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23/04/2018
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Bioquímica
Facultad de Enfermería
Universidad de la República
ESFUNO
Amalia Ávila
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Cadena respiratoria y fosforilación oxidativa
• Fosforilación oxidativa: síntesis de ATP impulsada por la transferencia de
electrones al oxígeno.
• Etapa final común del catabolismo en los organismos aerobios
• Transducción de energía más importante.
• Localización subcelular: mitocondrias de eucariotas.
• Tres aspectos fundamentales de la fosforilación oxidativa:
– 1. flujo de electrones a través de una serie de transportadores de la
membrana mitocondrial interna.
– El flujo de electrones a través de la cadena respiratoria es exergónico. La
energía libre se conserva en forma de gradiente electroquímico de H
+
.
– El flujo de H+ transmembrana a favor de su gradiente de concentración
(exergónico) se acopla a la síntesis de ATP (endergónico)
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Reacciones Redox
Reacciones de transferencia de electrones entre una especie que los cede (se oxida) y otra que
los acepta (se reduce)
Potencial de oxidorreducción (E): representa la afinidad de una especie química por los electrones.
Cuanto mayor es E mayor afinidad por los electrones tiene dicha especie.
La energía libre que se obtiene del flujo electrónico es proporcional a ΔE:
El flujo de electrones desde una especie con menor E a otra con mayor E libera energía libre.
ΔE = E
aceptor
- E
dador
4 formas de transferir electrones en los sistemas biológicos: Equivalente de reducción
•Transferencia directa de electrones (reducción de Fe
3+
a Fe
2+
)
•Transferencia de átomo de H (H
+
+ e
-
)
•Transferencia de hidruro (:H
-
= H
+
+ 2e
-
)
•Combinación directa de un reductor con oxígeno
Los electrones son canalizados hacia transportadores electrónicos
universales
• Deshidrogenasas
– Ligadas a NAD
+
o NADP
+
– Ligadas a FAD o FMN
•NAD (NADP)
•Coenzimas hidrosolubles, no atraviesan membranas
•Asociadas débilmente a las enzimas (difusión)
•Derivados de la niacina
•FAD (FMN)
•Coenzimas hidrosolubles fuertemente unidas a las enzimas (grupo prostético)
•No difunden entre enzimas (retienen temporal mente los electrones que se transfieren entre 2
sustratos
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Transportadores electrónicos de la cadena respiratoria
• Los transportadores electrónicos se organizan en complejos (generalmente proteínas
integrales de la MMI)
• Los grupos prostéticos de dichas proteínas son capaces de transferir 1 o 2 electrones
• Además de NAD y FAD hay otros 3 tipos de transportadores:
• UBIQUINONA (coenzima Q)
– Molécula liposoluble y pequeña (puede difundir libremente en la MMI) transportador móvil.
– Puede aceptar 1 o 2 electrones
• CITOCROMOS
– Pequeñas hemoproteínas
– 3 clases diferentes (a, b y c)
– Cit a y b con proteínas integrales de la
MMI
– Cit c asociado a cara externa de MMI
Transportadores electrónicos de la cadena
respiratoria
• PROTEÍNAS FERROSULFURADAS
– Contienen hierro no hémico (asociado a azufre inorgánico o residuos de Cys de
la proteína)
– Participan en la transferencia de 1 electrón
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Complejos de la cadena respiratoria
• Todos los transportadores electrónicos de la cadena respiratoria, excepto cit c y UQ,
se organizan en complejos multienzimáticos.
• Están insertos en la MMI relativamente inmóviles
• Aceptan electrones de transportadores móviles (NADH, succinato, UQ y cit c.
• Estos transportadores se disponen en una secuencia específica de potenciales redox
crecientes
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Cadena Respiratoria
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Entrada de equivalentes de reducción a la cadena
respiratoria (complejos I y II)
Generación del gradiente electroquímico de protones
• Complejo I transporta 4 H+ por cada par de e-
• Complejo III transporta 4 H+ por cada par de e-
• Complejo IV transporta 2 H+ por cada par de e-
• Cantidad de H+ transportados
– I → IV aprox 10 H+
– II →IV aprox 6 H+
BALANCE ENERGÉTICO DEL TRANSPORTE ELECTRÓNICO
ΔG= -220 kJ/mol
ΔG= -180 kJ/mol
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Fosforilación oxidativa: complejo ATP sintasa
• Teoría quimiosmótica
•Fuerza protón-motriz
•Energía inherente al establecimiento de un gradiente de concentración carga
•Representa la conservación de parte de la energía de oxidación
•Se utiliza para impulsar la síntesis de ATP
•El complejo ATPsintasa cataliza la síntesis de ATP a partir de ADP y Pi aun en ausencia de
un gradiente de protones
•Aparentemente la fuerza protón-motriz suministra energía para la liberación del ATP
sintetizado por la ATP sintasa.
•1 mol NADH → 3 moles ATP => P/O = 3 (2,5)
•1 mol FADH2 → 2 moles ATP => P/O = 2 (1,5)
La fosforilación oxidativa está acoplada a la
transferencia de electrones
• INHIBIDORES DE LA CADENA
RESPIRATORIA
– Rotenona, amital: inhiben complejo I
– Antimicina A, inhibe complejo III
– Cianuro, inhibe complejo IV
Observaciones:
•Si se bloquea la cadena respiratoria se bloquea la síntesis de ATP
•Si se bloquea la síntesis de ATP (oligomicina) se bloquea el transporte electrónico
• AGENTES DESACOPLANTES
DNP: ácido débil
Ionóforos: valinomicina
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Oxidación mitocondrial del NADH citosólico: sistemas de
lanzaderas
Transporte de nucleótidos a través de las
membranas
•La fuerza protón-motriz también impulsa el transporte de ATP desde la matriz
mitocondrial al citosol.
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Regulación de la fosforilación oxidativa: control
respiratorio
• La FO está regulada por las necesidades energéticas de la célula
• Control respiratorio: regulación por disponibilidad de ADP
• [ATP]/[ADP][Pi] es habitualmente muy alto y fluctúa solo ligeramente en la
mayoría de los tejidos.
LAS MITOCONDRIAS
DESACOPLADAS DEL TEJIDO
ADIPOSO MULTILOCULAR
PRODUCEN CALOR
• El ATP se forma a la misma velocidad
que se consume.
• las concentraciones relativas de ADP
y ATP también controlan las
principales rutas catabólicas
(glucólisis, CK, oxidación del piruvato,
ácidos grasos y aminoácidos).
Clase 13 Cadena respiratoria y fosforilacion oxidativa.pdf
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