pasar por F1-F0

Relación entre tejido adiposo y

termogénesis


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REOXIDACIÓN del NADH citosólico

El NADH generado en el citosol durante la glucólisis DEBE SER REOXIDADO

El NADH no puede atravesar la MMI

necesita una ruta indirecta:

MECANISMO de LANZADERAS


LANZADERA DEL MALATO – ASPARTATO

Mitocondrias de hígado

y corazón

Por cada NADH citosólico que se reoxida

un NAD+ se reduce y

rinde 3 ATP por FO


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LANZADERA DEL GLICEROL 3- FOSFATO

Mitocondrias de músculo esquelético

y cerebro

Por cada NADH citosólico que se reoxida

un FAD se reduce,

pasa a la CoQ y

rinde 2 ATP por FO


BALANCE DE LA OXIDACIÓN COMPLETA DE

1 MOLÉCULA DE GLUCOSA


quimiotrÓficos: en organismos - odon.uba.ar · acoplamiento entre: transporte electrÓnico y...

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