Cadena Transport Ad Or A De Electrones

Cadena Transportadora de Electrones Fosforilación Oxidativa

LA FOSFORILACIÓN OXIDATIVA (CADENA RESPIRATORIA).CONCEPTO Y OBJETIVOS • Concepto: Consiste en un transporte de electrones desde las coenzimas reducidas, NADH+ H+ o FADH2, hasta el oxígeno. Este transporte se realiza en la membrana de las crestas mitocondriales. • Objetivos: Se obtendrá la mayor parte de la energía contenida en la glucosa y otros compuestos orgánicos, que será almacenada en forma de ATP. Se recuperarán las coenzimas transportadoras de electrones en su forma oxidada, lo que permitirá la oxidación de nuevas moléculas de glucosa y de otras sustancias orgánicas. Como producto de desecho se obtendrá agua.

Balance Energético obtenido de los procesos de Glucolisis y Ciclo de Krebs

ESTRUCTURA DE LA MEMBRANA DE LAS CRESTAS MITOCONDRIALES • Las crestas mitocondriales tienen la estructura de toda membrana biológica.

• Empotradas en la doble capa lipídica se encuentran diferentes sustancias transportadoras de electrones formando la cadena respiratoria.

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En la cadena respiratoria intervienen tres tipos de moléculas capaces de transportar electrones. 1.- La ubiquinona o coenzima Q (una quinona hidrofóbica) 2.- Los citocromos (proteínas que tienen como grupos prostéticos grupos hemo con hierro) 3.- Las proteínas con agrupaciones sulfo-férricas.

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El complejo I, también llamado NADH: ubiquinona oxidorreductasa transporta los electrones del NADH a la ubiquinona. El complejo II, es la succinato dehidrogenasa, única enzima del ciclo de Krebs unida a membrana, que pasa los electrones del FADH2 a la ubiquinona. El complejo III, también llamado citocromo bc1 o complejo ubiquinona: citocromo c oxidorreductasa, acopla la transferencia de electrones desde la ubiquinona al citocromo c. El complejo IV, también llamado citocromo oxidasa, es la última etapa de la cadena de transporte electrónico de la respiración y conduce los electrones desde el citocromo c hasta el último aceptor de los electrones, el oxígeno que se reduce a agua.

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Supone: • Un transporte de electrones del NADH2 o del FADH2 a un aceptor o receptor final. Este transporte de electrones lo realizan proteínas y otras sustancias en una membrana celular • El transporte de electrones se aprovecha para bombear protones al exterior de la membrana. Se crea un gradiente de concentración de protones y un potencial (diferencia de cargas) • El gradiente eléctrico permite la formación de ATP. 1ATP por cada 2 H+ transportados. Lo realiza un complejo enzimático: ATP asa mitocondrial

Cadena de transporte electrónico.

Oxidación de NADH2 • NADH+ cede los protones y los electrones a la NAD deshidrogenasa proteína con un grupo FMN que transporta 2 H+ al exterior y pasa 2e- a coenzima Q . • La Coenzima Q toma dos protones del interior y con los dos electrones. Puede moverse en el interior de la membrana transportando al otro lado de la membrana 2 H+. Cede los electrones al complejo citocromo b-c1. • Complejos de citocromos b-c1 transporta 2H+ al exterior y cede los e- al complejo citocromo a-a3 mediante un intermediario libre, el Citocromo c

Oxidación de FADH2 • Semejante a la del NADH2 pero comienza con la Succinato deshidrogenasa que no bombea protones como lo hace la NAD deshidrogenasa por lo que el balance de protones transportados es menor. La succinato deshidrogenasa cede protones y electrones a la coenzima Q • El resto del proceso es el mismo

Fosforilación oxidativa • La síntesis de ATP a partir de ADP y Pi en las mitocondrias está catalizada por la ATP sintasa, y está impulsada mediante el proceso de transporte electrónico anterior. • La energía liberada durante el transporte debe conservarse en una forma que pueda ser usada por la ATP-sintasa. Esto se conoce como acoplamiento de energía o transducción de energía. • Para explicar tal acoplamiento, existen distintas hipótesis. La teoría más aceptada es la de Mitchell, que propone que los transportadores de electrones además de transportar electrones bombean protones desde la matriz mitocondrial al espacio intermembrana en contra de gradiente, para ser llevado a cabo este proceso endergónico es acoplado a la energía producida por el transporte de electrones a favor de gradiente, de modo que se crea un gradiente electroquímico de protones a través de la membrana mitocondrial interna. • El potencial electroquímico de este gradiente es aprovechado por la ATP sintasa para sintetizar ATP.

ATP sintetasa. • La ATP sintasa transporta los protones a la matriz mitocondrial a favor de gradiente y acopla este proceso exergónico a la síntesis de ATP. • La ATP sintasa translocadora de protones es la estructura más compleja de la membrana mitocondrial. • Contiene dos subestructuras principales (F0 y F1 ) cada una con una Función determinada. • F0 es una proteína submembranal insoluble en agua y que contiene un canal para la translocación de los protones. • F1 es una proteína periférica de membrana, soluble en agua, que participa directamente en la síntesis de ATP a partir de ADP y Pi, como se muestra en

La Cadena Respiratoria partiendo del NADH (animación)

+ +

NAD+

+

+

+ +

+

+

+ +

+

3ATP

3ADP

+

NADH +

e e

Comp. I

e e

Comp.III

Comp. II

e e

e e e Ce Cit

+

+ +

+

+

+ + +

+

+

+ +

+ + +

¿Cómo entra NADH generado en citosol a la mitocondria? • Las moléculas de NAD+ y NADH no pueden atravesar la membrana mitocondrial interna, que es una barrera selectiva. Por ello el NADH generado durante la glicólisis y por otras deshidrogenasas citosólicas no puede atravesar dicha membrana para llegar a la matriz mitocondrial y dar su par de electrones al complejo I de la cadena transportadora. • Para poder transferir ese " poder reductor " generado en el citosol hasta la cadena transportadora de electrones existen en las células de mamífero dos sistemas de lanzadera de solutos que permiten la transferencia de pares de electrones y protones ( pares de átomos de hidrógeno ) bien directamente hasta la cadena transportadora, bien hasta la matriz mitocondrial.

Lanzadera DihidroxicetonaP/Glicerol -3P (muy activo en el cerebro) Lanzadera Malato/Aspartato.

Lanzadera Dihidroxicetona-P/Glicerol-3P

Mecanismo de la lanzadera : • GPD1 cataliza en el citosol la transferencia de 2 electrones + 2 protones desde NADH + H+ a la dihidroxiacetona-P, formándose NAD+ y glicerol-3-P. De esta forma se ha transferido el " poder reductor " desde el NADH hasta el glicerol-3P. • El glicerol-3-P atraviesa la membrana mitocondrial externa por los canales de porina ( VDAC ), y llega al espacio intermembrana mitocondrial donde el enzima GPD2 situado en la cara externa de la membrana mitocondrial interna cataliza la transferencia de los 2 electrones + 2 protones desde el glicerol-3-P a FAD, que se reduce a FADH2 y se incorpora a la cadena transportadora de electrones en la propia membrana interna. El glicerol-3-P al donar los 2 átomos de H se convierte en dihidroxiacetona-P.

• De esta forma se ha producido la transferencia de 2 electrones + 2 protones desde el NADH ( + H+ ) en el citosol hasta el FAD en la membrana mitocondrial interna, mientras que la dihidroxiacetona-P puede retornar desde el espacio intermembrana al citosol a través de los canales de porina ( VDAC ).

Lanzadera Aspartato/ Malato

Mecanismo y significado de la lanzadera : • La lanzadera de malato - aspartato es más compleja que la de glicerol-3-P. Sus intermediarios están acoplados con intermediarios del ciclo de los ácidos tricarboxilicos. También está relacionada con el metabolismo de aminoácidos y en el hígado con el ciclo de la urea. • En citosol, la malato deshidrogenasa 1 (MDH1) reduce el oxalacetato a malato mediante oxidación del NADH. El malato difunde a través de la membrana mitocondrial externa por los canales de porina ( VDAC ). • Desde el espacio intermembrana el malato se transporta a la matriz mitocondrial por el transportador mitocondrial de oxoglutarato (SLC25A11), al que se ha denominado frecuentemente como transportador de ácidos dicarboxílicos y antiporter de malato - α-cetoglutarato.

• Una vez el malato ha llegado a la matriz sufre una oxidación a oxalacetato catalizada por la malato deshidrogenasa 2 (MDH2), en una reacción en que el NAD+ se reduce a NADH + H+. • De esta manera el par de electrones + 2 protones que fueron aceptados por el oxalacetato en el citosol han sido transferidos a la matriz mitocondrial y utilizados en la formación de NADH + H+ . • Ahora el par de electrones + 2 protones pueden ser cedidos al Complejo I de la cadena transportadora de electrones donde proporcionaría la fuerza protomotriz necesaria para la síntesis de 3 moléculas de ATP en el Complejo V.

• El oxalacetato no puede atravesar la membrana mitocondrial interna, al no existir ningún sistema transportador que le permita hacerlo. Sin embargo, puede ser transformado en aspartato en una reacción catalizada por GOT2 (glutamato transaminasa 2 o mitocondrial ) aceptando un grupo amino del glutamato, que a su vez se transforma en α-cetoglutarato.

• El aspartato puede atravesar la membrana mitocondrial interna mediante el transportador mitocondrial de glutamato (SLC25A22), al que se ha denominado frecuentemente como antiporter de glutamato-aspartato, que intercambia glutamato y aspartato. • Una vez en el citosol, el aspartato puede donar su grupo amino para originar oxalacetato. En esta reacción catalizada por la GOT1 (glutamato transaminasa 1 o citosólica) el α-cetoglutarato es el aceptor del grupo amino, y se convertirá en glutamato.

Oxidación completa de la glucosa en la célula