BOLILLA 2- 1° parte

Transporte electrónico y fosforilación oxidativa. Mitocondrias. Cadena respiratoria. Localización. Balance energético. Desacoplantes: proteínas desacopladoras. Inhibidores. Síntesis de ATP. Hipótesis quimiosmótica. Translocasas. Regulación de la fosforilación oxidativa. Oxidasa alternativa en vegetales. Luciferina-luciferasa. Fotofosforilación y fotosíntesis: Proceso en plantas superiores. Reacciones luminosas. Captación de la energía luminosa. Cloroplastos y pigmentos. Transporte electrónico cíclico y no cíclico. Síntesis de ATP por fotofosforilación. Similitudes entre fosforilación oxidativa y fotofosforilación. Concepto unificador de la teoría quimiosmótica. Otros organismos fotosintetizadores. Sistema microsomal de transporte electrónico. Formación de compuestos oxígeno-reactivo. Radicales libres. Sistemas de protección.

Lípidos

ACIDOS GRASOS

Hidratos de carbono

GLUCOSA

Proteínas

AMINOACIDOS

OX

ID

AC

IO

N

Compuestos con

uniones ricas en energía

NADH

FADH2

ATP

O2

C6H12O6 +6O2 6CO2 + 6H2O

ΔG0

= -2870 Kj/mol ó -686 kcal/mol

OXIDACION COMPLETA DE LA GLUCOSA

VI

A

G

LI

C

O

LI

TI

C

A

O

XI

D

A

C

I

O

N

D

E

L

A

G

L

U

C

O

S

A

CH2

C – O – PO3

COO-

Fosfoenolpiruvato (PEP)

DGo’

= - 61,9 kJ/mol

װ

ו

O

C

O – PO3

C H2

C-O-PO3

H2

1,3-Bisfosfoglicerato

DG o’

= - 49,3 kJ/mol

װו

ו

ו

Ciclo de Krebs,

Ciclo de los ácidos tricarboxílicos,

Ciclo del ácido cítrico

1

2

2

• Hans Krebs,1937.

CH3

O

C – S-CoA

Acetil-CoA

DGo

’ = - 32,2 kJ/mol

ו װ

O2

O2

O2

O2

CR

CR

CR

CR

OXIDORREDUCTASAS (DESHIDROGENASAS)

- Deshidrogenasas nicotinamídicas, o ligadas a NAD.

- Deshidrogenasas flavínicas, o ligadas a FAD o a FMN.

AH2 + NAD+

A + NADH + H+

AH2 + FAD+

(FMN+

) A + FADH2 (FMNH2)

REACCION DE REDUCCION DE NAD+

R

│

│H

+

:H- (ion hidruro)

..

H H

+ H+

│R

NAD OXIDADO

(NAD+

)

NAD REDUCIDO

(NADH + H+

)

Ani

llo d

e ni

cotin

amid

a

REACCION DE REDUCCION DEL ANILLO FLAVINICO

.

H

+

-

R

R

H

H

e-

+ H+

Anillo isoaloxacina

R

e-

+ H+

FADH2 o FMNH2

Lípidos

ACIDOS GRASOS

Hidratos de carbono

GLUCOSA

Proteínas

AMINOACIDOS

OX

ID

AC

IO

N

Compuestos con

uniones ricas en energía

NADH

FADH2

ATP

O2

Adenosina Trifosfato (ATP)

Energía de Hidrólisis de los Compuestos de elevada Energía

Hidrólisis con eliminación de la repulsión de

cargas

IonizaciónEstabilización por

resonancia

• ATP

DGo’= - 32,2 kJ/mol

O O O

-O-P-O-P-O -P-O-Ribosa-Adenina

O- O

- O

-

Mg MgATP2-

װ װ

ו ו

ו ו

װ

ו

AMP + PPi

2 Pi

Activación de Acidos grasos

Polimerización de ARN o ADN

Activación de Aminoácidos

Quimioluminiscencia

DGo’= - 33,4 kJ/mol

MECANISMOS DE SINTESIS DE ATP

• FOSFORILACION A NIVEL DE SUSTRATO

• FOSFORILACION OXIDATIVA CADENA DE TRANSPORTE

ELECTRONICO

HIDRÓLISIS DE UNA UNION DE

ALTA ENERGIA

O2

VI

A

G

LI

C

O

LI

TI

C

A

O

XI

D

A

C

I

O

N

D

E

L

A

G

L

U

C

O

S

A

CH2

C – O – PO3

COO-

Fosfoenolpiruvato (PEP)

DGo’

= - 61,9 kJ/mol

װ

ו

O

C

O – PO3

C H2

C-O-PO3

H2

1,3-Bisfosfoglicerato

DG o’

= - 49,3 kJ/mol

װו

ו

ו

Ciclo de Krebs,

Ciclo de los ácidos tricarboxílicos,

Ciclo del ácido cítrico

1

2

2

• Hans Krebs,1937.

CH3

O

C – S-CoA

Acetil-CoA

DGo

’ = - 32,2 kJ/mol

ו װ

O2

O2

O2

O2

CR

CR

CR

CR

MECANISMOS DE SINTESIS DE ATP

• FOSFORILACION A NIVEL DE SUSTRATO

• FOSFORILACION OXIDATIVA CADENA DE TRANSPORTE

ELECTRONICO

HIDRÓLISIS DE UNA UNION DE

ALTA ENERGIA

O2

Destino de los equivalentes de reducción

Memb.interna

Espacio

Intermem-brana

Memb.

interna

Memb.externa

Crestas

Mitocon-

driales

Matriz

CK

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 mitocondrial.

• El aceptor final de electrones es el oxígeno.• Los componentes se encuentran ordenados

en orden creciente de sus potenciales de reducción.

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 solo 1 e-.

POTENCIALES DE REDUCCIÓN ESTÁNDAR DE LOS TRANSPORTADORES DE LA CADENA RESPIRATORIA

Reacción redox (media reacción) E´0 (V)

2 H+

+ 2 e- → H2 - 0.414

NAD+

+ H+

+ 2 e-

→ NADH - 0.320

FMN + 2 H+

+ 2 e-

→ FMNH2 - 0.300

FAD + 2 H+

+ 2 e- → FADH2 - 0.220

Ubiquinona + 2 H+

+ 2 e-

→ ubiquinol + 0.045

Citocromo b (Fe3+

) + e- → citocromo b (Fe

2+) + 0.075

Citocromo c1 (Fe3+

) + e- → citocromo c1 (Fe

2+) + 0.220

Citocromo c (Fe3+

) + e- → citocromo c (Fe

2+) + 0.254

Citocromo a (Fe3+

) + e- → citocromo a (Fe2+

) + 0.290

Citocromo a3(Fe3+

) + e- → citocromo a3(Fe2+

) + 0.550

½ O2 + 2 H+

+ 2 e- → H2O + 0.820

Complejos de la Cadena de transporte electrónico-Citocromo c

Complejo enzimático Grupos prostéticos

Complejo I (NADH deshidrogenasa) FMN, FeS

Complejo II(succinato deshidrogenasa) FAD,FeS

Complejo III (citocromos b y c1) Hemo, FeS

Citocromo c Hemo

Complejo IV (citocromo a-a3) Hemo, Cu

Cit.b /Centro Fe-S/ Cit c1

Coenzima

Q

Fe/Cu

Fe/Cu

O2

IV

FAD

Fe-S

II

Complejo III

CITOCROMO C –COENZIMA Q

OXIDO REDUCTASAComplejo IV

CITOCROMO OXIDASA

Cit.a

Cit a3

Cit.c

FeFe-SFe Fe Fe

III

Fumarato

Succinato

Complejo II

SUCCINATO DESHIDROGENASA

NADH

FMN

Fe-S

I

NAD+

Complejo I

NAD UBIQUINONA REDUCTASA

e-

H2O

Ciclo de Krebs

1

2

2

• Hans Krebs,1937.

O2

O2

O2

O2

CR

CR

CR

CR

Reacciones que proveen de NADH a la cadena respiratoria

Isocitrato

deshidrogenasa

α-cetoglutarato

deshidrogenasa

malato

deshidrogenasa

piruvato

deshidrogenasa

NADH + H+

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

Ciclo de Krebs

1

2

2

• Hans Krebs,1937.

O2

O2

O2

O2

CR

CR

CR

CR

Reacciones que proveen de FADH2 a la cadena respiratoria

NADH + H+

Succinato

deshidrogenasa

Cit.b /Centro Fe-S/ Cit c1

Coenzima

Q

Fe/Cu

Fe/Cu

O2

IV

FAD

Fe-S

II

Complejo III

CITOCROMO C –COENZIMA Q

OXIDO REDUCTASAComplejo IV

CITOCROMO OXIDASA

Cit.a

Cit a3

Cit.c

FeFe-SFe Fe Fe

III

Fumarato

Succinato

Complejo II

SUCCINATO DESHIDROGENASA

NADH

FMN

Fe-S

I

NAD+

Complejo I

NAD UBIQUINONA REDUCTASA

H2O

e-

COMPLEJO II

• Succinato-coenzima Q oxidorreductasa• Coenzima: FAD• Proteínas ferrosulfuradas• Transfiere equivalentes de reducción desde

succinato a la coenzima Q

Succinato + FAD Fumarato + FADH2

FADH2 + Prot-Fe3+

FAD + Prot-Fe2+

Prot-Fe2+

+ CoQ Prot-Fe3+

+ CoQH2

REACCION DE LA UBIQUINONA

R

Ubiquinona (UQ)

e- + H

+

Radical semiquinona

R

H

R

H

H

Ubiquinol (UQH2)

e- + H

+

Otras deshidrogenasas que entregan electrones a la Ubiquinona

• Acil-CoA deshidrogenasa

• Glicerol-3-fosfato deshidrogenasa

FADH2CoQ

FADH2 CoQ

CAMINO DE LOS ELECTRONES desde el COMPLEJO III al O2

CoQH2

CoQ

Cit.

b566

Fe+++

Fe++

Fe++

Fe+++

Fe+++

Fe++

Fe+++

Fe++

Fe+++

Fe++

Fe+++

Fe++ ½ O2 + H

+

H2O

Cit.

b562 Fe-SCit.

c1

Cit.

c

Cit.

a.a3

Complejo IVComplejo III

Estructura de los citocromos

Hemo A (Citocromo a y a3)

Estructura general de citocromo c y c1

SINTESIS DE ATP TEORIA QUIMIOSMOTICA

MATRIZ

ESPACIO INTERMEMBRANA

H+

H+

H+

H+ H

+

H+

H+

H+

H+

3 ATP

e-

e-

e-

e-

e-

e-e-

2 ATPH+

H+

H+

H+

H+

H+

TRANSLOCACION DE PROTONES Y SINTESIS DE ATP

Pi

Pi

POSTULADOS DE LA TEORIA QUIMIOSMOTICA

• Membrana mitocondrial impermeable a protones.

• Expulsión 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.

INHIBIDORES

• Inhibidores del transporte electrónico Inhiben solamente el transporte de e-

• Inhibidores de la fosforilación Inhiben la síntesis de ATP e indirectamente, el

transporte de e-.

• Desacoplantes Impiden la síntesis de ATP, y aceleran el

transporte de electrones.• Inhibidores de la translocasa Inhiben la entrada de ADP y la salida de ATP

desde la mitocondria.

ACCION DE INHIBIDORES

Aceptores

artificales de

electrones

Azul de

metileno2,6 diclorofenol indofenol Ferricanuro

Tetrametil p-

fenilendiamina

Rotenona (insecticida)

Amital (barbitúrico)

Inhiben Fe-S/CoQ

Antimicina A (antibiótico)

bloquean citb/citc1

CN-

CO

Inhiben la citocromo oxidasa

NADH FMN Fe-S CoQ cit b Fe-S cit c1 citc cit a cit a3 O2

(-0.32)

(+0.82)

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.

Desacoplan la fosforilación del transporte electrónico

+ H+

O-

2,4 Dinitrofenol (DNP)

Forma protonada que atraviesa la

membrana

Relacion P/O en presencia de Inhibidores

• Sustrato: NADH Sin Inhibidor

P/O = 3/1

c/Inh. del COMPLEJO II

c/Inh. del COMPLEJO I

C/ DESACOPLANTES

e- e- e-

P/O = 0

P/O = 3/1

P/O = 0/1

e-

e-

e- (Q al O2)

e-

e-

e-

e-

e-

e- e- e- e- e- e- e- (Q

al O2)

c/Inh. del COMPLEJO II

c/Inh. del COMPLEJO I

C/ DESACOPLANTES

c/Inh. del COMPLEJO II

c/Inh. del COMPLEJO I

Sin Inhibidor

C/ DESACOPLANTES

c/Inh. del COMPLEJO II

c/Inh. del COMPLEJO I

•Sustrato: FADH2

P/O = 2

c/Inh. del COMPLEJO I

P/O = 2

P/O = 0

C/ DESACOPLANTES

P/O = 0

Sin Inhibidore-

e-

e-

c/Inh. del COMPLEJO II

e-

e-

e- (Q al O2)

e-

e-

e- (Q al O2)

e-

e-

e- e- e- e- e- e- e- (Q

al O2)

c/Inh. del COMPLEJO I

c/Inh. del COMPLEJO II

C/ DESACOPLANTES

c/Inh. del COMPLEJO I

c/Inh. del COMPLEJO II Sin Inhibidor

C/ DESACOPLANTES

c/Inh. del COMPLEJO I

c/Inh. del COMPLEJO II

Oxidaciones alternativas de transporte de electrones en plantas

NAD(P)H

Deshidrogenasa

externa

NADH

deshidrogenasa

alternativa

Ubiquinona

oxidasa

O2

NADH

Calor

UQ

Funciones fisiologicas

• Producción de calor en algunas especies vegetales como por ej. Araceae species en un etapa anterior a la polinización para producción de compuestos aromáticos que atraen a los polinizadores.

• Es activa durante períodos de altas velocidades de oxidación de sustratos para evitar la producción de radicales libres.(Esqueletos carbonados C.Krebs)

• Es activa en situaciones de estrés (sequia, temperaturas extremas, tóxicos presentes en el suelo, falta de Pi, patógenos)( en estas situaciones disminuye la velocidad de la cadena respiratoria normal).

Control de la respiración

• Niveles de ADP

• Disponibilidad de sustrato en plantas

• Disponibilidad de oxígeno

ESPECIES REACTIVAS DEL OXIGENO

•O2

•O2

.-

•H2O2

•OH

.-

•Oxígeno Molecular

•Radical Superóxido

•Peróxido de Hidrógeno

•Radical Hidroxilo

Eliminacion de EROS

•ENZIMAS ANTIOXIDANTES

•SUSTANCIAS QUIMICAS ANTIOXIDANTES

•Ascorbato

•Vitamina E

•Beta-caroteno

•GPx

•SOD

•Catalasa

2 O2.-

+ 2 H+

H2O2 + O2

Enzimas antioxidantes

CATALASA

GLUTATION

PEROXIDASA

2 H2O2 2H2O + O2

2 GSH + H2O2 GSSG + 2H2O

SUPEROXIDO

DISMUTASA

OXIDASAS Y OXIGENASAS

•Localización: Microsomas y peroxisomas

•No asociados a la producción de ATP

•Usan O2 como sustrato

OXIDASAS

OXIGENASAS

No incorporan O2Oxid.

MONOXIGENASAS

DIOXIGENASAS

Incorporan un átomo del

O2

Incorporan los 2 átomos del

O2

OXIDASAS

• Oxidación peroxisómica de ácidos grasos

• Citocromo oxidasa

Flavoproteína: FADH2 FAD y O2 H2O2

Hemoproteína: Fe++

Fe+++

y O2 H2O

MONOOXIGENASAS u OXIGENASAS DE FUNCION MIXTA ó HIDROXILASAS

• AH + BH2 + O=O A-OH + B + H2O

1 O se incorpora al sustrato y el otro O forma agua

Sustrato

principalCo-Sustrato

NADH, NADPH, FMNH2, FADH2, BH4

CITOCROMO P-450

Hidroxilación de esteroides

Hidroxilación de fármacos

Hidroxilación de xenobióticos

CITOCROMO b5 Desaturación de ácidos grasos

ESQUEMA DE REACCION Y UBICACIÓN CELULAR DEL CITOCROMO 450

CY P450H-OH

O2 RH

R-OH

CITOPLASMA

MEMBRANA RETICULO

ENDOPLASMICO

NADPH

NADP+

Esquema de reacción donde interviene un Citocromo P450

NADPH

NADP+

CytP450 (oxid)CytP450 (red)

Sustrato Sustrato hidroxilado

O2 H2O

Citocromo P-450

Reductasa

(Fe-S)

Citocromo P-450

reducido

RH

ROH

O2

H2O

Oxidado

Reducido

Reducido

Oxidado