Consiste en reoxidar NADH y FADH2, pasando los e-
a una cadena de transporte electrónico hasta el O2. La energía que
se disipa en el transporte es aprovechada para sintetizar ATP.FOSFORILACIÓN OXIDATIVA
Consiste en reoxidar NADH y FADH2, pasando los e-
a una cadena de transporte electrónico hasta el O2. La energía que
se disipa en el transporte es aprovechada para sintetizar ATP.
NADH + H+ + ½O2
---------------------------> NAD+ + H20
G0' = -52.6
kcal/mol
FADH2 + ½O2
---------------------------> FAD + H20
G0' = -43.4
kcal/mol
POTENCIALES REDOX
Los transportadores de la cadena de transporte electrónico están ordenados según sus potenciales redox, (E0' o Em,7) en orden creciente de su afinidad por los electrones
Ecuación de electrodo |
E0' (V) |
|---|---|
| Acetato + 2H+ + 2e- ---------------------------> Acetaldehído | -0.58 |
| 2H+ + 2e- ----------------------------------------> H2 | -0.421 |
| a-cetoglutarato + CO2 + 2H+ + 2e- ------> Isicitrato | -0.38 |
| Acetoacetato + 2H+ + 2e- -------------------> b-Hidroxibutirato | -0.346 |
| NAD+ + 2H+ + 2e- ----------------------------> NADH + H+ | -0.320 |
| NADP+ + 2H+ + 2e- --------------------------> NADPH + H+ | -0.324 |
| Acetaldehído + 2H+ + 2e- -------------------> Etanol | -0.197 |
| Piruvato + 2H+ + 2e- -------------------------> Lactato | -0.185 |
| Oxalacetato + 2H+ + 2e- --------------------> Malato | -0.166 |
| FAD + 2H+ + 2e- ------------------------------> FADH2 | +0.031 |
| Fumarato + 2H+ + 2e- -----------------------> Succinato | +0.031 |
| 2Citocromo b(ox) + 2e- ---------------------> 2Citocromo b(red) | +0.030 |
| Ubiquinona + + 2H+ + 2e- ------------------> Ubiquinol | +0.10 |
| 2Citocromo c(ox) + 2e- ----------------------> 2Citocromo c(red) | +0.254 |
| 2Citocromo a3(ox) + 2e- --------------------> 2Citocromo a3(red) | +0.385 |
| ½O2 + 2H+ + 2e- -----------------------------> H20 | +0.816 |
El cambio en energía libre estándar puede ser calculado a partir de los potenciales redox estándar de los pares implicados mediante la fórmula:
G0'
= -nFE0'
LA MITOCONDRIA: FÁBRICA DE ENERGÍA CELULAR
El lugar en el que tiene lugar el transporte electrónico y la fosforilación oxidativa es la mitocondria.
La membrana mitocondrial externa es totalmente permeable a sustancias de hasta 100 kDa de tamaño molecular, gracias a la existencia de porinas. La membrana interna es impermeable a las sustancias que no tienen transportador específico.
En la membrana mitocondrial interna existen dos tipos de bombas de H+ que los bombean en sentidos opuestos.
1.- Bombas primarias:
en los complejos transportadores electrónicos. Bombean
H+ desde la matriz mitocondrial al espacio de intermembrana.
2.- Bombas secundarias: la ATP sintasa. Rebombean H+ desde el espacio de
intermembrana hacia la matriz mitocondrial.
LA CADENA DE TRANSPORTADORES ELECTRÓNICOS
La cadena de transportadores de electrones (=cadena respiratoria) está dispuesta en orden creciente de afinidad por los electrones. Sus componentes son:
NADH ----------> FMN
UBIQUINONA <---------- FADH2
CITOCROMO b
CITOCROMO c1
CITOCROMO c
CITOCROMO a
CITOCROMO a3 ----------> O2
Estos transportadores pertenecen a varios tipos de proteínas:
FLAVOPROTEÍNAS (NADH
deshidrogenasa y succinato deshidrogenasa)
Poseen dos grupos prostéticos:
i) FMN y ii) Centro de Fe y S.
FERROPROTEÍNAS NO HÉMICAS
Proteínas con varios centros de Fe y S, cuyo Fe no
está en un hemo. Generalmente contienen cantidades equimoleculares de Fe y S: 2Fe2S o
4Fe4S.
CITOCROMOS (b, c1, c, a y a3)
Proteínas con Fe situados en un hemo. Poseen
diferencias en la porfirina que llevan.
COENZIMA Q O UBIQUINONA
Es una benzoquinona, con una cadena lateral isoprenoinde. Es el único componente de
la cadena de naturaleza no proteica.
TÉCNICAS DE ESTUDIO DE LA CADENA DE TRANSPORTADORES
DETERMINACIÓN DE LOS POTENCIALES DE
REDUCCIÓN
Los transportadores están dispuestos desde E0' negativos a valores positivos:
Desde el NADH (E0'= -0.32V) al O2 (E0'= +0.81V)
ESTUDIO DE LAS DIFERENCIAS ESPECTRALES
Los estados oxidados y reducidos de los transportadores
poseen diferentes espectros de absorción.
UTILIZACIÓN DE INHIBIDORES
Hay inhibidores que bloquean ciertos pasos, produciendose el acúmulo de la forma
oxidada o reducida de uno de ellos, según el sentido del flujo electrónico
AISLAMIENTO DE FRACIONES
SUBMITOCONDRIALES ACTIVAS
Mediante sonicación o con digitonina se pueden obtener vesículas cerradas de la
membrana mitocondrial interna, con capacidad de transportar electrones y sintetizar ATP.
ORGANIZACIÓN DE LA CADENA DE TRANSPORTDORES ELECTRÓNICOS
El proceso de transporte se puede considerar dividido en tres secuencias distintas,
a saber:
1) Complejo I (NADH Deshidrogenasa): de la NADH
deshidrogenasa a la Ubiquinona
o Complejo II (Succinato
Deshidrogenasa): de Succinato deshidrogenasa a la Ubiquinona
2) De la Ubiquinona al Citocromo c: Complejo
III (Citocromo reductasa)
3) Del Citocromo c al oxígeno: Complejo IV (Citocromo oxidasa). El
sitio de unión del O2 puede también fijar CO y CN- con altísima afinidad,
por lo que son potentes inhibidores
TRANSLOCACIÓN DE PROTONES Y GENERACIÓN DE UNA FUERZA MOTRIZ
Durante el transporte de electrones se produce, en ciertos puntos de la cadena, una translocación o bombeo de protones a través de la membrana, desde la matriz mitocondrial hacia el espacio intermembrana. Eso crea un gradiente de cargas que genera un voltaje y un gradiente de pH a ambos lados de la membrana mitocondrial interna.
MECANISMO MOLECULAR DE LA FOSFORILACIÓN OXIDATIVA
LA ATP SINTASA
Durante el transporte electrónico son tres puntos en donde tienen lugar pérdidas de energía libre lo suficientemente grandes como para que puede existir síntesis de ATP. Ambos procesos, que son diferentes, se encuentran acoplados.
La ATP sintasa es la enzima que cataliza la fosforilación y se encuentra ligada a la membrana mitocondrial interna, como proteína integral de la misma.
La ATP sintasa [© John Wiley and Sons, Inc. Reproducido con permiso] posee una zona esférica, llamada factor F1 dirigida hacia la matriz mitocondrial, y otra parte, el factor F0, integrado en la membrana.
HIPÓTESIS DEL ACOPLAMIENTO QUIMIOSMÓTICO
La energía del transporte electrónico impulsa un sistema de transporte activo que bombea protones fuera de la matriz mitocondrial, lo cual genera un gradiente electroquímico que posibilita la síntesis de ATP.
Esta hipótesis se basa en:
i) la existencia de un gradiente electroquímico: Se genera una diferencia de
potencial (voltaje) de transmembrana y pHmatriz > pHintermembrana
ii) un sistema de membrana intacta o en forma de vesícula cerrada.
El uso de los agentes desacoplantes, de los inhibidores y/o de los ionóforos son apoyos adicionales a esta hipótesis.
MECANISMO DE LA ATP SINTASA
Según la hipótesis de Boyer (hipótesis del cambio de enlace) el movimiento de protones que se genera a través de los canales en la base F0 y la cabeza F1 de la ATP sintasa inducen cambios conformacionales [© John Wiley and Sons, Inc. Reproducido con permiso] que alteran la afinidad de la enzima por el ATP, el ADP y el Pi.
¿Cómo puede tener lugar la condensación del ADP y el Pi en el
centro activo de la enzima? Tanto ADP como Pi no están en solución
sino unidos al centro activo de la misma, en donde Keq ~ 1 y
G0' = 0
Tanto la oxidación de los sustratos (fase soluble) como el transporte electrónico y la fosforilación oxidativa tiene lugar de forma coordinada y finamente regulada.
OTROS USOS DE LA FUERZA MOTRIZ DE PROTONES
* Translocación de ADP/ATP: ADP-ATP
Translocasa.
* Transporte de Calcio
* Producción de calor
PREGUNTAS DE REPASO
- Defina qué es el potencial redox y por qué los transportadores electrónicos de la cadena respiratoria se ordenan del modo en que lo hacen.
- ¿De qué manera el transporte de electrones a lo largo de la cadena respiratoria establece un gradiente de protones?
- ¿Cuál es la razón por la que los agentes desacoplantes bloquean la síntesis de ATP?
- ¿Qué es lo que provoca los cambios conformacionales en la ATP sintasa y que dan lugar a la síntesis de ATP?
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