Cadena de transporte de electrones y Fosforilaci贸n oxidativa
Etapas del catabolismo celular Respiraci贸n celular: Procesos moleculares mediante los cuales la c茅lula consume O2 y produce CO2.
Anatomía Bioquímica de la mitocondria Las crestas aumentan la superficie de la membrana mitocondrial interna. La membrana mitocondrial interna puede alojar hasta 10.000 “cadenas respiratorias” y ATP sintasa. Mitocondrias hígado de rata
Estado de Alta energía
Estado de Baja Energía
Resolución de los complejos funcionales de la cadena respiratoria
EL flujo de electrones libera energía. La síntesis de ATP consume energía.
La cadena transportadora de electrones y la fosforilación oxidativa están acopladas
Transportador
Masa (kDa) (Subunidades)
Grupo(s) prostético(s)
I
850 (43)
FMN, Fe-S
II
140 (4)
FAD, Fe-S
III
250 (11)
Hemos, Fe-S
Citocromo C
13 (1)
Hemo
IV
160 (13)
Hemos, CuA, CuB
Existen tres tipos de transferencias de e1. Transferencia directa de e-: Fe3+→ Fe2+ 2. Transferencia de un átomo de H (H+ + e-) 3. Transferencia de un ión hidruro (:H-) portador de 2 ePotencial de reducción estándar (E’º): medida de afinidad de un aceptor de e- de cada par redox a aceptar e-. (1M, 25ºC, pH7).
Citocromo C
Ubiquinona (Q) H+ + eSemiquinona
ProteĂnas ferro-sulfuradas
.
( QH)
H+ + eUbiquinol (QH2)
Complejo I: NADH-Ubiquinona oxidorreductasa
La rotenona, el mixotiazol y el amital impiden la trasferencia electrónica desde un centro Fe-S a la ubiquinono.
El azul de metileno tiene un valor de E’º de 0.01 (mayor a la FMN y menor a Q)
NADH + 5H+N + Q → NAD+ + QH2 + 4H+P
Complejo II: Succinato Deshidrogenasa
La rotenona, el mixotiazol y el amital impiden la trasferencia electrónica desde un centro Fe-S a la ubiquinono.
El metosulfato de fenazina y el DCIP tienen un valor de E’º de menor que Q
O
O
Succinato
C O
Fumarato
CH2
CH2
C O-
QH2
O
O C O
FAD
CH
CH
C O-
FADH2
Q
Complejo III: Ubiquinona-citocromo oxidorreductasa
La antimicina A bloquea la transferencia electrónica desde el citocromo b al citocromo c1 La tetrametil-p-fenilen diamina tiene E’º similar al citocromo c
Ciclo Q
Espacio intermembrana
Citocromo C Cc1 HH+ +HH+ +
Fe-S
QH2
QH Q Q- 2
bL bH
H+ H+
Complejo III Matriz mitocondrial QH2 + 2 Citocromo C (oxidado) + 2HN+ → Q + 2 Citocromo C (reducido) + 4HP+
Complejo IV: Citocromo oxidasa
El ferricianuro tiene un E’º similar al. citocromo a.
La azida de sodio, el cianuro y el monóxido de carbono bloquean la transferencia de e- al oxigeno inhibiendo al citocromo a3
2 Citocromo C (reducido) + 4 HN + + 1/2O2 → 2 Citocromo C (oxidado) + 2Hp+ + H2O
Teoría quimiosmótica
EL flujo de electrones libera energía. La síntesis de ATP consume energía.
Tiempo
Venturicina u Oligomicina
DNP
ADP +Pi Succinato
ATP sintetizado
Succinato ADP + Pi
O2 consumido
O2 consumido
CN-
ATP sintetizado
Acoplamiento de la transferencia electrónica con la síntesis de ATP
Tiempo
La síntesis de ATP depende de la cadena de transporte de electrones El funcionamiento de la cadena de transporte de electrones depende de la síntesis de ATP
Estructura molecular de la ATP sintasa
Tallo
Sensible a la oligomicina Canal
Energía libre
Sentido de la reacción
3 Etapas: 1. Translocación de H+ (Fo) 2. Catálisis de enlace fosfoanhidro del ATP (F1). 3. Acoplamiento de la disipación de gradiente de H+ con la síntesis de ATP.
Energía libre transporte de e- → bombeo de H+ → gradiente electroquímico de H+ →síntesis de ATP ADP + Pi
ATP + H2O ∆G°´= 0 kJ/mol en superficie de la enzima
Fuerza protón-motriz (200 kJ/”mol” de par e-)
Síntesis de ATP (50 kJ/mol)
ATP + H2O
ADP + Pi ∆G°´= - 30.5 kJ/mol ATP libre en solución
FoF1 une ATP con alta afinidad Kd ≤ 10-12 M FoF1 une ADP con baja afinidad Kd ≈ 10-5 M
Observaciones experimentales: 1. 2. 3. 4.
La fosforilación oxidativa requiere una membrana interna intacta La membrana interna es impermeable a iones como H+, OH-, K+, ClEl transporte de e- resulta en transporte de H+,fuera de la mitocondria Compuestos que aumentan la permeabilidad de la membrana mitocondrial interna disipan el gradiente electroquímico, el transporte de e- es posible pero NO hay síntesis de ATP.
Es termodinámicamente posible, pero Cómo?
Regulación de la Fosforilación Oxidativa Velocidad de consumo de O2 → disponibilidad de ADP Estatus energético:
[ATP ] [ADP] [Pi]
La velocidad de oxidación de combustibles es tan rápida que [ATP]/ [ADP] varía muy poco
Resumen
Etapas del catabolismo celular Respiraci贸n celular: Procesos moleculares mediante los cuales la c茅lula consume O2 y produce CO2.
Bibliografía
Lehninger, Nelson & Cox; Fosforilación oxidativa y fotofosforilación; Principios de Bioquímica; Omega 3ra Edición, 2001; Cap. 19, Pag. 659-718. Voet & Voet; CONSEGUIR; Biochemistry; Wiley & Sons Inc. 2da Edición, 1995; Cap 11, Pag. 277-310. Stryer; Fossforilación oxidativa; Bioquímica; Editorial Reverté 4ta Edición, 1995; Cap. 21, Pag. 529-558. Mathews & van Holde; Oxidaciones biológicas, transporte electrónico y fosforilación oxidativa; Bioquímica; McGraw-Hill, Interamericana 2da Edición, 1998; Cap.15, Pag 575-611.