CLASE: FOSFORILACIÓN OXIDATIVA OXIDATIVA Introducción. Las mitocondrias Las mitocondrias mitocondrias son orgánulos orgánulos que están están separa separados dos del resto resto del citopl citoplasm asma a por dos membranas. La que está en contacto con el cito citop plasm lasma a se conoc onoce e como omo membr embra ana externa. Esta rodea a otra membrana, llamada membra membrana na inter interna. na. La parte parte inter interna na de esta esta última membrana limita el espacio interno de las las mito mitoco cond ndri rias as que que se deno denomi mina na matr matriz iz mitocondri mitocondrial. al. La membrana membrana interna interna presenta presenta invaginaciones invaginaciones hacia la matriz mitocondrial que se conocen como crestas mitocondriales. Dada la pre presenc sencia ia de dos dos membr embra anas, en las mitoco mitocondr ndria ias s hay dos espac espacios ios.. El que que está está entre entre la membra membrana na inter interna na y la exter externa, na, el espacio intermembranal, y fnalmente, el otro espacio lo orma la matriz mitocondrial!
"oda "oda la energ#a energ#a útil liberada durante la oxidaci oxidaci$n $n de los nutrimen nutrimentos tos energ%tic energ%ticos os se aprovecha en las mitocondrias ba&o la orma de equivalentes reductores 'hidr$ge $geno o electrones(. El más importante de los sistemas de $xido)reducci$n en las c%lulas es la cadena respiratoria respiratoria que es un sistema de transerencia de hidr hidr$g $gen enos os y elec electr tron ones es cata catali liza zada da por por prote prote#na #nas s enzimá enzimátic ticas as orden ordenada adas s en orma orma secu secuen enci cial al en la memb membra rana na mito mitoco cond ndri rial al interna. El número de mitocondrias de un te&ido es var variable able y re*e& e*e&a a el grado ado de activ tividad idad metab$lica aer$bica del mismo. Los eritrocitos carecen de mitocondrias. El te&ido cardiaco es un te&ido muy aer$bico, as# como tambi%n el h#gado. La mitoco mitocondr ndria ia contie contiene ne las enzima enzimas s que median el proceso ormador de +", incluidas la piruvato deshidrogenasa, las enzimas del ciclo del ácido c#trico, las enzimas que catalizan la oxidaci$n de los ácidos grasos y las enzimas y las las prot prote# e#na nas s redox dox invo involu lucr cra adas das en el tran transp spor orte te de elec electr tron ones es y la os osor oril ilac aci$ i$n n oxidativa.
La membrana interna de las mitocondrias a die dierrencia ncia de la memb membrrana ana externa erna es prác prácti tica came ment nte e impe imperm rmea eabl ble e a sust sustan anci cias as polar polares. es. Existe Existen n prote prote#na #nas s transp transport ortado adora ras s espec# espec#fca fcas s que permit permiten en el paso paso en orma orma controlada. "odos "odos los organismos requieren requieren energ#a para vivir, y el único tipo de energ#a que los seres vivos utilizan, utilizan, directa directa o indire indirectame ctamente, nte, es la que se encuentra en el +". En otras palabras, el +" es la moneda con la que se pagan todos los los proc proces esos os ende enderg rg$n $nic icos os que que ocur ocurrren en todos los organismos vivientes. El +" es una mol% mol%cu cula la relat elativ ivam amen ente te simp simple le,, que que está está ormad ormada a por una adenina adenina,, una ribos ribosa a y tres tres osatos!
En todo momento de la vida de un orga organi nism smo o se llev llevan an a cabo cabo unc uncio ione nes s que que requi equier eren en ener energ# g#a, a, es deci decir, r, s#nte #ntesi sis s de prote prote#na #nas s o ácido ácidos s nuclei nucleicos cos,, transp transport orte e de iones a trav%s de sus membranas, transmisi$n nerviosa nerviosa,, absorci absorci$n $n de mol%culas mol%culas necesari necesarias, as, excreci$n de sustancias indeseables, contracci contracci$n $n muscular muscular.. -ormar -ormar el +" que se gasta constituye la unci$n undamental de las mitocondrias. En las mitocondrias, el sistema que aporta la energ#a para la s#ntesis de +", se conoce como cadena respiratoria o cadena de transporte de electro electrones. nes. La cadena cadena está ormada ormada por una serie serie de enzima enzimas s disea diseadas das para para acepta aceptarr y ceder electrones, o sea que su unci$n es la de reduc educir irse se 'ace 'acept ptar ar elec electr tron ones es(( y oxida xidars rse e 'per 'perde derr elec electr tron ones es(. (. El acep acepto torr fnal fnal de los los electrones que via&an por la cadena respiratoria es el ox#geno. De hecho, la mayor parte del ox#geno que se respira se usa para aceptar los electrones que pasan por la cadena respi espira rato tori ria/ a/ desp despu% u%s s de que que un átom átomo o de ox#geno recibe dos electrones, %ste reacciona con con dos dos prot proton ones es y orm orma a una una mol% mol%cu cula la de agua.
Importancia io!ó"ica d#! AT$ El +" es un nucle$tido que desempea una unci$n muy importante dentro de las c%lulas.
La elevada energ#a de hidr$lisis del +" es consecuencia de que su estructura sea muy improbable. Esto se debe a las cuatro cargas negativas tan pr$ximas, que originan repulsiones electroestáticas por el impedimento est%rico entre los átomos contiguos de ox#geno, y por los enlaces osoanhidro que difcultan las ormas resonantes. "odos estos actores son los responsables de que su hidr$lisis suponga un aumento de entrop#a, por conducir a ormas más estables para liberar tensi$n. El 0123 resultante de la hidr$lisis del +" var#a en unci$n de c$mo transcurra la hidr$lisis. La hidr$lisis de los dos primeros osorilos, unidos por enlace osoanhidro, presenta un valor de 0123 mucho menor 'más negativo( que la hidr$lisis del osorilo unido por enlace oso%ster. Es decir, el +" y el +D son compuestos ricos en energ#a, mientras que el +4 y el piroosato inorgánico 'i( no pueden ser considerados como tales. La hidr$lisis más recuentemente utilizada en los acoplamientos energ%ticos con reacciones enderg$nicas es la de +" a +D y i. 5in embargo, cuando se requiere impulsar una reacci$n muy enderg$nica, la reacci$n que se utiliza es la hidr$lisis de +" a +4 y i, debido no al 0123 que es muy similar, sino a la posterior e inmediata escisi$n del i a trav%s de la enzima piroosatasa, que lo hidroliza a dos mol%culas de osato inorgánico 'i(. Esta hidr$lisis del +" es utilizada, por tanto, en numerosas reacciones enderg$nicas entre las que se encuentran la bios#ntesis de biomol%culas, el transporte activo a trav%s de membranas celulares y en procesos como la contracci$n muscular. + su vez, el +" es producido a partir de las reacciones más exerg$nicas que se desarrollan en los procesos de degradaci$n de sustratos energ%ticos a partir de +D y i. El proceso de regeneraci$n del +" puede producirse por dos mecanismos! − osorilaci$n a nivel de sustrato − osorilaci$n oxidativa 'más importante(. +unque el +" es el compuesto rico en energ#a que se puede considerar más importante, no se debe olvidar el resto de nucle$tidos triosato '6"(, ya que aunque su actuaci$n no es tan generalizada, s# es espec#fca e imprescindible en determinados procesos metab$licos. +s#, por e&emplo, el triosato de uridina '7"(, participa en el metabolismo del gluc$geno, el triosato de guanidina '1"( en la bios#ntesis ribosomal de prote#nas o en las cascadas de transducci$n de
seales, o el triosato de citidina '8"( en la bios#ntesis de osol#pidos. El +" ocupa un lugar intermedio entre los compuestos ricos en energ#a que transferen grupos osorilo, ya que es capaz tanto de transerir dichos grupos como de aceptarlos en su s#ntesis. El 9,:)bisosoglicerato y el osoenolpiruvato 'E( son compuestos ricos en energ#a que transferen sus grupos al +D, que a su vez lo hará en su orma de +" a aquellos compuestos que lo requieran según las necesidades celulares, presentando por tanto un papel central en la transerencia de grupos en el interior de la c%lula.
Fos%ori!ación o&idati'a
La osorilaci$n oxidativa es la culminaci$n del metabolismo productor de energ#a en los organismos aer$bicos. "odos los pasos oxidativos en la degradaci$n de glúcidos, grasas y aminoácidos convergen en esta etapa fnal de la respiraci$n celular en la que la energ#a de la oxidaci$n impulsa la s#ntesis de +". En la osorilaci$n oxidativa se produce la reducci$n de ; < a =<; gracias a los electrones cedidos por el 6+D= y el -+D= <. Existen tres aspectos mecánicamente similares entre la oxidaci$n osorilativa y la otoosorilaci$n! 9. En ambos procesos interviene un *u&o de electrones a trav%s de una cadena de transportadores ligados a membrana <. La energ#a libre puesta a disposici$n por este *u&o de electrones >cuesta aba&o? 'exerg$nico( está acoplada al transporte >cuesta arriba? de protones a trav%s de una membrana impermeable a los protones, conservándose la energ#a libre de oxidaci$n de los combustibles metab$licos en orma de potencial electroqu#mico transmembrana. :. El *u&o transmembrana de protones a avor de su gradiente de concentraci$n mediante canales proteicos espec#fcos proporciona la energ#a libre para la s#ntesis de +", catalizada por un comple&o proteico asociado a la membrana 'la +" sintasa( que acopla el *u&o de protones a la osorilaci$n del +".
R#accion#s d# trans%#r#ncia d# #!#ctron#s #n !as mitocondrias: Las mitocondrias, al igual que las bacterias gram)negativas, tienen dos membranas. La membrana mitocondrial externa es ácilmente permeable a pequeas mol%culas e iones, que se mueven libremente a trav%s de canales
transmembrana compuestos por una amilia de prote#nas integrales de membrana llamadas porinas. La membrana interna es impermeable a la mayor#a de mol%culas pequeas e iones, incluido el prot$n '= @(/ las únicas especies que cruzan esta membrana lo hacen a trav%s de transportadores espec#fcos. La membrana interna alo&a a los componentes de la cadena respiratoria y la +" sintasa. La matriz mitocondrial, el espacio acotado por la membrana interna, contiene el comple&o de la piruvato deshidrogenasa y las enzimas del ciclo del ácido c#trico, de la ruta de la beta)oxidaci$n de los ácidos grasos y de las rutas de oxidaci$n de los aminoácidos, es decir, todas las rutas de oxidaci$n de combustibles excepto la gluc$lisis, que tiene lugar en el citosol. Debido a que la membrana interna tiene una permeabilidad selectiva, separa los intermediarios y enzimas de las rutas metab$licas citos$licas de las de los procesos metab$licos que se producen en la matriz. 5in embargo, el piruvato, los ácidos grasos y los aminoácidos o sus derivados ala)ceto son llevados por transportadores espec#fcos a la matriz para poder acceder a la maquinaria del ciclo del ácido c#trico. El +D y el i son transportados espec#fcamente al interior de la matriz al mismo tiempo que el reci%n sintetizado +" es transportado al exterior.
Anatom(a mitocondria
io)u(mica
d#
una
Las crestas de la membrana interna le conferen una gran área superfcial. La membrana interna de una sola mitocondria de una c%lula hepática puede tener más de 9A,AAA con&untos de sistemas de transerencia de electrones y de mol%culas de +" sintasa, distribuidas por toda la superfcie de la membrana interna. Las mitocondrias del coraz$n, con gran prousi$n de crestas y, por tanto, un área de la membrana interna mucho mayor, tienen más de tres veces el número de con&untos de sistemas de transerencia electr$nica que las mitocondrias hepáticas. La reserva mitocondrial de coenzimas e intermediarios está separada uncionalmente de la del citosol.
La osorilaci$n oxidativa empieza con la entrada de electrones en la cadena respiratoria. La mayor parte de dichos electrones provienen de la acci$n de deshidrogenasas que captan electrones de v#as catab$licas y los canalizan hacia aceptores universales de electrones! nucle$tidos de nicotinamida '6+D @ o 6+D@( o nucle$tidos de *avina '-46 o -+D(. Las deshidrogenasas ligadas a nucle$tidos de nicotinamida catalizan reacciones reversibles de los tipos generales siguientes!
La mayor#a de deshidrogenasas que participan en el catabolismo son espec#fcas para el 6+D @ como aceptor electr$nico. +lgunas están localizadas en el citosol y otras en la mitocondria, existiendo tambi%n otras con isozimas tanto mitocondriales como citos$licos.
Las deshidrogenasas ligadas al 6+D eliminan dos átomos de hidr$geno de sus sustratos. 7no es transerido en orma de ion hidruro ': =))( al 6+D @ mientras que el otro aparece como = @ en el medio. El 6+D= y el 6+D= son transportadores electr$nicos hidrosolubles que se asocian reversiblemente con deshidrogenasas. El 6+D= transporta los electrones que provienen de reacciones catab$licas a su punto de entrada en la cadena respiratoria. El 6+D= generalmente suministra electrones a reacciones anab$licas. Las c%lulas mantienen reservas separadas de 6+D= y 6+D=, con potenciales redox dierentes. Esto se consigue manteniendo las razones Borma reducidaC Borma oxidadaC relativamente alta para el 6+D= y relativamente ba&a para el 6+D=. 6i el 6+D= ni el 6+D= pueden atravesar la membrana interna de la mitocondria, pero los electrones que transportan pueden ser lanzados a su trav%s indirectamente. Las *avoprote#nas contienen un nucle$tido de *avina, -46 o -+D, uertemente unido, a veces de manera covalente. El nucle$tido de *avina oxidado puede aceptar un electr$n 'dando la orma de semiquinona( o dos 'produciendo -+D=< o -46=<(. La transerencia electr$nica se da gracias a que la *avoprote#na tiene un potencial de reducci$n mayor que el del compuesto oxidado. El potencial de reducci$n estándar de un nucle$tido de *avina, a dierencia de lo que sucede con el 6+D o el 6+D, depende de la prote#na a la que está asociado. nteracciones locales con grupos uncionales de la prote#na distorsionan los orbitales electr$nicos del anillo de *avina, con lo que var#a la estabilidad relativa de las ormas oxidada y reducida. Debido a que las *avoprote#nas pueden participar en transerencias de uno o de dos electrones, pueden actuar como intermedios entre reacciones en las que se ceden dos electrones 'como sucede en las deshidrogenaciones( y en aquellas en las que se acepta un solo electr$n 'como en la reducci$n de una quinona a hidroquinona(. La cadena respiratoria mitocondrial consta de una serie de transportadores electr$nicos que actúan secuencialmente, la mayor#a de ellos prote#nas integrales con grupos prost%ticos capaces de aceptar y ceder uno o dos electrones. =ay tres tipos de transerencias electr$nicas en la osorilaci$n oxidativa! 9( transerencia directa de electrones, tal como sucede en la reducci$n de -e :@ a -e <@/ <( transerencia de un átomo de hidr$geno y :( transerencia de un ion hidruro ' : =))( portador
de dos electrones. El t%rmino equivalente de reducci$n se usa para designar el equivalente de un electr$n sencillo que se transfere en una reacci$n de oxidaci$n)reducci$n. +demás del 6+D y de las *avoprote#nas, hay otros tres tipos de mol%culas transportadoras de electrones que uncionan en la cadena respiratoria! una quinona hidro$bica 'ubiquinona( y dos tipos dierentes de prote#nas con hierro 'citocromos y prote#nas erro) suluradas(. La ubiquinona 'tambi%n llamada coenzima F o sencillamente F( es una benzoquinona liposoluble que contiene una larga cadena lateral isoprenoide. La ubiquinona puede aceptar un electr$n, transormándose en el radical semiquinona 'GF=(, o dos electrones, ormando ubiquinol 'F=<(. +l igual que las *avoprote#nas transportadoras es, por tanto, capaz de actuar como puente entre un dador de dos electrones y un aceptor de un electr$n. Debido a que la ubiquinona es al mismo tiempo, pequea e hidro$bica, puede diundir libremente dentro de la bicapa lip#dica de la membrana mitocondrial interna y puede hacer de lanzadera de equivalentes de reducci$n entre otros transportadores electr$nicos de la membrana menos m$viles. +demás, debido a que transporta tanto electrones como protones, &uega un papel central en el acoplamiento del *u&o electr$nico al movimiento de protones. Los citocromos son prote#nas con una intensa absorci$n de la luz visible caracter#stica, debida a la presencia del grupo prost%tico hemo que contiene hierro. Las mitocondrias contienen tres clases de citocromos que se distinguen por dierencias en su espectro de absorci$n de la luz y que se designan a, b y c. 8ada tipo de citocromo en su estado reducido '-e<@( tiene tres bandas de absorci$n en el espectro visible. La banda de longitud de onda más larga está cerca de HAA nm en los citocromos del tipo a, cerca de IHA nm en los del tipo b y cerca de IIA nm en los del tipo c.
*rupos prost+ticos d# !os citocromos. 8ada grupo está ormado por cuatro anillos pentaat$micos que contienen nitr$geno en una estructura c#clica llamada porfrina. Los cuatro átomos de nitr$geno están coordinados con un ion -e central que puede ser -e<@ o -e:@. La erro)protoporfrina J se encuentra en los citocromos de tipo b y en la hemoglobina y la mioglobina!
El hemo c está unido covalentemente a la prote#na del citocromo c mediante enlaces tio%ter con dos residuos 8ys.
El hemo a, que se encuentra en los citocromos de tipo a, tiene una cola isoprenoide larga unida a uno de los anillos pentaat$micos. El sistema de dobles enlaces con&ugados del anillo de la porfrina explica la absorci$n de luz visible por estos hemos.
Los coactores hemo de los citocromos a y b están unidos muy uertemente, aunque no de manera covalente, a sus prote#nas asociadas/ los grupos hemo de los citocromos del tipo c están unidos de orma covalente a trav%s de residuos 8ys. +l igual que en las *avoprote#nas, el potencial de reducci$n estándar del átomo de hierro en el hemo de un citocromo depende de su interacci$n con las cadenas laterales de la prote#na, por lo que es dierente para cada citocromo. Los citocromos de los tipos a y b, as# como algunos del tipo c, son prote#nas integrales de la membrana mitocondrial interna. 7na excepci$n es el citocromo c de la mitocondria, que es una prote#na soluble que se asocia mediante interacciones electroestáticas con la parte exterior de la membrana mitocondrial interna.
En las prote#nas erro)suluradas, el hierro está presente no en orma de hemo sino en asociaci$n con átomos de azure inorgánico o con átomos de azure de residuos 8ys de la prote#na, o con los dos al mismo tiempo. Estos centros erro)sulurados '-eK5( van desde estructuras sencillas con un solo átomo de -e coordinado a cuatro residuos 8ysK5= con centros -eK5 más comple&os con dos o cuatro átomos de -e. Las prote#nas erro)suluradas de iesMe son una variante de las anteriores en las que un átomo de -e está coordinado con dos residuos =is en lugar de con dos residuos 8ys. "odas las prote#nas erro)suluradas participan en transerencias de un electr$n en las que se oxida o reduce uno de los átomos de -e de la agrupaci$n erro)sulurada. En la transerencia de electrones mitocondrial actúan como m#nimo ocho prote#nas -eK5. En la reacci$n global catalizada por la cadena respiratoria mitocondrial se transportan electrones desde el 6+D=, el succinato u otro dador electr$nico primario a trav%s de las *avoprote#nas, la ubiquinona, las prote#nas erro)suluradas y los citocromos y, fnalmente, al ;<.
5e han determinado experimentalmente los potenciales de reducci$n estándar de los transportadores electr$nicos individuales. Es de esperar que los transportadores uncionen en orden de potenciales de reducci$n creciente, porque los electrones tienden a *uir espontáneamente desde los transportadores de E23 más ba&o hacia los transportadores con E23 más elevado. El orden de los transportadores deducido según este m%todo es 6+D= F citocromo b citocromo c9 citocromo c citocromo a citocromo a: ;<.
Los transportador#s d# #!#ctron#s act,an #n comp!#-os mu!ti#n/im0ticos: Los transportadores de electrones de la cadena respiratoria están organizados en comple&os supramoleculares incrustados en membranas que se pueden separar #sicamente. En la membrana interna hay cuatro comple&os distintos de transportadores electr$nicos, siendo cada uno de ellos capaz de catalizar la transerencia electr$nica a trav%s de una porci$n de la cadena! 8omponentes proteicos de la transporte electr$nico mitocondrial! 8omple&o 6úmero enzimáticoprote#na de subunida des 6+D= deshidrogenasa N: 5uccinato deshidrogenasa 7biquinona! citocromo c oxidorreductasa 8itocromo c 8itocromo oxidasa
cadena
de
1rupos prost%ticos -46, -eK5
N
-+D, -eK5
99
=emos, -e K5
9 9:
=emo =emos/ 8u +, 8u O
Los comple&os y catalizan la transerencia de electrones a la ubiquinona a partir de dos dadores electr$nicos dierentes! 6+D= 'comple&o ( y succinato 'comple&o (. El comple&o transporta electrones desde la ubiquinona reducida al citocromo c, y el comple&o P completa la secuencia transfriendo electrones desde el citocromo c al ; <.
Comp!#-o
I:
NAD1
d#s2idro"#nasa.
"ambi%n llamado 6+D=! ubiquinona oxidorreductasa, es una enzima enorme compuesto por N< cadenas polipept#dicas dierentes, entre las que se encuentra una *avoprote#na que contiene -46 y como m#nimo seis centros erro)sulurados. El comple&o tiene orma de L, con un brazo de la L en la membrana y el otro prolongándose hacia la matriz.
El comple&o cataliza dos procesos simultáneos orzosamente acoplados! 9( la transerencia exerg$nica hacia la ubiquinona de un ion hidruro del 6+D= y un prot$n de la matriz, expresado por! y <( la transerencia enderg$nica de cuatro protones de la matriz hacia el espacio intermembrana. or lo tanto, el comple&o es una bomba de protones impulsada por la energ#a de la transerencia electr$nica, y la reacci$n que cataliza es vectorial! mueve los protones en una direcci$n espec#fca desde una localizaci$n 'la matriz, que se carga negativamente con la salida de los protones( hacia otra 'el espacio intermembrana, que se carga positivamente(. El amital 'un barbiturato(, la rotenona 'producto vegetal utilizado recuentemente como insecticida( y el antibi$tico piericidina + inhiben el *u&o electr$nico desde los centros -e
K5 del 8omple&o a la ubiquinona, con el consecuente bloqueo global del proceso de la osorilaci$n oxidativa. El ubiquinol 'F= <, la orma reducida( diunde por la membrana mitocondrial interna desde el 8omple&o al 8omple&o , donde se oxida a F en un proceso acompaado de la salida de = @ hacia el exterior. En resumen: El comple&o cataliza la transerencia de un ion hidruro desde el 6+D= al -46, a partir del cual pasan dos electrones a trav%s de una serie de centros -eK5 a la prote#na errosulurada 6K< situada en el brazo del comple&o orientado hacia la matriz. La transerencia de electrones desde 6K< a la ubiquinona, que se encuentra en el brazo situado en la membrana, genera F= <, el cual diunde por la bicapa lip#dica. Esta transerencia de electrones tambi%n promueve la expulsi$n desde la matriz de cuatro protones por par de electrones. El *u&o prot$nico provoca un potencial electroqu#mico a trav%s de la membrana mitocondrial interna '6 lado negativo, lado positivo(, que conserva parte de la energ#a liberada por las reacciones de transerencia electr$nica. Este potencial electroqu#mico impulsa la s#ntesis de +". Comp!#-o II: Succinato a ui)uinona. La succinato deshidrogenasa, es la única enzima del ciclo del ácido c#trico ligado a membrana. +unque más pequeo y más sencillo que el comple&o , contiene cinco grupos prost%ticos de dos tipos y cuatro subunidades proteicas dierentes. Las subunidades 8 y D son prote#nas integrales de membrana, cada una de ellas con tres h%lices transmembrana. 8ontienen un grupo hemo 'hemo b( y un sitio de uni$n para la ubiquinona, que es el aceptor fnal de electrones en la reacci$n catalizada por el 8omple&o . Las subunidades + y O se extienden hacia la matriz/ contienen tres centros <-eK<5, -+D unido y un sitio de uni$n para el sustrato succinato. El hemo b del comple&o no se encuentra, aparentemente, en la ruta directa de transerencia electr$nica/ en su lugar podr#a servir para reducir la recuencia con la que los electrones >se pierden? uera del sistema, desplazándose del succinato al ox#geno molecular para producir las especies reactivas de ox#geno ';5( per$xido de hidr$geno '= <;<( y el radical super$xido '; <))(. ;tros sustratos de las deshidrogenasas mitocondriales tambi%n pasan electrones a la cadena respiratoria a nivel de la ubiquinona, pero no a trav%s del 8omple&o ! el primer paso
en la Q)oxidaci$n de los acil graso)8o+, catalizado por la *avoprote#na acil)8oa deshidrogenasa, implica la transerencia de electrones desde el sustrato al -+D de la deshidrogenasa y a continuaci$n a la *avoprote#na transeridora de electrones 'E"-(, que, a su vez, pasa sus electrones a la E"-! ubiquinona oxidorreductasa. Esta enzima pasa electrones a la cadena respiratoria al reducir la ubiquinona! El glicerol :)osato, ormado tanto a partir del glicerol liberado en la hidr$lisis del triacilglicerol como de la reducci$n de la dihidroxiacetona osato en la gluc$lisis, es oxidado por el glicerol :)osato deshidrogenasa. Esta enzima es una *avoprote#na localizada en la cara externa de la membrana mitocondrial interna y, al igual que la succinato deshidrogenasa y la acil)8o+ deshidrogenasa, canaliza electrones hacia la cadena respiratoria, reduciendo la ubiquinona.
protones de la matriz al espacio inter) membrana. La unidad uncional del 8omple&o es un d#mero con las dos unidades monom%ricas del citocromo b rodeando una >caverna? en el centro de la membrana, en la que la ubiquinona tiene libertad para moverse desde el lado de la matriz de la membrana 'sitio F 6 en un mon$mero( al espacio intermembrana 'sitio F del otro mon$mero( a medida que lanza electrones y protones a trav%s de la membrana mitocondrial interna. El comple&o es un d#mero de mon$meros id%nticos, cada uno constituido por 99 subunidades dierentes. El núcleo uncional de un mon$mero consta de tres subunidades! el citocromo b con sus dos hemos 'b = y bL(/ la prote#na erro)sulurada de iesMe con sus dos centros < -eK<5, y el citocromo c 9 con su hemo. El citocromo c9 y la prote#na erro) sulurada de iesMe se proyectan desde la superfcie , y pueden interaccionar con el citocromo c del espacio intermembrana 'aunque no orma parte del comple&o uncional(. El comple&o presenta dos sitios de uni$n dierenciados para la ubiquinona, F 6 y F, que son los sitios de inhibici$n por dos ármacos que bloquean la osorilaci$n oxidativa. La estructura dim%rica es esencial para la unci$n del 8omple&o . La interase entre mon$meros orma dos cavernas, cada una con un sitio F de un mon$mero y otra con un sitio F6 del otro. Los intermedios de la ubiquinona se mueven en el interior de estas cavernas protegidas.
Los electrones del 6+D= pasan a trav%s de una *avoprote#na a una serie de prote#nas erro)suluradas 'en el comple&o ( y seguidamente a F. Los electrones pasan desde el succinato a trav%s de una *avoprote#na y varios centros -eK5 'en el comple&o ( en su camino hacia F. El glicerol :)osato cede electrones a una *avoprote#na 'glicerol :) osato deshidrogenasa( en la cara externa de la membrana mitocondrial interna desde la que pasan a F. La acil)8o+ deshidrogenasa 'primer enzima de la Q)oxidaci$n( transiere electrones a la *avoprote#na transeridora de electrones 'E"-(, de la que pasan, v#a E"-! ubiquinona oxidorreductasa, a F. En resumen:
Comp!#-o III: ui)uinona a citocromo c. El 8omple&o , tambi%n denominado comple&o citocromo bc9 o ubiquinona! citocromo c oxidorreductasa, acopla la transerencia de electrones desde el ubiquinol 'F= <( al citocromo c con el transporte vectorial de
La antimicina +, que bloquea el *u&o de electrones desde el hemo b = a F, se une a F 6,
cercano al hemo de b = en el lado 6 'matriz( de la membrana. El mixotiazol, que impide el *u&o de electrones desde F=< a la prote#na erro) sulurada de iesMe, se une en F , cercano al centro <-eK<5 y al hemo b L del lado de la membrana.
cadena respiratoria es complicada, el eecto neto de la transerencia es simple! F= < se oxida a F, al tiempo que se reducen dos mol%culas de citocromo c. El citocromo c es una prote#na soluble del espacio intermembrana. Despu%s de que su único hemo acepte un electr$n del comple&o , el citocromo c se desplaza hacia el 8omple&o P
5e ha propuesto un modelo razonable para el paso de electrones y protones a trav%s del 8omple&o a partir de su estructura y de detallados estudios bioqu#micos de las reacciones redox, el ciclo F. El ciclo F, se muestra en dos etapas en la imagen.
En la primera etapa 'izquierda( F en el lado 6 se reduce al radical semiquinona, que en la segunda etapa 'derecha( se convierte en F= <. 4ientras tanto, en el lado de la membrana se oxidan dos mol%culas de F= < a F, liberando dos protones por F 'cuatro protones en total( en el espacio intermembrana. 8ada F= < cede un electr$n 'v#a el centro -eK5 de iesMe( al citocromo c9, y un electr$n 'v#a citocromo b( a una mol%cula de F cerca del lado 6, reduci%ndolo en dos pasos a F= <. Esta reducci$n tambi%n utiliza dos protones por F, tomados de la matriz. La ecuaci$n neta de las reacciones redox del ciclo F es!
El ciclo F adapta el cambio entre el transportador de dos electrones, la ubiquinona, y los transportadores de un electr$n, los citocromos bIH<, bIHH, c9 y c, y explica la estequiometr#a medida de cuatro protones translocados por cada par de electrones que pasan del comple&o al citocromo c. +unque la v#a de los electrones por este segmento de la
para ceder el electr$n a un centro de cobre binuclear.
Comp!#-o IV: citocromo c a O 3. En el último paso de la cadena respiratoria, el 8omple&o P, tambi%n llamado citocromo oxidasa, transporta electrones desde el citocromo c al ox#geno molecular, reduci%ndolo a =<;. El comple&o P es una enzima muy grande '9: subunidades( de la membrana mitocondrial interna. La subunidad mitocondrial contiene dos iones 8u que orman comple&o con los grupos R 5= de dos residuos 8ys en un centro binuclear que se parece a los centros <-eK<5 de las prote#nas erro)suluradas. La subunidad contiene dos grupos hemo, designados a y a :, y otro ion cobre '8u O(. El hemo a : y el 8u O orman un segundo centro binuclear que acepta los electrones del hemo a y los transfere al ; < unido al hemo a :. La transerencia de electrones a trav%s del comple&o P va del citocromo c al centro 8u +, al hemo a, al centro hemo a :K8uO y fnalmente al ;
'lado ( por cada electr$n que pasa, aadi%ndose al potencial electroqu#mico producido por el transporte del prot$n impulsado por el potencial redox a trav%s de los comple&os y . La reacci$n global catalizada por el comple&o P es!
or cada cuatro electrones que pasan a trav%s del comple&o, la enzima consume cuatro =@ >sustrato? de la matriz 'lado 6(, convirtiendo el ; < en <=<;. "ambi%n utiliza la energ#a de esta reacci$n redox para bombear un prot$n hacia el espacio intermembrana
