a)reacciones de transferencia de electrones en las...
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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 nm
b 560 nm
c 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 + 2FADH2
GAL3PDHPiruvatoDHisicitratoDHα-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
O2
2H2O
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 FADH2
1 GTP1 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