Universidad San Sebastián Facultad de Ciencias de la Salud

Tecnología Médica

CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICO

TRANSPORTE ELECTRÓNICO

FOSFORILACIÓN OXIDATIVA

TM. Paulina Fernández Garcés

20 y 22 de Abril

a) Etapa 1: Generación de un fragmento activado de 2 carbonos. El grupo acetilo de la acetil coenzima A o Acetil-CoA

b) Etapa 2: Oxidación de esos 2 átomos de carbono en el ciclo del ácido cítrico.

c) Etapa 3: Transporte electrónico y fosforilación oxidativa en donde los transportadores electrónicos reducido que se generan en el ciclo del ácido cítrico vuelven a oxidarse, junto con la síntesis concomitante de ATP.

RESPIRACIÓN CELULAR

Parte del metabolismo, concretamente del catabolismo, en la cual la energía contenida en distintas biomoléculas, como los glúcidos, es liberada de manera controlada.

La respiración celular podría dividirse en dos tipos, según el papel atribuido al oxígeno:•Respiración Aerobia

•Respiración Anaerobia

Existen tres etapas en la respiración:

ETAPAS DE LA RESPIRACIÓN CELULAR

CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICO

-El piruvato procedente la la oxidación de los hidratos de carbono , es uno de los principales suministradores del Acetil-CoA, para la oxidación en el ciclo del ácido cítrico.

- La oxidación del piruvato a Acetil-CoA, es una reacción prácticamente irreversible en la que intervienen tres enzimas y cinco coenzimas.

Estas coenzimas son:

-Pirofosfato de Tiamina

-NAD+

- Ácido Lipoico (Lipoamida)

- Coenzima A y activación de grupos acetilo

- Coenzimas de Flavina

COENZIMAS DE FLAVINA

-El dinucleótido de flavina y adenina o FAD, derivan de la vitamina B2 o riboflavina.

-Una coenzima más sencilla es el mononucleótido de flavina o FMN

-La parte funcional de ambas coenzimas es el sistema de anillo de isoalozaxina, que actúa como aceptor de electrones y además un grupo rabitol (una versión de caden abierta de ribosa , con el carbono aldehído reducido a nivel de alcohol)

Corresponde a una de las rutas oxidativas centrales de la respiración, es el proceso mediante el cual se catabolizan todos los combustibles metabólicos (H. de C, lípidos proteínas) en los organismos y tejidos aerobios.

El ciclo actúa en dos fases:

1.- Adición de una porción de dos átomos de carbono (acetil CoA) a un compuesto de cuatro carbonos (oxalacetato) para dar un anión inorgánico de seis cabonos, el citrato, seguido de la pérdida de dos carbonos en forma de CO2

2.- Regeneración del oxalecetato.

CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICO

FASES DEL CICLO DEL A. CÍTRICO: Fase 1 Introducción y pérdida de 2 átomos de Carbono

Paso 1: Introducción de 2 carbonos en forma de Acetil CoA. (Citrato sintasa)

Paso 2: Isomerización del citrato.

Paso 3: Generación de CO2 por una deshidrogenasa ligada al NAD+

Paso 4: Generación de un segundo CO2 por un complejo multienzimático (α-cetoglutarato deshidrogenasa)

FASES DEL CICLO DEL A. CÍTRICO: Fase 1 Introducción y pérdida de 2 átomos de Carbono

FASES DEL CICLO DEL A. CÍTRICO: Fase 2 Regeneración del Oxalacetato

Paso 5: Fosforilación a nivel del sustrato (Succinil CoA sintasa)

Paso 6: Deshidrogenación dependiente de flavina (Succinato deshidrogenasa)

Paso 7: Hidratación de un doble enlace carbono-carbono (fumarato hidratasa)

Paso 8: Deshidrogenación que regenera el oxalacetato (malato deshidrogenasa)

ENERGÉTICA DEL CICLO DEL ACIDO CÍTRICO

Con una vuelta del ciclo:

Genera un fosfato de energía elevada a

través de una fosforilación a nivel del

sustrato, más tres NADH y un FADH2 para su posterior reoxidación

CONTROL DEL CICLO DEL ACIDO CÍTRICO

El flujo del ciclo se controla mediante interacciones alostéricas , no obstante las concentraciones de los sustrato desempeñan un papel crucial.

El factor más importante que controla la actividad del ciclo es la realción intramitocontrial [ NAD+] respecto al [NADH] .

El NADH es un sustrato de tres enzimas del ciclo. En las condiciones en las que disminuye la relación [ NAD+] / [NADH] . La baja concentración de NAD+ puede limitar las actividades de estas deshidrogenasas.

El flujo a través del ciclo cítrico es sensible al estado energético de la célula, a través de una activación alostérica

de la isocianato deshidrogenasa por el ADP, al estado redox de la célula, a través de la limitación de la velocidad de flujo

causada cuando desciende el [ NAD+] intramitocontrial y la disponibilidad de compuestos de energía elevada mediante la inhibición de enzimas relevantes por la acetil-CoA o la succinil

CoA

TRANSPORTE ELECTRÓNICO

En esta etapa se produce la reoxidación de los transportadores electrónicos reducidos, generando así la mayor parte de la energía necesaria para la síntesis del ATP.

Los procesos de reoxidación se generan mediante proteínas de transporte electrónico, unidas a la membrana mitocondrial interna.

Organismo AerobiosTransferencia escalonada de electrones desde los transportadores hasta el O2

NADH y FADH2

O2

e- e

-e-

Para entender las oxidaciones es necesario conocer el escenario donde ocurren y

también la química de las reacciones redox.

•La Mitocondria

•Reacciones de oxido – reducción.

MITOCONDRIA

-El plegamiento de la membrana interna genera las crestas mitocondriales

En ellas se encuantran las proteínas transportadoras que forman la cadena respiratoria.

(5 complejos multienzimáticos)

-Complejo I o NADH deshidrogenasa

-Complejo II o Succinato conezima Q oxidorreductasa

-Complejo III o Coenzima Q-citocromo c oxidorreductasa

-Complejo IV o Citocromo oxidasa

-Complejo V o ATP sintasa.

OXIDACIONES Y GENERACIÓN DE ENERGÍA

El transporte electrónico biológico consiste en una serie de oxidaciones y reducciones ligadas, o reacciones redox.

En una reacción tipo redox existe:

Compuesto reducido (donador e-)

Compuesto oxidado + e-

Fe 2+ Fe 3+ + e-

Una reacción redox completa debe mostar como reactante un aceptor electrónico, que se reduce al ganar electrones. De los dos sustratos, el donador electrónico es el reductor, que se oxida mediante la transferencia de electrones al otro sustrato, que es el oxidante.

Reductor + Oxidante Reductor oxidado + Oxidante reducido

Cu+ + Fe 3+ Cu 2+ + Fe 2+

E0Potencial de Reducción Estándar, cuyo estándar corresponde al electrodo de hidrogeno estándar en una célula elctroquímica

Corresponde a la tendencia de un donador electrónico a reducir a su aceptor conjugado, en condiciones

estándar (25°C y las [ ] del donador y aceptor a 1M)

a) Cuanto mayor es el valor del Potencial de reducción estándar, para una pareja redox, más furte es como oxidante el aceptor electrónico de esa pareja.

b) Al incluir dentro de las condiciones estándares, el pH 7, el término se modifica por que es el potencial de reducción estándar medido a pH 7.

E0E’ 0

POTENCIALES DE REDUCCIÓN ESTÁNDAR DE INTERÉS EN BIOQUÍMICA

TRANSPORTADORES ELECTRÓNICOS

Se ha observado que el valor del Potencial de Reducción estándar medido a pH 7 de cada transportador, aumenta en el mismo orden que la secuencia de su uso en el transporte electrónico

TRANSPORTADORES ELECTRÓNICOS

1.- Complejo I o NADH y NADH deshidrogenasa

- Oxida el NADH

- Poseen un mononucleótido de flavina (FMN) como grupo complementario.

- Es un complejo grande formado por múltiples subunidades y que contiene algunos centro de HIERRO-AZUFRE que transportan los electrones a otro transportador respiratorio…….Coenzima Q.

2.- Complejo II o NADH y NADH deshidrogenasa

-Lleva electrones hacia la cadena respiratoria, no sólo del NADH sino también desde el succinato y de intermediarios de la oxidación de ácidos grasos.

-La succinato deshidrogenasa utiliza la coenzima FAD, por lo tanto puede transferir electrones directamente del FADH2 unidos a otros transportadores unidos a la membrana

- Transfiere electrones a través de los centro HIERRO AZUFRE a la coenzima Q

COMPLEJO I Y II

3.- Complejo III o Coenzima Q-citocromo c oxidorreductasa

Complejo IV o Citocromo oxidasa

- Grupo de hemoproteínas rojas o pardas.

-Las principales son b, c, a.

-Se subdividen en:

Cit. bb1

b2

b3

Cit. CC

C1Cit. a

a

a 3

Poseen el grupo hemo de la hemoglobina, en c y c1 el hemo está ligado covalentemente al componente proteico por un enlace tioéster.

Posee una forma de hemo modificada

denominada hemo A

a y a3 componen el complejo V, que cataliza el último paso del transporte electrónico, la de rucción del agua.

Por lo tanto, los transportadores respiratorio electrónicos son:

• NAD+

•Las Flavinas

•Los centros hierro-azufre

•Coenzima Q

•Citocromos.

LANZADERAS METABÓLICAS

El proceso involucra:

1. Reducción del sustrato por el NADH en el citoplasma

2. Paso del sustrato reducido a la matriz mitocondrial a través de una enzima de transporte específico

3. Reoxidación de ese compuesto en el interior de la matriz y el paso del sustrato oxidado de vuelta hacia el citoplasma.

Ejemplos de lanzaderas:

- Dihidroxiacetona fosfato 7 glicerol 3-fosfato (DAHP)

- Malato / Aspartato

Equivalentes Reductores

¿Cómo la energía generada en el transporte electrónico se hace disponible para la

generación de ATP?

FOSFORILACIÓN OXIDATIVA

EFICACIA DE LA FOSFORILACIÓN OXIDATIVA

Relación O / P: Número de moléculas de ATP sintetizadas por par de electrones transportados por la cadena transportadora de electrones.

Tres reacciones de la cadena respiratoria son lo suficientemente exergónicas como para impulsar la síntesis de ATP:

Oxidación del FMNH2

Oxidación Citocromo b

Reacción de la Citocromo Oxidasa

Impulsan la síntesis del ATP a partir de

ADP

Cada una de estas tres reacciones se consideró un lugar de acoplamiento para la síntesis de ATP

Complejo V o ATP sintasa

-Encargado de la síntesis de ATP

-Posee un canal protónico y la enzima que sintetiza el

ATP.

-Formado por un nudo F1 y una base F0

MECANISMO DE LA FOSFORILACIÓN OXIDATIVA

Acoplamiento Quimiosmótico

El acoplamiento quiomiosmótico indica el establecimiento de un gradiente de protones transmembrana para impulsar los procesos

endergónicos

CONTROL RESPIRATORIO

La fosforilación oxidativa sólo puede producirse en presencia de cantidades adecuadas de sus sustratos.

Su control no es por mecanismos alostéricos, sino por la disponibilidad del sustrato. Estos son:

ADP O2Pi NADH y/o FADH2

La respiración está estrechamente acoplada con la síntesis de ATP

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