C. Respiratoriacs.biol-2010.ppt

BOLILLA 2 • TRANSPORTE ELECTRONICO y FOSFORILACION OXIDATIVA • Cadena Respiratoria. Complejos. Inhibidores y desacoplantes. Síntesis de ATP. Translocasas • OTROS SISTEMAS DE TRANSPORTE: Sistema Microsomal. Oxigenasas.Catalasas • Formacion de species reactivas del oxígeno: 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

Adenosina Trifosfato (ATP)

Energía de Hidrólisis de los Compuestos de elevada Energía

• ATP

DGo’= - 30,5 kj/mol DGp= - 50-65 kJ/mol

O O O ‫װ‬ ‫װ‬ ‫װ‬ -O-P-O-P-O -P-O-Ribosa-Adenina ‫ו‬- ‫ ו‬- ‫ ו‬O O O MgATP2-

O ‫ו‬ P ‫ו‬ O

‫ו‬

O

‫ו‬

Mg

Activación de Acidos grasos Polimerización de ARN ó ADN (desioxi) Activación de Aminoácidos Quimioluminiscencia

3AMP + PPi O 2 Pi

O

CH2 ‫װ‬ C – O – PO3 ‫ו‬ COOFosfoenolpiruvato DGo’ = - 61,9 kJ/mol

O CH2 ‫װ‬ ‫ו‬ -O – P – NH – C –N – CH 3 ‫ו‬ ‫װ‬ ONH2

C ‫ו‬ O – PO3 C H2 ‫ו‬ C-O-PO3 H2 1,3-Bisfosfoglicerato DG o’= - 49,3 kJ/mol

Fosfocreatina

CH3 ‫ו‬ O C - SCoA Acetil-CoA

DGo’ = - 43,0 kJ/mol

DGo’ = - 32,2 kJ/mol

‫ו‬

OXIDORREDUCTASAS (DESHIDROGENASAS) • Deshidrogenasas ligadas a NAD ó nicotinamídicas AH2 + NAD+

A + NADH + H+

Deshidrogenasas ligadas a FAD ó a FMN AH2 + FAD (FMN)

A + FADH2 +(FMNH2)

El FAD tiene además un nucleótido de adenina unido al fosfato P-Ribosa-Adenina

DISTINTAS FORMAS EN QUE LA CELULA PUEDE TRANSFERIR ELECTRONES 1.- Transferencia de 1 e-: Fe +++

Fe++

2.- Transferencia de un átomo de hidrógeno (H+ + e-): AH2 + B

A + BH2

3.- Transferencia de un ion Hidruro (:H-) AH2 + NAD+ → A + NADH + H+

4.- Transferencia de e- desde un reductor orgánico al oxígeno: R-CH3 + ½ O2 RCH2-OH

MECANISMOS DE SINTESIS DE ATP • FOSFORILACION A NIVEL DE SUSTRATO

HIDRÓLISIS DE UNA UNION DE ALTA ENERGIA

• FOSFORILACION OXIDATIVA

CADENA RESPIRATORIA O2

Destino de los equivalentes de reducción Memb.externa Memb.interna

Matriz

C. de Krebs

Memb.interna Crestas mitoc.

Espacio intermemb.

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. • Los componentes se encuentran ordenados en orden creciente de sus potenciales de reducción. • El aceptor final de electrones es el oxígeno.

Potenciales de reducción estándar 2 H+ + 2 e- → H2 -0.42 V NAD+ + H+ + 2 e- → NADH -0.32 V S + 2 H+ + 2 e- → H2S -0.23 V FAD + 2 H+ + 2 e- → FADH2 -0.22 V Acetaldehído + 2 H+ + 2 e- → etanol -0.20 V Piruvato + 2 H+ + 2 e- → lactato -0.19 V Cu+ → Cu2+ + e-0.16 V Citocromo b (Fe3+) + e- → citocromo b (Fe2+) + 0.075 V Citocromo c1 (Fe3+) + e- → citocromo c1 (Fe2+) + 0.22 V Citocromo c (Fe3+) + e- → citocromo c (Fe2+) + 0.235 V Citocromo a (Fe3+) + e- → citocromo a (Fe2+) + 0.29 V Fe3+ + e- → Fe2+ + 0.77 V ½ O2 + 2 H+ + 2 e- → H2O + 0.82 V

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 1 e-

Fumarato FAD NADH

SUCCINATO DESHIDROGENASA

II Fe-S

eNAD+

Succinato

Complejo II

FMN I Fe-S

Complejo I NAD UBIQUINONA REDUCTASA

Coenzima Q

Fe

Fe-S Fe

Fe

Fe

Cit.c

Cit.b /Centro Fe-S/ Cit c1 CITOCROMO C – COENZIMA Q OXIDO REDUCTASA

Cit.a

Fe/Cu

Complejo III

IV Complejo IV CITOCROMO OXIDASA

Cit a3

Fe/Cu O2

Reacciones que proveen de NADH a la cadena respiratoria • Piruvato deshidrogenasa • Isocitrato deshidrogenasa • Malato deshidrogenasa

•

CICLO DE KREBS

a-cetoglutarato deshidrogenasa Sustrato + NAD+

Producto + NADH + H

CR

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

COMPLEJO II • • • •

Succinato-coenzima Q oxidorreductasa Coenzima: FAD Proteínas ferrosulfuradas Transfiere equivalentes de reducción desde succinato a la coenzima Q

Succinato + E-FAD

Fumarato + E-FADH2

E-FADH2 + Prot-Fe+++

E-FAD + Prot-Fe++

Prot-Fe++

+

CoQ

Prot-Fe+++ + CoQH2

Deshidrogenasas que entregan electrones a la Ubiquinona • Acil-CoA deshidrogenasa FADH2

ETFP

CoQ ETFP-ubiquinona oxidorreductasa

• 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

Ordenamiento de los Componentes de la Cadena Respiratoria Piruvato

3-P-Glicerol 3-P-Glicerol

Malato Acil-CoA

Isocitrato FAD NADH-UBQ reductasa FMN

I

Cit a

Cit b

CoQ

(Fe-S) Cit c1

(Fe-S)

III

FAD a-cetoglutarato Glutamato 3-OH-AcilCoa

II

SUCCINATO

b-OHButirato

Cit c

Cit a3 2 Cu

IV

O2

SINTESIS DE ATP TEORIA QUIMIOSMOTICA ESPACIO INTERMEMBRANA

MATRIZ

TRANSLOCACION DE PROTONES Y SINTESIS DE ATP

POSTULADOS DE LA TEORIA QUIMIOSMOTICA • Membrana mitocondrial impermeable a protones • Expulsion 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 -Complejo I (H+ desde matriz hacia espacio interm.) -Complejo III (H+ desde matriz, QH2 y hacia espacio interm.) Complejo IV (H+ desde matriz hacia espacio interm.)

Esquema translocasa ADP-ATP y transportador de Pi.

Citosol

ADP ATP

Pi

Membrana mitocondrial interna Mitocondria ADP

ATP

Pi

INHIBIDORES • Inhibidores del transporte electrónico Inhiben solamente el transporte de e• Inhibidores de la fosforilación Inhiben la síntesis de ATP , indirectamente eel transporte de e• Desacoplantes Impiden la síntesis de ATP pero no inhiben 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) Amital (barbitúrico)

Antimicina A (antibiótico)

CN-

bloquean citb/citc1

CO Inhiben la citocromo oxidasa

Inhiben Fe-S/CoQ

NADH

FMN

Fe-S

CoQ

cyt b

Fe-S

cit c1

citc

cit a

(-0.32)

Aceptores artificales de electrones

cit a3

O2

(+0.82)

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. 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- e- e- (Q al O2)

• Sustrato: NADH Sin Inhibidor

eee-

P/O = 0

c/Inh. del COMPLEJO II

P/O = 3/1 e- e- e-

P/O = 3/1 C/ DESACOPLANTES

P/O = 0/1 e- e- e- e- e- ee- e- e- (Q al O2)

• Sustrato: FADH2 Sin Inhibidor

eee-

c/Inh. del COMPLEJO I

c/Inh. del COMPLEJO II

P/O = 2 e- e- e- (Q al O2)

P/O = 0 e- e- e- (Q al O2)

P/O = 2 C/ DESACOPLANTES

P/O = 0 e- e- e- e- e- ee- e- e- (Q al O2)

Oxidaciones alternativas de transporte de electrones en plantas NADH

NADH deshidrogenasa

UQ

Ubiquinona oxidasa

O2

Calor NAD(P)H Deshidrogenasa alternativa

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