Cadena De Transporte De Electrones

Cadena de Transporte de Electrones CTE

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Animaciones Generalidades CTE (abrir esta en clase) http://vcell.ndsu.nodak.edu/animations/et c/movie.htm ATP Synthase (abrir esta en clase) http://vcell.ndsu.nodak.edu/animations/at pgradient/movie.htm

DNA RNA Nucleótidos Otras moléculas Proteínas

Otras moléculas Aminoácidos

Lípidos

Acidos grasos

CHO’s

Azúcares

¿Dónde estamos?

Metabolismo El alimento ingresa a la célula donde se incorpora a los ciclos metabólicos. En las mitocondrias se reúnen las rutas de catabolismo de proteínas, grasas y carbohidratos

Ciclo de Krebs, Cadena de transporte de electrones y síntesis de ATP

Ruta de los electrones

Para entender paso a paso el camino de los electrones, revisar: http://www.brookscole.com/chemistry_d/ templates/student_resources/shared_r esources/animations/oxidative/oxidative phosphorylation.html

Cadena de transporte de electrones Electron transport chain Anatomia de Mito RESOLVER QUIZ…!!! *** Abrir esta en clase http://www.chem.purdue.edu/courses/chm333/ oxidative_phosphorylation.swf Animaciones didácticas cadena de transporte e-

http://www.sp.uconn.edu/~terry/images/a nim/ETS.html Sitio original http://trc.ucdavis.edu/biosci10v/bis10v/week3/06electrontransport.h tml

Se genera un gradiente de H+

Generación del gradiente de protones

http://www.sp.uconn.edu/~terry/images/anim/ATPmito.html

Bombeo de H+

http://www.sp.uconn.edu/~terry/images/anim/ATPmito.html

Síntesis de ATP Los protones regresan hacia la matriz mitocondrial por los canales de ATP sintasa (complejo enzimático) El retorno de protones está acoplado a la síntesis e ATP a partir de ADP y Pi

http://www.sp.uconn.edu/~terry/images/anim/ATPmito.html

Liberación de energía en CTE

Durante la CTE, los e- pasan de acarreador en acarreador a través de una serie de rxn´s oxidación-reducción. Durante cada transferencia se libera algo de energía http://student.ccbcmd.edu/~gkaiser/biotutorials/cellresp/etsar.html

Síntesis de ATP

http://student.ccbcmd.edu/~gkaiser/biotutorials/cellresp/atpsynthase_an.html

CTE y síntesis de ATP

NADH y FADH2 acarrean (H+) y electrones (e-) hacia la CTE de la mb interna. La energía de la transferencia de electrones a lo largo de la cadena, genera un gradiente de protones. Al final, se combinan dos protones, dos electrones y media molécula de O2 para formar H2O. Mientras los protones del espacio intermembranal regresan a la matriz mitocondrial a través del complejo ATP sintasa, elmovimiento de protones genera la fuerza motriz necesaria para la síntesis de ATP a partir de ADP y Pi http://student.ccbcmd.edu/~gkaiser/biotutorials/cellresp/chemioar.html

Dentro de la Mitocondria

http://employees.csbsju.edu/hjakubowski/classes/ch331/oxphos/olcouplingoxphos.html

Papel de las mitocondrias en la formación del ATP

Energía de moléculas orgánicas

Mitocondria

Energía eléctrica

**Gradiente iónico

Requiere

-Sistema de generación -Membrana que lo mantenga -Mecanismo de liberación del gradiente

Se utiliza para Realizar actividades que requieran ATP

Definición y complejos

Fosforilación oxidativa: Se sintetiza ATP a partir de energía liberada al oxidar un sustrato Veremos de qué manera la oxidación de un sustrato puede generar energía libre NOTA: Algunos textos consideran CUATRO complejos, otros TRES. Complejo I

Complejo III

NADH-Deshidrogenasa (pasa e- a las quinonas) Succinato deshidrogenasa (no contribuye directamente al gradiente de protones Cit bc1 (pasa e- al Cit c)

Complejo IV

Citocromo oxidasa

Complejo II

Cadena de transporte de electrones Tres ó cuatro complejos y una bomba ATP-sintasa

http://www.nature.com/nature/journal/v408/n6809/fig_tab/408239a0_F2.html

Potencial óxido-reducción ó Potencial redox Agente reductor débil: sustancia con bajo potencial para transferir electrones. – Ejemplo: H2O Agente reductor fuerte: sustancia con alto potencial para transferir electrones. – Ejemplo: NADH

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…potencial óxido-reducción Los agentes oxidantes y reductores actúan en pares. Ej.: NAD+ y NADH Los agentes reductores fuertes se unen a los oxidantes débiles y viceversa. La afinidad por los electrones se mide como POTENCIAL REDOX.

Los pares cuyos agentes reductores son mejores donadores de electrones en comparación con el H2 tienen POTENCIAL REDOX (-). Ej.: NADH-NAD+ = -0.32V Los pares cuyos agentes reductores son mejores aceptores de electrones en comparación con el H2 tienen POTENCIAL REDOX (+). Ej.: FADH2 -FAD = +0.081V

Transporte de Electrones Generalidades •

El NADH formado en la matriz mitocondrial (se disocia de su respectiva deshidrogenasa) transfiere sus electrones al complejo NADH deshidrogenasa de la mb interna

•

Cada transportador se reduce sucesivamente al ganar electrones del transportador precedente y luego se oxida al donar sus electrones al transportador subsecuente.

•

El aceptor final es el O2, se reduce al formar H2O

•

La energía liberada por la transferencia de electrones genera un gradiente de protones Síntesis endergónica de ATP

Tipos de transportadores Existen 4 tipos de transportadores y están enlazados a la membrana: - Flavoproteínas (gpo. prostético) - Citocromos (gpo. prostético) - Ubiquinona (proteína)* - Proteínas de Fe y S (gpo. prostético) * Los centros redox dentro de la cadena que aceptan y donan electrones son grupos prostéticos (parte no proteica de las enzimas), excepto la ubiquinona (es una proteína)

Flavoproteínas y deshidrogenasas Flavoproteínas Polipéptido fuertemente enlazado a uno de los grupos prostéticos (FAD o FMN). Se derivan de la riboflavina (prot. B12) y cada uno puede aceptar y donar 2 e- y 2 protones. Las principales flavoproteínas de la mitocondria son: 1. NADH-deshidrogenasa (Complejo I de la CTE) 2. Succinato deshidrogenasa (del ciclo de Krebs).

Citocromos Son proteínas con grupo Hemo (parecido a la hemoglobina) Fe: capaz de transiciones reversibles entre estados de oxidación Fe+3 y Fe+2 Citocromos Con grupo prostético protoporfirínico de Fe. Los de la CTE difieren entre sí por las sustituciones efectuadas en el grupo Hemo y por la secuencia de aminoácidos del polipéptido

Citocromo-b

http://www.steve.gb.com/science/oxidative_phosphorylation.html

Ubiquinona Ubiquinona (UQ o coenzima Q) Molécula liposoluble que contiene una larga cadena hidrófoba compuesta por unidades isoprenoides de 5 carbonos. Igual que las flavoproteínas, puede aceptar y donar dos e- y dos protones

Proteínas hierro - azufre Los átomos de Fe están unidos a átomos de S inorgánico como parte de un centro de hierro y

azufre

Los centros más comunes contienen dos o cuatro átomos de Fe y S unidos a la proteína en los residuos de cisteína Un solo centro puede tener varios átomos de Fe pero todo el complejo solo puede aceptar y donar un protón

Potencial de reducción El potencial de reducción cambia a lo largo de la CTE están dispuestos espacialmente para favorecer el transporte de e- escalonado Los grandes incrementos del potencial ocurren alrededor de las enzimas de la cadena respiratoria debido al bombeo de protones

Quimiósmosis Bombeo de protones en la mitocondria. Las entradas Los productos Flujo de electrones

E0 mas negativo

E0 mas positivo

Transportadores de electrones En la membrana mitocondrial existen portadores de electrones que forman parte de complejos asimétricos. El citocromo C y la ubiquinona no forman parte de los complejos. El Citocromo-C se encuentra libre en el espacio intermb. asociado a la mb interna La ubiquinona, es liposoluble y está en la mb interna de la mito.

http://www.elmhurst.edu/~chm/vchembook/596electransport.html

http://www.sp.uconn.edu/~terry/images/anim/ETS.html

Transportadores de electrones

-Si el donador de electrones es NADH, los electrones entran a la cadena por la vía del complejo I, que transfiere electrones a la ubiquinona. - Cuando el donador de e- es FADH2, los electrones pasan directamente de la succinato deshidrogenasa del ciclo de Krebs (complejo II) a la ubiquinona http://hopes.stanford.edu/treatmts/ebuffer/j1.html

Eventos La Cadena de Transporte de Electrones comprende dos procesos: 1. Los electrones son transportados a lo largo de la membrana, de complejo en complejo 2. Los protones son translocados a través de la membrana desde la matriz hacia el espacio intermembranal, lo que genra gradiente de protones. El oxígeno es el aceptor terminal de electrones para producir agua.

Secuencia Los electrones pasan a través del primer complejo (NADH-Q reductasa) hasta la ubiquinona, los iones H+ son bombeados hacia el espacio intermembranal. Electrones pasan a Q El segundo complejo, citocromo-bc reductasa, trasnsfiere electrones desde la Q a el citocromo-c (libre en espacio intermb., con un bombeo de protones. El tercer complejo, citocromo-c oxidasa, pasa los e- del citocromo-c al oxígeno, el oxígeno reducido (1/2 O2-) y se combina con dos iones H+ para formar H2O. Balance neto: los electrones entran a la cadena desde portadores como el NADH o el FADH2, llegan a la oxígeno-reductasa donde se combinan con el oxígeno.

http://vcell.ndsu.nodak.edu/animations/etc/movie.htm

Gradiente electroquímico El gradiente electroquímico total de protones (H+) a través de la mb interna de la mitocondria consiste de: una gran fuerza debido al potencial de membrana y a b) Una fuerza pequeña debido al gradiente de concentración de protones (pH)

Ambas fuerzas se combinan para producir el total de la fuerza motriz de protones que regula el retorno de H+ hacia la matriz mitocondrial

Teoría quimiosmótica

El transporte de protones en la mb interna de la mito genera un potencial eléctrico y un grandiente de protones = fuerza motriz de protones Los protones regresan a favor de su gradiente de concentración por canales –ATP sintasatermodinámicamente favorable, y se genera la síntesis de ATP

http://porpax.bio.miami.edu/~cmallery/150/phts/phts.htm

Gradiente de protones y fosforilación oxidativa Hipótesis Quimiosmótica: A medida que los electrones fluyen por la cadena, a ciertas etapas los protones (H+) son transferidos desde el interior al exterior de la membrana. Esto construye un gradiente de protones , dado que las cargas + son retiradas del interior mientras que las cargas -, permanecen en el interior (en gran parte como iones OH- ). El pH en la cara externa de la membrana puede llegar a un pH 5,5, mientras que el pH justo en la cara interna de la misma puede llegar a 8,5 (3 unidades de pH significan una diferencia de concentración de H+ estimada en 1000 x entre ambas caras de la membrana). Y esto representa energía potencial acumulada como gradiente de protones = fuerza móvil de protones. Dado que la membrana es impermeable a los protones, el gradiente no se desarma por una constante entrada de los mismos, y teniendo en cuenta que la ATP sintetasa (conocido también como complejo F1) contiene el único canal para la entrada del protón, por lo tanto a medida que los protones pasan por el canal, se produce la siguiente reacción: » ADP + Pi ---> ATP Este proceso se llama: fosforilación quimiosmótica o fosforilación oxidativa.

ATP sintasa Los protones regresan la matriz mitocondrial a través de los del complejo enzimático de la ATP sintetasa*. Esta entrada se acopla a la síntesis de ATP a partir de ADP y Fosfato (Pi) Los iones H+ se acumulan en el compartimiento mitocondrial externo (espacio intermembrana). Los electrones son transferidos a lo largo de las proteinas de la cadena, y el protón al espacio intermembrana,donde genera un gradiente. Los protones entran nuevamente pasando por el complejo ATP-sintetasa, generando ATP.

*ACLARACION: El nombre correcto es SINTASA porque sintetiza ATP ó hidroliza ATP en ADP + Pi

Puntos clave Los protones son bombeados a través de la mb interna hacia el espacio intermb, desde la matriz mitocondrial, durante el transporte de electrones que inicia con el NADH que cede un hidrógeno. La continua producción de esos protones genera un gradiente de protones. La ATP sintasa es un complejo proteico un canal exclusivo para H+ que permite el retorno de protones a la matriz mitocondrial La síntesis de ATP se produce como resultado de la corriente de protones fluyendo a través de la membrana: ADP + Pi ---> ATP

Cómo dona e- y H+ el NADH

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Los e- de alta energía de un ión de hidruro (H con dos electrones) se desprenden del NADH, se forma un protón y dos electrones de alta energía (sólo se muestra parte de la molécula) El FADH2 acarrea los electrones en forma similar

Inhibidores de la Fosforilación oxidativa Numerosos productos químicos pueden bloquear la transferencia de electrones en la cadena respiratoria, o la transferencia de electrones al oxígeno. Todos ellos son potentes venenos, entre ellos: Monóxido de Carbono -- se combina directamente con el complejo citocromo oxidasa terminal, y bloquea la entrada de oxígeno al complejo para la regeneración de agua. Cianuro (CN-) se enlaza al hierro del citocromo y bloquea la transferencia de electrones.

Inhibidores Antimicina A: Bloquea transf e- en Cit-b-c Amital y Rotenona bloquean el transporte de e- del complejo NADH deshidrogenasa CO, Azida (N3-) y Cianuro (CN-) inhiben al complejo citocromo oxidasa Desacopladores: La gramidicina –transmembranal- abre un canal de fuga de protones (iones Na y K) Dinitrofenol transporta protones de un lado a otro de la mb Complejo II (succinato-Co-Q oxidoreductasa) también puede ser inhibida por OAA

Revisar la pregunta 10.1 p 306 McKee2

Ejercicio: Relacionar el número de electrones que son acarreados y el número de protones que son transportados en cada proceso para llevar a cabo la regeneracion de agua y la síntesis de ATP.