BOLILLA 2- 1° parte
Transporte electrónico y fosforilación oxidativa. Mitocondrias.
Cadena respiratoria. Localización. Balance energético.
Desacoplantes: proteínas desacopladoras. Inhibidores. Síntesis de
ATP. Hipótesis quimiosmótica. Translocasas. Regulación de la
fosforilación oxidativa. Oxidasa alternativa en vegetales. Luciferinaluciferasa. Fotofosforilación y fotosíntesis: Proceso en plantas
superiores. Reacciones luminosas. Captación de la energía luminosa.
Cloroplastos y pigmentos. Transporte electrónico cíclico y no cíclico.
Síntesis de ATP por fotofosforilación. Similitudes entre fosforilación
oxidativa y fotofosforilación. Concepto unificador de la teoría
quimiosmótica. Otros organismos fotosintetizadores. Sistema
microsomal de transporte electrónico. Formación de compuestos
oxígeno-reactivo. Radicales libres. Sistemas de protección.
Hidratos de carbono
GLUCOSA
Lípidos
ACIDOS GRASOS
Proteínas
AMINOACIDOS
O
X
I
D
A
C
I
O
N
Compuestos
con uniones
ricas en
energía
NADH
FADH2
O2
ATP
OXIDACION COMPLETA DE LA GLUCOSA
C6H12O6 +6O2
6CO2 + 6H2O
ΔG0= -2870 Kj/mol ó -686 kcal/mol
O
X
I
D
A
C
I
O
N
D
E
L
A
G
L
U
C
O
S
A
V
I
A
G
L
I
C
O
L
I
T
I
C
A
O
C
‫ו‬
O – PO3
C H2
‫ו‬
C-O-PO3
H2
1,3-Bisfosfoglicerato
DG o’= - 49,3 kJ/mol
CH2
‫װ‬
C – O – PO3
‫ו‬
COOFosfoenolpiruvato (PEP)
DGo’ = - 61,9 kJ/mol
CH3
‫ו‬
1
2
2
O2
O
C – S-CoA
Acetil-CoA
DGo’ = - 32,2 kJ/mol
CR
Ciclo de Krebs,
Ciclo de los ácidos tricarboxílicos,
Ciclo del ácido cítrico
O2
CR
CR
CR
• Hans Krebs,1937.
O2
O2
OXIDORREDUCTASAS
(DESHIDROGENASAS)
-
Deshidrogenasas nicotinamídicas, o ligadas a NAD.
AH2 + NAD+
-
A + NADH + H+
Deshidrogenasas flavínicas, o ligadas a FAD o a FMN.
AH2 + FAD+ (FMN+)
A + FADH2 (FMNH2)
REACCION DE REDUCCION DE NAD+
R
│
R
│
:H- (ion hidruro)
+
│
H
..
+ H+
NAD OXIDADO
H H
NAD REDUCIDO
(NAD+)
(NADH + H+)
REACCION DE REDUCCION DEL ANILLO FLAVINICO
R
R
.
+
H
e- + H +
e- + H +
R
Anillo isoaloxacina
H
H
FADH2 o FMNH2
Hidratos de carbono
GLUCOSA
Lípidos
ACIDOS GRASOS
Proteínas
AMINOACIDOS
O
X
I
D
A
C
I
O
N
Compuestos
con uniones
ricas en
energía
NADH
FADH2
O2
ATP
Adenosina Trifosfato (ATP)
Energía de Hidrólisis de los Compuestos de elevada Energía
Hidrólisis con eliminación
de la repulsión de cargas
Estabilización
por resonancia
Ionización
• ATP
O O O
‫װ‬
‫װ‬
‫װ‬
-O-P-O-P-O -P-O-Ribosa-Adenina
‫ו‬- ‫ ו‬- ‫ ו‬O
O O
Mg
MgATP2-
DGo’= - 32,2 kJ/mol
Activación de Acidos grasos
Polimerización de ARN o ADN
Activación de Aminoácidos
Quimioluminiscencia
AMP + PPi
DGo’= - 33,4 kJ/mol
2 Pi
MECANISMOS DE SINTESIS DE ATP
• FOSFORILACION A
NIVEL DE
SUSTRATO
HIDRÓLISIS DE
UNA UNION DE
ALTA ENERGIA
• FOSFORILACION
OXIDATIVA
CADENA DE
TRANSPORTE
ELECTRONICO
O2
O
X
I
D
A
C
I
O
N
D
E
L
A
G
L
U
C
O
S
A
V
I
A
G
L
I
C
O
L
I
T
I
C
A
O
C
‫ו‬
O – PO3
C H2
‫ו‬
C-O-PO3
H2
1,3-Bisfosfoglicerato
DG o’= - 49,3 kJ/mol
CH2
‫װ‬
C – O – PO3
‫ו‬
COOFosfoenolpiruvato (PEP)
DGo’ = - 61,9 kJ/mol
CH3
‫ו‬
1
2
2
O2
O
C – S-CoA
Acetil-CoA
DGo’ = - 32,2 kJ/mol
CR
Ciclo de Krebs,
Ciclo de los ácidos tricarboxílicos,
Ciclo del ácido cítrico
O2
CR
CR
CR
• Hans Krebs,1937.
O2
O2
MECANISMOS DE SINTESIS DE ATP
• FOSFORILACION A
NIVEL DE
SUSTRATO
HIDRÓLISIS DE
UNA UNION DE
ALTA ENERGIA
• FOSFORILACION
OXIDATIVA
CADENA DE
TRANSPORTE
ELECTRONICO
O2
Destino de los equivalentes de reducción
Memb.externa
Memb.interna
Matriz
Memb.
interna
Crestas
Mitocondriales
Espacio
Intermembrana
CK
CADENA DE TRANSPORTE
ELECTRONICO
• Los componentes de la cadena se
encuentran en la membrana mitocondrial
interna.
• Reciben equivalentes de reducción de NADH
y
FADH2
producidos
en
la
matriz
mitocondrial.
• El aceptor final de electrones es el oxígeno.
• Los componentes se encuentran ordenados
en orden creciente de sus potenciales de
reducción.
COMPONENTES DE LA CADENA DE
TRANSPORTE ELECTRONICO
• FLAVOPROTEINAS (FMN ó FAD): Transportan 2 e- y 2
H+
• PROTEINAS FERROSULFURADAS: transportan e(Fe+++ Fe++)
• COENZIMA Q ó UBIQUINONA: Quinona isoprenoide
no proteica. Transporta 1 e- y libera 2 H+ a la matriz.
• CITOCROMOS b, c, c1, a, a3: Proteínas que contienen
un grupo hemo. Transportan solo 1 e-.
POTENCIALES DE REDUCCIÓN ESTÁNDAR DE LOS
TRANSPORTADORES DE LA CADENA RESPIRATORIA
Reacción redox (media reacción)
E´0 (V)
2 H+ + 2 e- → H2
- 0.414
NAD+ + H+ + 2 e- → NADH
- 0.320
FMN + 2 H+ + 2 e- → FMNH2
- 0.300
FAD + 2 H+ + 2 e- → FADH2
- 0.220
Ubiquinona + 2 H+ + 2 e- → ubiquinol
+ 0.045
Citocromo b (Fe3+) + e- → citocromo b (Fe2+)
+ 0.075
Citocromo c1 (Fe3+) + e- → citocromo c1 (Fe2+) + 0.220
Citocromo c (Fe3+) + e- → citocromo c (Fe2+)
+ 0.254
Citocromo a (Fe3+) + e- → citocromo a (Fe2+)
+ 0.290
Citocromo a3(Fe3+) + e- → citocromo a3(Fe2+)
+ 0.550
½ O2 + 2 H+ + 2 e- → H2O
+ 0.820
Complejos de la Cadena de transporte
electrónico-Citocromo c
Complejo enzimático
Grupos prostéticos
Complejo I (NADH deshidrogenasa)
FMN, FeS
Complejo II(succinato deshidrogenasa) FAD,FeS
Complejo III (citocromos b y c1)
Hemo, FeS
Citocromo c
Hemo
Complejo IV (citocromo a-a3)
Hemo, Cu
Fumarato
FAD
NADH
SUCCINATO
DESHIDROGENASA
II
eNAD+
Succinato
Complejo II
Fe-S
FMN
I
Fe-S
Coenzima
Q
Fe
Fe-S
Fe
Fe
Fe
Cit.c
Complejo I
NAD UBIQUINONA
REDUCTASA
Cit.b /Centro Fe-S/ Cit c1
CITOCROMO C –
COENZIMA Q OXIDO
REDUCTASA
Cit.a
Fe/Cu
Complejo III
IV
Complejo IV
Cit a3
Fe/Cu
CITOCROMO
OXIDASA
H2O
O2
Reacciones que proveen
de NADH a la cadena respiratoria
1
2
piruvato
deshidrogenasa
2
O2
NADH + H+
CR
malato
deshidrogenasa
Ciclo de Krebs
O2
CR
CR
Isocitrato
deshidrogenasa
α-cetoglutarato
deshidrogenasa
CR
• Hans Krebs,1937.
O2
O2
REACCIONES DEL COMPLEJO I
NADH + H+
NAD+ + 2 e- + H+ (Eo= - 0,32 V)
FMN + 2 e- + 2 H+
FMNH2
(Eo= - 0,22 V)
NADH + H+ + FMN → FMNH2 + NAD+
Camino de los equivalentes de reducción
en el Complejo I
Reacciones que proveen
de FADH2 a la cadena respiratoria
1
2
NADH + H+
2
O2
CR
Ciclo de Krebs
O2
CR
CR
Succinato
deshidrogenasa
CR
• Hans Krebs,1937.
O2
O2
Fumarato
FAD
e- II
Fe-S
NADH
NAD+
Succinato
Complejo II
SUCCINATO
DESHIDROGENASA
FMN
I
Fe-S
Coenzima
Q
Fe
Fe-S
Fe
Fe
Fe
Cit.c
Complejo I
NAD UBIQUINONA
REDUCTASA
Cit.b /Centro Fe-S/ Cit c1
CITOCROMO C –
COENZIMA Q OXIDO
REDUCTASA
Cit.a
Fe/Cu
Complejo III
IV
Complejo IV
Cit a3
Fe/Cu
CITOCROMO
OXIDASA
H2O
O2
COMPLEJO II
•
•
•
•
Succinato-coenzima Q oxidorreductasa
Coenzima: FAD
Proteínas ferrosulfuradas
Transfiere equivalentes de reducción desde
succinato a la coenzima Q
Succinato + FAD
Fumarato + FADH2
FADH2 + Prot-Fe3+
FAD + Prot-Fe2+
Prot-Fe2+
+
CoQ
Prot-Fe3+ + CoQH2
REACCION DE LA UBIQUINONA
H
e- + H+
R
R
Ubiquinona (UQ)
Radical semiquinona
e- + H+
H
R
H
Ubiquinol (UQH2)
Otras deshidrogenasas que entregan
electrones a la Ubiquinona
• Acil-CoA deshidrogenasa
FADH2
CoQ
• Glicerol-3-fosfato deshidrogenasa
FADH2
CoQ
CAMINO DE LOS ELECTRONES desde el
COMPLEJO III al O2
CoQH2
CoQ
Fe+++
Fe++
Fe+++
Fe++
Fe+++
Fe++
Cit.
b566
Cit.
b562
Fe-S
Cit.
c1
Cit.
c
Cit.
a.a3
Fe++
Fe+++
Fe++
Fe+++
Fe++
Fe+++
Complejo III
½ O2 + H+
Complejo IV
H2O
Estructura de los citocromos
Estructura general de citocromo c y c1
Hemo A (Citocromo a y a3)
SINTESIS DE ATP
TEORIA QUIMIOSMOTICA
+
H
+
H
ESPACIO INTERMEMBRANA
+
H
e e e e
+
H
+
HH+
+
+
H
H
+
H
MATRIZ
3 ATP
+
+
H + H
H
-e
ee
+
H +
H
+
2 ATP
H
TRANSLOCACION DE PROTONES Y
SINTESIS DE ATP
Pi
Pi
POSTULADOS DE LA TEORIA
QUIMIOSMOTICA
• Membrana mitocondrial impermeable a
protones.
• Expulsión de H+ durante el transporte
de electrones.
• Formación de un gradiente
electroquímico (H+ y cargas positivas).
• El pasaje de los H+ a través de Fo
activan la ATP sintasa.
INHIBIDORES
• Inhibidores del transporte electrónico
Inhiben solamente el transporte de e• Inhibidores de la fosforilación
Inhiben la síntesis de ATP e indirectamente, el
transporte de e-.
• Desacoplantes
Impiden la síntesis de ATP, y aceleran el
transporte de electrones.
• Inhibidores de la translocasa
Inhiben la entrada de ADP y la salida de ATP
desde la mitocondria.
ACCION DE INHIBIDORES
Rotenona (insecticida)
Antimicina A (antibiótico)
CN
bloquean citb/citc1
CO
Amital (barbitúrico)
Inhiben la citocromo oxidasa
Inhiben Fe-S/CoQ
NADH
FMN
Fe-S
CoQ
cit b
Fe-S
cit c1
citc
cit a cit a3
O2
(-0.32)
(+0.82)
Aceptores
artificales de
electrones
Tetrametil pfenilendiamina
Azul de
metileno
2,6 diclorofenol
indofenol
Ferricanuro
INHIBIDORES DE LA FOSFORILACIÓN
• Oligomicina: Bloquea el flujo de protones
a través de Fo.
• Se inhibe la síntesis de ATP
• Se acumulan protones y se produce una
fuerza inversa deteniéndose el transporte
de electrones.
DESACOPLANTES
Actúan como ionóforos eliminando el gradiente de
protones.
Desacoplan la fosforilación del transporte electrónico
O-
+ H+
2,4 Dinitrofenol (DNP)
Forma protonada que
atraviesa la membrana
Relacion P/O en presencia de Inhibidores
c/Inh. del
COMPLEJO I
e
• Sustrato: NADH
Sin Inhibidor
P/O = 0
- e- e
e
c/Inh. del
COMPLEJO II
-
e
-
e (Q al O2)
P/O = 3/1
e- e- e-
P/O = 3/1
C/ DESACOPLANTES
P/O = 0/1
- - e e e e- e- e- e- ee- (Q al O2)
P/O = 2
•
c/Inh. del
COMPLEJO I
Sustrato: FADH2
Sin Inhibidor
- e- e
e
e
-
e
e
C/ DESACOPLANTES
P/O = 0
- - e e e e- e- e- e- ee- (Q al O2)
e (Q al O2)
P/O = 0
c/Inh. del
COMPLEJO II
P/O = 2
-
-
e
-
e (Q al O2)
Oxidaciones alternativas de transporte de
electrones en plantas
NADH
NADH
deshidrogenasa
alternativa
UQ
Ubiquinona
oxidasa
O2
Calor
NAD(P)H
Deshidrogenasa
externa
Funciones fisiologicas
• Producción de calor en algunas especies vegetales como por
ej. Araceae species en un etapa anterior a la polinización para
producción de compuestos aromáticos que atraen a los
polinizadores.
• Es activa durante períodos de altas velocidades de oxidación
de sustratos para evitar la producción de radicales
libres.(Esqueletos carbonados C.Krebs)
• Es activa en situaciones de estrés (sequia, temperaturas
extremas, tóxicos presentes en el suelo, falta de Pi,
patógenos)( en estas situaciones disminuye la velocidad de la
cadena respiratoria normal).
Control de la respiración
• Niveles de ADP
• Disponibilidad de sustrato en plantas
• Disponibilidad de oxígeno
ESPECIES REACTIVAS DEL OXIGENO
• O2
• Oxígeno Molecular
• O2.-
• Radical Superóxido
• H2O2
• Peróxido de Hidrógeno
• OH.-
• Radical Hidroxilo
Eliminacion de EROS
• ENZIMAS ANTIOXIDANTES
•GPx
•SOD
•Catalasa
• SUSTANCIAS QUIMICAS
ANTIOXIDANTES
•Ascorbato
•Vitamina E
•Beta-caroteno
Enzimas antioxidantes
SUPEROXIDO
DISMUTASA
CATALASA
GLUTATION
PEROXIDASA
2 O2.- + 2 H+
2 H2O2
2 GSH + H2O2
H2O2 + O2
2H2O + O2
GSSG + 2H2O
OXIDASAS Y OXIGENASAS
• Localización: Microsomas y peroxisomas
• No asociados a la producción de ATP
• Usan O2 como sustrato
OXIDASAS
Oxid.
No incorporan O2
MONOXIGENASAS
Incorporan un
átomo del O2
OXIGENASAS
DIOXIGENASAS
Incorporan los 2
átomos del O2
OXIDASAS
• Oxidación peroxisómica de ácidos grasos
Flavoproteína: FADH2
FAD y
O2
H2O2
• Citocromo oxidasa
Hemoproteína: Fe++
Fe+++ y O2
H2O
MONOOXIGENASAS u OXIGENASAS DE
FUNCION MIXTA ó HIDROXILASAS
• AH + BH2 + O=O
Sustrato
principal
Co-Sustrato
A-OH + B + H2O
NADH, NADPH, FMNH2,
FADH2, BH4
1 O se incorpora al sustrato y el otro O forma agua
Hidroxilación de esteroides
CITOCROMO P-450
Hidroxilación de fármacos
Hidroxilación de xenobióticos
CITOCROMO b5
Desaturación de ácidos grasos
ESQUEMA DE REACCION Y UBICACIÓN
CELULAR DEL CITOCROMO 450
RH
O2
NADPH
NADP+
H-OH
R-OH
CY P450
CITOPLASMA
MEMBRANA
RETICULO
ENDOPLASMICO
Esquema de reacción donde interviene
un Citocromo P450
O2
H2O
Sustrato
Sustrato hidroxilado
CytP450 (red)
NADPH
NADP+
CytP450 (oxid)
Oxidado
Citocromo P-450
Reductasa
(Fe-S)
Reducido
Reducido
Citocromo P-450
reducido
Oxidado
RH
O2
H 2O
ROH
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