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CADENA
RESPIRATORIA
FOSFORILACIÓN
OXIDATIVA
Bqca. Montserrat Solis Carnicer
Componentes de la cadena respiratoria mitocondrial
pH = 7.0 Espacio intermembranas (Lado P)
pH = 7.8 Matriz (Lado N)
Reacciones de transferencia
de e- se realiza a alta
velocidad por estar los
transportadores de e-
incorporados en la membrana
interna (restringidos en sus
movimientos) y asociados
entre sí (uniones
intermoleculares)
Fosforilación oxidativa
Cuando se suspenden mitocondrias en una solución
amortiguadora, que contiene un sustrato oxidable, ADP y
Pi, ocurren 3 procesos:
(1) se oxida el sustrato
(2) se consume O2 (hay respiración)
(3) se sintetiza ATP
Si el dador de e- es el NADH, las mitocondrias sintetizan 3
ATP por cada par de e- pasados al O2
Si el dador es succinato (FADH2), se sintetizan 2 ATP
El consumo de O2 y la síntesis de ATP son dependientes
de la presencia de un sustrato oxidable y de ADP y Pi
Síntesis química de ATP impulsada por el proceso
exergónico de transferencia de electrones desde el
NADH + H⁺ y del FADH₂ al O2
DISMINUCIÓN DE LA ENERGÍA
Bqca. Montserrat Solis Carnicer
CI: 12,9 Kcal/mol
CIII: 9,9 kcal/mol
CIV: 23,8 Kcal/mol
Total: 45,9 Kcal/mol
E para sintetizar 1 mol ATP: 7,3 Kcal/mol Se sintetizan 3 ATP Se consume 42% de la E obtenida
La teoría quimiosmótica mitocondrial (P. Mitchell, 1961)
Bqca. Montserrat Solis Carnicer
∆pH: 0,3 ∆G: 0,18 vol
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
MATRIZ EIM
Lugares de translocación de protones
Postulados de la teoría quimiosmótica mitocondrial (P. Mitchell, 1961)
La membrana interna es impermeable a los
H+ y OH‾
El transporte de e- a través de la c r está
asociado al bombeo de H+ desde la
matriz hacia el espacio intermembranas
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
Las [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: el
flujo de H+ a favor de su gradiente
electroquímico proporciona la energía
libre para la síntesis de ATP a partir de
ADP y de Pi, por acción de la ATPsintasa
de la membrana mitocondrial.
1953- Slater- Hipótesis Química 1964- Boyer- Hipótesis Conformacional
MATRIZ
EIM
ATP sintasa, ATPasa o Complejo V
Las translocación de H+ a través de F0
provoca que el cilindro de sub. c y la
subunidad adjunta, roten alrededor
del eje de (perpendicular al plano de
la membrana)
El pasaje de H+ a través de F0 llevan a
cambios conformacionales de la
subunidad de la F1-ATPsintasa
El proceso endergónico de rotación de
la sub. es impulsado por el proceso
exergónico de la translocación de H+
desde el espacio IM a la Matriz
-ADP -ATP -vacío Alta afinidad
por ATP
Baja afinidad
por ATP
F1-ATPsintasa = Rotor molecular
El acoplamiento no es químico, sino
electroquímico y físico
EIM
MATRIZ
HEXÁMERO α₃β₃
Hipótesis de la Máquina Rotatoria
Vacío/Abierto Laxo Tenso/Cerrado
Subunidades α β
ATP
αβ
αβ
αβ
INHIBIDORES DEL TRANSPORTE ELECTRÓNICO (SÍNTESIS DE ATP)
INHIBIDORES DE LA CADENA
- Complejo I: rotenona (veneno de peces), amital (barbitúrico) y halotano (anestésico).
- Complejo II: malonato.
- Complejo III: antimicina A (antibiótico)
- Complejo IV: cianuro, CO, SH2 y azida.
INHIBIDORES y DESACOPLANTES DE LA SÍNTESIS DE ATP
El inhibidor de la ATP sintasa es la oligomicina, que bloquea a la F0. Frena la cadena y la síntesis de ATP.
Desacoplantes de la síntesis de ATP: Ionóforos de H, deshacen el gradiente de H+ sin frenar la cadena. Ej 2,4-dinitrofenol, soluble en la membrana y su grupo OH se puede disociar. Esto libera energía en forma de calor. También el Dicumarol
Los desacopladores fisiológicos termogenina.
Bqca. Montserrat Solis Carnicer
Atractalósido: bloqueador del traslocador ATP/ADP
Ionósforos de K(valinomicina, nigericina)
OTROS DESACOPLANTES
Regulación del consumo de O2 mitocondrial
Efecto del ADP
El ADP aumenta el consumo de O2
Control respiratorio
Consumo de O2 en presencia de ADP (Est. 3)
Consumo de O2 en ausencia de ADP (Est. 4)
El control respiratorio, usualmente de 4 a 10,
es el índice mas sensible para juzgar la
integridad y el acoplamiento mitocondrial y,
por lo tanto, la calidad de las mitocondrias
aisladas.
Bqca. Montserrat Solis Carnicer
Regulación de la velocidad del transporte en la cadena
NADH + H⁺ / NAD⁺ > 1 aumenta la velocidad
< 1 disminuye la velocidad
ADP + Pi / ATP > 1 aumenta la velocidad
< 1 disminuye la velocidad
ppO2 elevada: aumenta la velocidad
ppO2 baja: disminuye la velocidad
∆pH elevado: disminuye la velocidad
∆pH bajo: aumenta la velocidad
Bqca. Montserrat Solis Carnicer
SUSTRATOS OXIDABLES: factor limitante
PRODUCTOS DE REDUCCIÓN PARCIAL DE OXÍGENO
Peróxidos de Hidrógeno Radicales libres Superóxidos
Son más reactivos
Efectos Nocivos • Ruptura del ADN y modificaciones
• Oxidación de Grupos Sulfhidrilos
• Ataque de Ácidos Grasos Insaturados
Pulmón y Cerebro
Catalasas
Peroxidasasa
Superóxido
dismutasas
Fosforilación a Nivel del Sustrato
Transferencia Directa de Fosfatos al ADP
Transferencia Indirecta de Energía al ADP
2- PEP + ADP -- Piruvato + ATP
Succinil-CoA + GDP + Pi --- Succinato + GTP + CoA-SH
Succinato tioquinasa (Ciclo de Krebs)
Piruvato quinasa (glucólisis)
Sistemas de Transporte Mitocondrias
Translocador ATP/ADP
Sistemas de Transporte Mitocondrias
Lanzadera de Glicerofosfato (músculo esq y neuronas)
Sistemas de Transporte Mitocondrias
Lanzadera de Malato Aspartato (hígado, corazón y riñón)
La FOSFORILACIÓN OXIDATIVA se refiere a la síntesis química de
ATP impulsada por el proceso exergónico de TRANSFERENCIA DE
ELECTRONES DESDE EL NADH + H+ AL O2
RESUMEN
• Ocurre en la mitocondria
• La fosforilación oxidativa comienza con la entrada de e- en la cadena respiratoria
• Los e- pasan a través de una serie de transportadores incluídos en la membrana
interna mitocondrial. Los e- fluyen espontáneamente desde los transportadores de
Eo’ más bajo hacia los de Eo’ más elevado
• Los transportadores electrónicos mitocondriales funcionan dentro de complejos
proteicos ordenados en serie
• La transferencia mitocondrial de e- es un proceso exergónico, que libera energía
suficiente para la síntesis de ATP
• El transporte de e- está asociado al transporte de H+ desde la matriz hacia el EIM
(fuerza proto-motriz)
• El flujo de H+ a favor de su gradiente electroquímico proporciona la energía libre
para la síntesis de ATP, por acción de la ATP sintasa (rotor molecular)
MUCHAS GRACIAS