Capítulo 13 de Bioquímica, Harper. Cadena Respiratoria y Fosforilación Oxidativa.Descripción completa
Inhibidores y desacopladores de la cadena respiratoria - bioquímicaDescripción completa
Descripción: CADENA RESPIRATORIA
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La vía final común, de todas las rutas metabólicas acopladas para la generación de energía, es la cadena respiratoria, que consiste en un proceso de transporte de electrones a partir de complejos p...Descripción completa
Descripción: Caballos
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fisiología de la respiración, indice de autentifica, etcDescripción completa
Los carbohidratos, ácidos grasos, aminoácidos y algunas otras sustancias, sufren oxidaciones en el organismo. Estos sistemas están constituidos por proteínas solo o con cofactores : grupos p…Descripción completa
Los carbohidratos, ácidos grasos, aminoácidos y algunas otras sustancias, sufren oxidaciones en el organismo. Estos sistemas están constituidos por proteínas solo o con cofactores : grupos p…Descripción completa
12/04/2012
CADENA RESPIRATORIA y FOSFORILACIÓN OXIDATIVA
Moléculas combustibles orgánicas
En organismos QUIMIOTRÓFICOS:
NAD+ y FAD NADH y FADH 2
OXIDACIÓN FINALIDAD: Cadena de transportadores electrónicos ADP + Pi
Reoxidar las coenzimass NADH ó coenzima FADH2 reducidas en las reacciones oxidativas previas
ATP
O2
H2O
Cátedra de Bioquímica FOUBA
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CITOPLASMA
Procesos oxidativos
ATP
Cofactores reducidos NADH +
Desaminación
H+
NH3
e-
FADH2
CO2
e- e
Reoxidación de los cofactores reducidos
MITOCONDRIA
e-
ATP Cátedra de Bioquímica FOUBA
MITOCONDRIA: etapa final de la oxidación de los nutrientes (1948)
Albert L. Lehninger 1917-1986 Cátedra de Bioquímica FOUBA
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REOXIDACIÓN DE COFACTORES REDUCIDOS EN LA CADENA RESPIRATORIA NADH FADH2
NAD+ FAD
e Transportadores electrónicos
O2
Cátedra de Bioquímica - FOUBA
CADENA DE TRANSPORTADORES ELECTRÓNICOS: los complejos y sus grupos prostéticos FMN Complejos Fe-S FAD Complejo II Succinato-ubiquinona reductasa Complejo Fe-S Cit b Complejo III Ubiquinol citocromo c reductasa Cit c1 Complejo Fe-S Cit a Cit a3 Complejo IV Citocromo c oxidasa 2 Cu++ Cátedra de Bioquímica - FOUBA Complejo I
NADH-ubiquinona reductasa
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ORGANIZACIÓN DE LOS TRANSPORTADORES ELECTRÓNICOS EN LA CADENA: complejos I, III y IV: proteínas integrales de membrana Coenzima Q: transportador móvil embebido en la MMI citocromo c: proteína periférica en la cara externa de la MMI
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FADH2 Cátedra de Bioquímica FOUBA
Flujo de
e-
Reducción y Oxidación de transportadores Gradientes de reducción crecientes
Agentes reductores fuertes Cátedra de Bioquímica - FOUBA
Agente oxidante fuerte
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NADH y FADH2 ceden e- a la cadena, su pasaje de un transportador a otro
libera energía
FADH2
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VÍA DE FLUJO DE ELECTRONES NADH complejo I
Liberación de Energía
Q complejo III complejo II FADH2
cit c complejo IV Cátedra de Bioquímica FOUBA
O2 5
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La liberación de E libre que
acompaña al flujo de e-
impulsa el bombeo de H+ Cátedra de Bioquímica FOUBA
a través de la MMI desde la matriz hacia el espacio intermembrana
El gradiente electroquímico resultante se utiliza para sintetizar ATP en un complejo proteico transmembrana y los H+ fluyen nuevamente hacia la matriz
Cátedra de Bioquímica FOUBA
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FLUJO DE e-: parten de un nivel energético alto van cediendo energía a medida que avanzan a lo largo de la cadena cada complejo tiene mayor afinidad por los electrones que el anterior pasan secuencialmente de uno al otro hasta que son transferidos al O 2 que es el de mayor afinidad por los electrones y se reduce formando H2O • •
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•
LOS e- FLUYEN DE ACUERDO AL POTENCIAL DE REDUCCIÓN CRECIENTE •
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Los potenciales redox (E°´) de los componentes de la cadena respiratoria NADH2 - 320 mV FMNH2 - 280 mV Fe-S (Complejo I) - 270 mV FADH2 - 10 mV Los superiores en la tabla Fe-S (Complejo II) 20 mV a los Ubiquinol (UQH2) 60 mV reducen inferiores Citocromo bk 40 mV Citocromo bT 190 mV Citocromo c (+c1) 230 mV Citocromo a+a3 380 mV Cátedra de Bioquímica Oxigeno 820 mV FOUBA
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Desde el NADH hasta el O 2 hay 3 descensos importantes de energía libre:
en el cj I, III y IV NADH
FADH2
Que aportan suficiente energía para sintetizar
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ATP
DESCENSOS de E libre que GARANTIZAN la SÍNTESIS de ATP
Cátedra de Bioquímica FOUBA
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FINALIDAD DE LA CADENA RESPIRATORIA 1) Reoxidación de las coenzimas reducidas: NADH y FADH2 2) SÍNTESIS
de ATP
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FOSFORILACIÓN OXIDATIVA: ES EL MECANISMO POR EL CUAL
LA DISMINUCIÓN DE ENERGÍA LIBRE QUE ACOMPAÑA AL FLUJO DE ELECTRONES A LO LARGO DE LA CADENA RESPIRATORIA SE ACOPLA A LA SÍNTESIS DE ATP
Cátedra de Bioquímica FOUBA
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SÍNTESIS de ATP por ATP sintasa Prem io No bel d e qu í m ica en 19 97 “por el descubrimiento del mecanismo enzimático involucrado en la síntesis de ATP”
John Walker
Paul Boyer Cátedra de Bioquímica FOUBA
ACOPLAMIENTO entre: TRANSPORTE ELECTRÓNICO y FOSFORILACIÓN OXIDATIVA
ATP sintetasa Cátedra de Bioquímica FOUBA
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Complejo enzimático que cataliza la síntesis de ATP a partir de ADP y Pi, acompañado del flujo de H+ desde el espacio intermembrana (EIM) a la matriz Está formado por dos componentes: F1: una proteína periférica de membrana (
3 3
)
F0: una proteína integral (poro de H+) (ab2c10-12) Subunidad c (de F0) forman 2 círculos concéntricos La subunidad pasa a través del centro esférico 3 3 Subunidad y (de F1) se unen firmemente al anillo de subunidad c
Organización de la ATP sintetasa Cátedra de Bioquímica - FOUBA
Las translocación de H+ a través del poro F0 provoca que el cilindro de subunidad c y la subunidad adjunta, roten alrededor del eje de perpendicular al plano de la membrana)
El pasaje de H+ a través de F 0 provoca cambios conformacionales de la subunidad de la F1-ATPasa El proceso endergónico de rotación de la sub. es impulsado por el proceso exergónico de la translocación de H+
Funcionamiento de la ATP sintetasa Cátedra de Bioquímica - FOUBA
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RENDIMIENTO ENERGÉTICO de la REOXIDACIÓN de: por cada mol de NADH que se oxida, se sintetizan 3 moles de ATP (cj I, III y IV) por cada mol de FADH 2 que se oxida, se sintetizan 2 moles de ATP (cj III y IV) •
•
ATP
NADH
ATP
FADH2 ATP
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¿Cuál será el destino del ATP generado por el acoplamiento de la cadena respiratoria y la fosforilación oxidativa? Cátedra de Bioquímica FOUBA
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Oxidación de coenzimas reducidas (NADH ó FADH2) por el O2
proceso exergónico NADH + ½ O2 + H+ ADP + Pi + H+
H2O + NAD+ ATP + H2O
∆Gº = -52,6 kcal/mol ∆Gº = +7,3 kcal/mol
el ADP captura E libre de los procesos catabólicos para generar ATP que luego será utilizado por las células para procesos de síntesis, transporte de moléculas, contracción muscular, etc.
ATP + H2O
ADP + Pi + H+
∆Gº = -
7,7 kcal/mol
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¿Cómo se explica este acoplamiento entre la reoxidación de las coenzimas y la síntesis de ATP?
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TEORÍA DEL ACOPLAMIENTO QUIMIOSMÓTICO Prem io No bel d e Quím ic a en 1978
“por su contribución a la comprensión de la transferencia de energía a través de la formulación de la teoría quimiosmótica"
Peter Mitchell 1920-1992
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 (1961) Cátedra de Bioquímica FOUBA
POSTULADOS DE LA HIPÓTESIS QUIMIOSMÓTICA
El transporte de e- a través de la cadena respiratoria está asociado al transporte de H+ desde la matriz hacia el espacio intermembranas La membrana interna es impermeable a los H + 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 l a síntesis de ATP El flujo de H+ a favor de su gradiente electroquímico proporciona la energía libre para la síntesis de ATP. Las concentraciones de 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 a partir de ADP y de Pi, por acción de la F1-ATPasa de la membrana mitocondrial Cátedra de Bioquímica FOUBA
H+ La transferencia de electrones a través de la cadena respiratoria produce un bombeo de H+ desde la matriz hacia el espacio intermembrana generando un gradiente electroquímico a través de la MMI, que se disipa por el retorno pasivo de éstos a través de un poro de H+ (F0) asociado a la ATP sintetasa Cátedra de Bioquímica asociado a la síntesis de ATP FOUBA •
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ACOPLAMIENTO: CADENA RESPIRATORIA Y FOSFORILACIÓN OXIDATIVA
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LA FOSFORILACIÓN OXIDATIVA depende del aporte continuo de ADP -3 y PO4H-2 para la síntesis de ATP-4 que luego debe ser transportado hacia el citosol
¿cómo se produce el transporte de estos iones? Cátedra de Bioquímica FOUBA
TRASLOCASAS ADP/ATP traslocasa Fosfato traslocasa
Cátedra de Bioquímica FOUBA
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CONTROL RESPIRATORIO flujo de electrones
Fosforilación de ADP
La magnitud del consumo de O 2 mitocondrial está regulado por los niveles de ADP y P i = sustratos de la fosforilación oxidativa Cátedra de Bioquímica FOUBA
AGENTES QUE INTERFIEREN CON LA FOSFORILACIÓN OXIDATIVA
Desacoplantes de la cadena respiratoria Inhibidores de la fosforilación oxidativa
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INTERFIEREN CON LA FOSFORILACION OXIDATIVA: Tipo de interferencia
Compuesto Blanco Cianuro CO
Inhibición de la transferencia electrónica
Antimicina A Rotenona Amital
Inhibición de la ATP sintetasa
Oligomicina Carbonil-cianuro Fenilhidrazona
Desacoplamiento de la Dinitrofenol Fosforilación y el Valinomicina transporte electrónico Cátedra de Bioquímica - FOUBA
Proteína Desacopladora (termogenina)
Modo de acción Inhiben la citocromooxidasa Bloquea la transferencia electrónica desde el cit b al cit c1 Impiden la transferencia electrónica desde un centro Fe-S a la ubiquinona Inhibe F0 y CF0 Acarreadores hidrofóbicos de Protones Ionóforo del K + Forma poros conductores de H+ en la MMI del tejido adiposo pardo
EL CASO DE LA TERMOGENINA Relación entre tejido adiposo y termogénesis
Proteína que se comporta como un desacoplante natural Permite el pasaje de H+ desde el espacio intermembrana a la matriz sin pasar por F1-F0 •
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Cátedra de Bioquímica FOUBA
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REOXIDACIÓN del NADH citosólico El NADH generado en el citosol durante la glucólisis DEBE SER REOXIDADO El NADH no puede atravesar la MMI necesita una ruta indirecta: MECANISMO de LANZADERAS Cátedra de Bioquímica FOUBA
LANZADERA DEL MALATO ASPARTATO –
Mitocondrias de hígado y corazón
Por cada NADH citosólico que se reoxida
un NAD+ se reduce y rinde 3 ATP por FO Cátedra de Bioquímica FOUBA
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LANZADERA DEL GLICEROL 3- FOSFATO Mitocondrias de músculo esquelético y cerebro
Por cada NADH citosólico que se reoxida
un FAD se reduce, pasa a la CoQ y rinde 2 ATP por FO Cátedra de Bioquímica FOUBA
BALANCE DE LA OXIDACIÓN COMPLETA DE 1 MOLÉCULA DE GLUCOSA
