Procesos Bioloicos - 16 - Fosforilación Oxidativa.29.05.09

Fosforilación Oxidativa

Dr. Giuliano Bernal Dossetto Departamento de Ciencias Biomédicas Facultad de Medicina Universidad Católica del Norte

Fosforilación oxidativa  Es

la culminación del rendimiento energético en el metabolismo de los organismos aeróbicos.

 En

eucariontes la fosforilación oxidativa ocurre en la mitocondria e involucra la reducción de O2 a H2O, utilizando los electrones cedidos por NADH y FADH2.

 La

síntesis de ATP en la mitocondria se basa en la teoría quimiosmótica (Peter Mitchell, 1961) e involucra una gradiente de protones de transmembrana.

• Eugene Kennedy y Albert Lehninger (1948) describen la mitocondria como el sitio donde ocurre la fosforilación oxidativa. • La membrana interna mitocondrial podría poseer sobre 10.000 complejos transportadores de electrones y complejos ATP-sintasa. • Las mitocondrias de las células cardíacas poseen 3 veces más complejos transortadores de electrones que las mitocondrias de hepatocitos.

Nucleótidos de nicotinamida  NADH

y NADPH son transportadores de ē solubles en agua que se asocian reversiblemente con deshidrogenasas.

 Las

deshidrogenasas dependientes de NAD+ remueven 2 átomos de H de sus sustratos.

 NADH

transporta ē desde reacciones catabólicas y NADPH suple ē a reacciones anabólicas.

Transporte de electrones a través de aceptores universales

Flavoproteínas  Las

flavoproteínas contienen FMN o FAD unido fuertemente o en algunos casos unido covalentemente.

 La

transferencia de ē depende del potencial de reducción standard de la flavoproteína y no del FMN o FAD aislados.

 Se

debe considerar a esta coenzima como parte del sitio activo.

Otros transportadores de ē  Ubiquinona:

Llamada coenzima Q, es una benzoquinona liposoluble con una larga cadena isoprenoide.

 Puede

aceptar un ē para formar el radical semiquinona, o dos ē para generar ubiquinol.

 Difunde

con facilidad por la membrana interna mitocondrial.

Citocromos  Ferroproteínas

de la membrana interna mitocondrial capaces de transportar ē.

 Poseen

hem como grupo prostético.

 Existen

3 clases de citocromos de acuerdo a su absorción de luz, los citocromos a, b y c.

 Citocromos

a y b forman parte integral de la membrana. El citocromo c mitocondrial (104 aa) es hidrosoluble.

Ferrosulfoproteínas  En

este caso la unión de Fe se lleva a cabo con átomos de S inorgánico o de residuos de cisteína.

 Se

conocen 3 tipos de coordinación del Fe.

 Todas

estas proteínas participan en la transferencia de 1 ē en la que el Fe se oxida o reduce.

 Poseen

un potencial de reducción estándar bajo, por lo que son buenos dadores de ē.

Potencial estándar de reducción 

Los ē son transferidos desde el transportador de menor al de mayor potencial estándar de reducción.



Mediante inhibidores específicos se ha determinado la secuencia completa de los transportadores.



El orden de acción de los transportadores de ē es NADH, Q, cit b, cit c1, cit c, cit a y a3.



El tratamiento suave de la membrana interna con detergentes permite obtener 4 complejos transportadores de ē, cada uno representando una fracción de la cadena respiratoria completa.

Inhibidores de la cadena respiratoria

Purificación de los complejos transportadores de ē desde la membrana mitocondrial

Complejo I  Complejo

NADH deshidrogenasa.

 Recibe

NADH generado por las diferentes deshidrogenasas.

 En

esta reacción se reduce la ubiquinona.

 El

complejo posee FMN y centros Fe-S como grupos prostéticos.

 Es

inhibida por amital (barbitúrico), rotenona (insecticida) y piericidina A (antibiótico).

Complejo II  Complejo

succinato deshidrogenasa.

 Posee

5 subunidades, una de las cuales cataliza la oxidación de succinato a fumarato.

 También

participa en la reducción de ubiquinona.

 Posee

FAD y centros Fe-S como grupos prostéticos.

Complejo III  Complejo

citocromo c óxido-reductasa

 Posee

citocromos b562 y b566 y c1, además de una ferrosulfoproteína.

 El

transporte de ē desde la coenzima Q a los citocromos se realiza a través de una serie de reacciones denominadas ciclo Q.

 Antimicina

A (antibiótico) bloquea la transferencia de ē desde ubiquinol a citocromo c.

 Los

protones liberados cuando se oxida ubiquinol aumentan la gradiente de protones de membrana.

Complejo IV  Complejo

citocromo oxidasa.

 Atraviesa

la membrana mitocondrial y cataliza la reducción del O2 para formar H2O.

 Posee

los citocromos a y a3. La citocromo c oxidasa también posee dos iones de cobre, Cua y Cub que participan en la transferencia de ē al O2.

 Cianuro

y CO bloquean a esta enzima.

Cadena respiratoria

Complejo ATP sintasa  Posee

dos complejos diferentes (F0 y F1) y varias subunidades.

 F0 es

un canal para el ingreso de protones hacia la matriz. F1 posee actividad ATP sintasa.

 Oligomicina

inhibe la síntesis de ATP uniéndose a la subunidad F0.

 La

síntesis de ATP se produce a medida que reingresan protones a la matriz.

Complejo F1

Microfotografía que muestra el movimiento de la ATP sintasa en el curso de una reacción.