Cadena respiratoria y fosforilación oxidativa

Tamaño: px

Comenzar la demostración a partir de la página:

Download "Cadena respiratoria y fosforilación oxidativa"

Ana Isabel Cortés Álvarez
hace 5 años
Vistas:

Cadena respiratoria y fosforilación oxidativa Combustible O 2 Proporcionados por la circulación sanguínea Flujo de electrones desde el NADH y FADH 2 al oxígeno.

1 Cadena respiratoria y fosforilación oxidativa Combustible O 2 Proporcionados por la circulación sanguínea Flujo de electrones desde el NADH y FADH 2 al oxígeno. A través de cuatro complejos proteicos embebidos en la membrana mitocondrial interna En su conjunto se denomina Cadena Respiratoria o cadena de transporte de electrones NADH + ½ O 2 + H+ H 2 O + NAD + ΔG o = -220,1 KJ/mol (-52,6 kcal/mol) La reducción del oxígeno molecular por NADH y FADH 2 es un proceso muy exergónico

2 Cadena respiratoria y fosforilación oxidativa Hombre sedentario de 70 kg, requiere 8400 kj (2000 kcal) para su actividad diaria Necesita 83 kg de ATP Pero sólo tenemos 0.25 kg de ATP en un momento dado se resuelve reciclando el ADP a ATP, principalmente por medio de la Fosforilación Oxidativa Cada molécula de ATP se recicla unas 300 veces al día

Fundamento de la fosforilación oxidativa Matriz Membrana flujo de e- exergónico (ΔG o = -220,1 KJ/mol (-52,6 kcal/mol) acoplamiento con bombeo endergónico de H + desde la matriz mitocondrial al

3 Fundamento de la fosforilación oxidativa Matriz Membrana flujo de e- exergónico (ΔG o = -220,1 KJ/mol (-52,6 kcal/mol) acoplamiento con bombeo endergónico de H + desde la matriz mitocondrial al citoplasma (la energía se transforma) la distribución desigual de H + genera un gradiente de ph y un potencial eléctrico transmembrana que crea una fuerza protón-motriz. el ATP es sintetizado cuando los protones vuelven a la matriz mitocondrial mediante un complejo enzimático. ADP+ P i + H + ATP + H 2 0 ΔG o = kj/mol (7.3 kcal/mol)

4 Cadena respiratoria y fosforilación oxidativa Etapa culminante del metabolismo oxidativo, donde la energía de oxidación dirige la síntesis de ATP la generación de electrones de alto potencial de transferencia en el Ciclo de Krebs su flujo a través de la cadena respiratoria Respiración celular la síntesis de ATP Tiene lugar en la mitocondria Numerosas mitocondrias en cada célula, cada una de ellas con la membrana interna formando numerosas crestas. En un ser humano existen unos 14000m 2 de membrana interna mitocondrial (tres canchas de fútbol americano!!!)

Bioquímica de la Mitocondria Membrana externa Permeable a las pequeñas moléculas y iones (pasan por canales llamados porinas) Membrana interna Impermeable a la mayoría de las pequeñas moléculas e

5 Bioquímica de la Mitocondria Membrana externa Permeable a las pequeñas moléculas y iones (pasan por canales llamados porinas) Membrana interna Impermeable a la mayoría de las pequeñas moléculas e iones, incluyendo H+. Contiene - Complejos proteicos encargados del transporte de electrones (Complejo I-IV) -Translocasas de ADP y ATP - ATP sintasa (F o F 1 ) -Otros transportadores (piruvato, citrato) Dominio Público. Animal mitochondrion diagram en.svg by Mariana Ruiz (LadyofHats) Author Aibdescalzo Matriz contiene - Complejo Piruvato Deshirogenasa - Enzimas del ciclo de Krebs - Enzimas de la beta-oxidación - Enzimas de la oxidación de aminoácidos - DNA, ribosomas - Otras enzimas - ATP, ADP, Pi, Mg2+, Ca2+, K+ - varios otros metabolitos intermediarios

6 La fosforilación oxidativa depende del transporte electrónico el potencial de transferencia electrónica de un electrón se mide como potencial redox en la fosforilación oxidativa el potencial de transferencia de electrones del NADH o FADH 2 se convierte en el potencial de transferencia de grupos fosforilo del ATP Un agente fuertemente reductor como el NADH o el FADH 2 está obligado a ceder electrones y tiene un potencial de reducción negativo. Un agente fuertemente oxidante (como el oxígeno) está dispuesto a aceptar electrones y tiene un potencial de reducción positivo. Potencial de transferencia de electrones o potencial de reducción o potencial de óxido-reducción E o

7 el potencial de reducción para el par H+/ H 2 es cero voltios, por definición Un potencial de reducción negativo indica que la forma reducida de una sustancia tiene menos afinidad hacia los electrones que el H 2 Un potencial de reducción positivo indica que la forma reducida de una sustancia tienen más afinidad hacia los electrones que el H 2. El incremento de energía libre estándar ΔG o está relacionado con el incremento del potencial de reducción ΔE o mediante la expresión Δ G o =-nfδe o

8 Una diferencia de potencial de 1,14 voltios ente el NADH y el O 2 impulsa el transporte de electrones a través de la cadena y permite la formación de un gradiente de protones

9 Cuanta energía se libera durante la reducción del O 2 por el NADH? Δ G o =-nfδe o ½ O 2 + 2H + + 2e- H 2 O NAD + + H + + 2e- NADH E o =+0.82 v E o=-0.32 v ½ O 2 + 2H + + 2e- H 2 O E o =+0.82 v NADH NAD + + H + + 2e- E o=+0.32 v ½ O 2 + NADH + H + H 2 O + NAD ΔG o = kj/mol La energía liberada se utiliza para generar un gradiente de protones que será utilizado para la síntesis de ATP para el transporte de metabolitos a través de la membrana mitocondrial (ADP, ATP. Pi )

La cadena respiratoria está formada por cuatro complejos: tres bombas de protones y una conexión física con el ciclo de Krebs http://commons.

10 La cadena respiratoria está formada por cuatro complejos: tres bombas de protones y una conexión física con el ciclo de Krebs Los electrones fluyen por un gradiente de energía desde el NADH /FADH 2 al O 2.

11 Complejo enzimático Complejo I NADH-Q oxidorreductasa Complejo II succinato-q reductasa. Complejo III Q-citocromo c oxidorreductasa Complejo IV citocromo c oxidasa Masa (kda) Subunidades Cofactor o grupo prostético > FMN Fe-S FAD Fe-S Hemo b H Hemo b L Hemo c 1 Fe-S Hemo a Hemo a 3 Cu A y Cu B

12 Flavina mononucleótido (FMN) Las proteínas que contienen FMN se denominan flavoproteínas Intermediario semiquinona Flavina mononucleótido (reducido) (FMNH 2 ) Flavina mononucleótido (oxidado) (FMN) Puede existir también en forma de semiquinona, entonces puede transportar un electrón o dos En Complejo I

13 Agrupaciones hierro-azufre Cada una de estas agrupaciones puede llevar a cabo reacciones de oxido reducción Los iones Fe alternan ente los estados Fe 2+ (reducido) a Fe 3+ (oxidado) En Complejo I, II, III Las proteínas que contienen Fe-S se denominan proteínas con hierro no hemo

14 HEMO

15 Los electrones se trasladan de un complejo hasta el siguiente mediante transportadores electrónicos móviles Cómo salen los electrones de los complejos?

16 La coenzima Q o ubiquinona (quinona ubicua en los sistemas biológicos) Molécula orgánica hidrofóbica que difunde con rapidez en la membrana Tres estados de oxidación Q.- (ion radical semiquinona) Q (ubiquinona) QH (semiquinona) Forma reducida QH 2 ubiquinol En las quinonas, las reacciones de transferencia de electrones están acopladas a la unión y liberación de protones, una propiedad clave a la hora de transportar H+ a través de la membrana

Los citocromos: el citocromo c es el móvil proteínas pequeñas transportadoras de electrones contiene grupos hemo absorben la luz visible El citocromo c soluble interacciona en forma electrostática

17 Los citocromos: el citocromo c es el móvil proteínas pequeñas transportadoras de electrones contiene grupos hemo absorben la luz visible El citocromo c soluble interacciona en forma electrostática con la superficie externa de la membrana mitocondrial interna grupo hemo unido covalentemente sólo puede aceptar un electrón El citocromo a y b en cambio es integral de membrana

enzima por el interior hidrofóbico de la membrana NADH NAD+ http://commons.wikimedia.

18 Los electrones de alto potencial del NADH entran en la cadena respiratoria por la NADH-Q oxidorreductasa (complejo I) Complejo I 4H + Espacio intermembrana 2e - Q Matriz N-2 Fe-S FMN 2H+ QH 2 La Q reducida (QH 2 o ubiquinol) abandona la enzima por el interior hidrofóbico de la membrana NADH NAD+ La reacción global parece ser: NADH + Q + 5H + matriz NAD+QH 2 +4H + espacio intermembrana

19 El ubiquinol o QH 2 es el punto de entrada para los electrones procedentes del FADH2 los electrones del FADH 2 producido en el Ciclo de Krebs entra son cedidos a la quinona (Q) desde el complejo II (succinato-q-reductasa) La succinato deshidrogenasa del Ciclo de Krebs, forma parte del complejo II Los electrones del FADH 2 se transfieren a centros Fe-S y de allí a la Q para formar QH 2 (ubiquinol) El complejo II NO bombea H+ (se forma menos ATP a partir de la oxidación de de FADH 2 que a partir de NADH) La glicerol fosfato deshidrogenasa (oxidación de la hidroxiacetona fosfato) La acil-coa deshidrogenasa de ácidos grasos (oxidación de ácidos grasos) transfieren de forma similar sus electrones de alto potencial desde el FADH 2 a Q para dar QH 2 Estas enzimas tampoco bombean protones

siguiente link http://commons.wikimedia.org/wiki/file:theqcycle.gif http://commons.wikimedia.org/wiki/file:complex_iii.png http://commons.wikimedia.org/wiki/file:complex_iii_reaction-es.

20 Los electrones fluyen desde el ubiquinol (QH 2 ) al citocromo c a través de la Q-citocromo c oxidoreductasa (complejo III) El ciclo Q que ocurre en el complejo III canaliza los electrones desde un transportador de dos electrones a uno de un electrón y bombea protones Para ver el ciclo animado entrar al siguiente link Denominada también complejo citocromo reductasa y citocrobo bc1 reductasa QH 2 + 2Cit c oxid +2H + matriz Q + 2 Cit c red + 4 H + citoplasma

La citocromo c oxidasa (complejo IV o citocromo aa 3 ) cataliza la reducción del oxígeno molecular a agua Cataliza la transferencia de electrones desde la forma reducida del citocromo c al aceptor

21 La citocromo c oxidasa (complejo IV o citocromo aa 3 ) cataliza la reducción del oxígeno molecular a agua Cataliza la transferencia de electrones desde la forma reducida del citocromo c al aceptor final el oxígeno La necesidad de O 2 para esta reacción es lo que hace aeróbicos a los organismos aeróbicos El cobre alterna entre la forma Cu+ reducida (cuproso) y la forma Cu2+ oxidado 4 Cyt c red + 8 H + matriz + O 2 4 Cyt c ox + 4 H + especio interm. + 2 H 2 O

22 El ciclo de Krebs no es la fuente única del NADH mitocondrial Lanzadera de glicerol 3-fosfato NADH de la Oxidación de ácidos grasos en la mitocondria NADH de la glucólisis en el citoplasma cómo entra a la mitocondria? Dihidroxiacetona fosfato Glicerol-3-fosfato Deshidrogenasa citoplasmática Glicerol-3-fosfato Deshidrogenasa Mitocondrial unida a la membrana Glicerol 3-fosfato Citoplasma Matriz en cerebro y músculo esquelético

23 Lanzadera aspartato malato en corazón, hígado y riñones

Los organismos anaerobios tienen una cadena de transporte electrónico modificada, adaptada a la utilización de otros aceptores finales de electrones Como el

24 Los organismos anaerobios tienen una cadena de transporte electrónico modificada, adaptada a la utilización de otros aceptores finales de electrones Como el nitrato (ej. Pseudomonas) NO 3 NO 2 N 2

25 Los inhibidores de la cadena respiratoria permiten confirmar experimentalmente la secuencia de reacciones de transferencia de electrones Rotenona y amital Antimicina A CN-, N3-, CO

Documentos relacionados

Cadena de transporte de electrones y Fosforilación oxidativa

Cadena de transporte de electrones y Fosforilación oxidativa Etapas del catabolismo celular Respiración celular: Procesos moleculares mediante los cuales la célula consume O 2 y produce CO 2. Anatomía