Transporte electrónico fosforilación oxidativa

Presentación del tema: "Transporte electrónico fosforilación oxidativa"— Transcripción de la presentación:

1 Transporte electrónico fosforilación oxidativa
Y fosforilación oxidativa

2 ultima fase de la oxidación biológica
proceso principal de formación de ATP Al final del Ciclo de Krebs la célula ha ganado: 4 ATP, 2 en la glucólisis y dos en el ciclo de Krebs, electrones energéticos:10 NADH2 y 2 FADH2. La formación de ATP esta acoplada a un proceso en el cual se transfieren electrones desde un donador reducido de alta energía mediante transportadores intermediarios a un aceptor final para dar un producto reducido de baja energía Los diversos miembros de la cadena respiratoria son capaces de aceptar electrones de los compuestos anteriores y los transfieren al siguiente, reciben el nombre de transportadores electrónicos localizados en la membrana interna de la mitocondria

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4 Cadena transportadora de electrones (CTE)
Es  un sistema multienzimático ligado a membrana que transfiere electrones desde moléculas orgánicas al oxígeno. Los transportadores intermediarios establecidos de la cadena transportadora son: NAD FAD y FMN Coenzima Q (CoQ) (están embebidos en la membrana mitocondrial) una familia de citocromos (cit b, cit c1, cit c, cit a, cit a3) son periféricas y se ubica en el espacio intermembrana proteinas de hierro no heminico (intervienen en varias posiciones) Ubiquinona: Coenzima Q Citocromos

5 El proceso comienza con una transferencia de electrones de un sustrato reducido (SH2 o S’H2) a NAD o FAD. Cuando el proceso se inicia a nivel de NAD el transportador siguiente es FMN y luego son transferidos a CoQ y de alli a los citocromos terminando en el oxigeno como aceptor final El proceso esta favorecido por los potenciales de reducción de los intermediarios

6 Reacciones de oxido-reducción
Los sistemas que tienen un potencial de reducción relativamente negativo tienen tendencia mayor a perder electrones

7 Disposición de la cadena respiratoria
Los transportadores se ordenan en cuanto a su tendencia creciente de experimentar reducción (Cada transferencia tiene la capacidad de proceder en forma espontánea y exergónica)

8 Cadena transportadora de electrones (CTE)
La CTE comprende dos procesos: Los electrones son transportados a lo largo de la membrana, de un complejo de proteínas transportador ("carrier") a otro. Los protones son translocados a través de la membrana,  estos significa que son pasados desde el interior o matriz hacia el espacio intermembrana. Esto construye un gradiente de protones. El oxígeno es el aceptor terminal del electrón, combinándose con electrones e iones H+ para producir agua

9 Secuencia de eventos: Balance neto:
los  electrones pasan a través de el 1º complejo (NADH-CoQ reductasa) hasta la ubiquinona, los iones H+ traspasan la membrana hacia el espacio intermembrana. el 2º complejo (citocromo c reductasa) trasnsfiere electrones desde la CoQ a el citocromo c, generando un nuevo bombeo de protones al exterior. el 3º complejo es una citocromo c oxidasa, pasa los e- del citocromo c al oxígeno, el oxígeno reducido (1/2 O2-) toma dos iones H+ y forma H2O. Balance neto: los electrones entran a la CTE desde portadores tales como el NADH o el FADH, llegan a la "oxidasa terminal" (una oxígeno-reductasa) y se "pegan" al oxígeno.

10 La cadena respiratoria abarca 1.14 V que corresponden a 53 kcal
La fuerza electromotriz de la fosforilacion oxidativa es el potencial de transferencia De electrones desde el NADH o FADH2 hacia el O2 a) ½ O2 + 2 H+ + 2e-  H2O 0’ = V b) NAD+ + H+ + 2e-  NADH 0’ = V Sustrayendo b) – a) se obtiene: ½ O2 + NADH + H+-  H2O + NAD+ 0’ = V Luego: G0’= -n F E0’ = kcal/mol

11 Esta energía libre se utiliza para sintetizar ATP:
La oxidación y la fosforilación están acopladas por medio de un protón ½ O2 + NADH + H+-  H2O + NAD+ G0’ = kcal/mol Esta energía libre se utiliza para sintetizar ATP: ADP + Pi + H+  ATP + H2O G0’ = kcal/mol La síntesis de ATP se consigue por medio de un ensamblaje molecular situado en la membrana mitocondrial interna: el complejo ATP sintasa y esta dirigida por el movimiento de protones a través de la membrana interna mitocondrial (hipótesis quimiosmotica)

12 Hipótesis del mecanismo de acoplamiento
Acoplamiento quimiosmotico A medida que los electrones fluyen por la CTE, a ciertas etapas los protones (H+) son transferidos desde el interior al exterior de la membrana, generando un gradiente de protones , con una diferencia de concentración de H+ estimada en 1000 (expresada como diferencia de concentracion) entre ambas caras de la membrana Esto representa energía potencial acumulada. La membrana es básicamente impermeable a los protones, pero el complejo proteico ATP sintetasa 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 puede llamarse: fosforilación quimiosmótica (asumiendo que la hipótesis quimiosmótica sea la correcta), o fosforilación oxidativa (sin asumir respecto al mecanismo).

13 CADENA RESPIRATORIA III IV c I II ATP Interna H2O O2 energía Matriz H+
sintasa H+ III IV c Q I ADP +P i H2O O2 II ATP energía NADH+H FADH2 Interna Matriz

14 Producción de ATP de la cadena transportadora de electrones
(fosforilación oxidativa) La fosforilación oxidativa del ADP se produce a expensas de una gran cantidad de energía libre liberada a medida que los electrones circulaban a lo largo de la cadena respiratoria desde el NADH al oxigeno Existen tres sitios de la cadena respiratoria en los que la energía de oxido reducción del transporte electrónico se convierte en energía del enlace fosfato del ATP. (Hay que considerar que la formacion de ATP desde ADP y Pi requiere 8000 cal, valor deducido del G)

15 Estudios realizados con mitocondrias purificadas indican que los sitios de
Fosforilacion son: ADP + Pi ADP + Pi ADP + Pi ATP ATP ATP ¿Cómo puede el flujo de protones a través de la ATPsintasa originar la liberación de ATP?

16 Mecanismo de cambio de enlace de la ATP sintasa
La enzima presenta tres centros cataliticos: O: abierto, poca afinidad por los sustratos L: enlace débil pero cataliticamente inactivo T: enlace fuerte y cataliticamente activo El flujo de protones promueve interconversiones conformacionales en los centros catalíticos provocados por el flujo de protones Al centro L se enlazan ADP y Pi, la energía producida por el flujo de electrones transforma el centro T en un centro O (se produce la liberación de ATP) y el centro L en un centro T posibilitando la formación de una nueva molécula de ATP, estas transiciones están relacionadas con cambios en las interacciones de las subunidades, por ej cambios en las cadenas laterales de la proteína

17 ¿Como entran los electrones del NADH producidos en el citosol ?
La membrana interna de la mitocondria es completamente impermeable al NADH y NAD+ pero el NADH producido durante la glicólisis en la oxidación del gliceraldehido-3-fosfato debe ser regenerado para que la glicólisis pueda continuar La solución es que los electrones del NADH (en vez del propio NADH) sean transportados a través de la membrana mitocondrial. Un transportador es el gliceraldehido-3-fosfato que atraviesa fácilmente la membrana externa mitocondrial, el proceso es conocido como lanzadera del glicerol fosfato. La primera etapa implica la transferencia de electrones desde el NADH a la dihidroxiacetona para formar gliceraldehido (en el citosol), esta reaccion esta catalizada por la gliceraldehido-3-fosfato deshidrogenasa. El gliceraldehido entra en la mitocondria y es reoxidado a dihidroxiacetona en la superficie externa de la membrana interna mitocondrial

18 NADH + H+ + E-FAD  NAD+ + E-FADH2
¿Como entran los electrones del NADH producidos en el citosol ? Durante la reoxidacion del gliceraldehido a dihidroxiacetona se transfiere un par de electrones al FAD+ de la glicerol deshidrogenasa mitocondrial (utiliza FAD en vez de NAD) LA dihidroxiacetona difunde fuera de la mitocondria La reacción neta es: NADH H E-FAD  NAD E-FADH2 Citoplasmático mitocondrial citoplasmático mitocondrial Luego el FADH2 en el interior de la mitocondria transfiere sus electrones al transportador electrónico, en consecuencia se forman dos moléculas de ATP en lugar de tres cuando el NADH citoplasmático transportado por esta lanzadera se oxida por la cadena transportadora

19 ¿Cómo entran los ADP producidos en el citoplasma?
EL ATP y el ADP no se difunden libremente a través de la membrana interna mitocondrial (esta membrana es impermeable a casi todos los iones y a la mayoría de las moléculas con carga) sino que hay un transportador especifico: la ATP-ADP translocasa Un hecho interesante es que el transporte de ATP y ADP están acoplados: el ADP pasa la matriz mitocondrial solo si el ATP sale y vicerversa ADPcitosolico3- + ATPmit4-  ADPmit3- + ATPcitosolico4- La enzima tiene un único centro de unión que oscila entre el lado citosolico y mitocondrial. EL ATP y el ADP tienen aproximadamente la misma afinidad el transporte se ve facilitado por la diferencias de cargas a ambos lados de la membrana, el intercambio ADP-ATP disminuye este potencial de membrana

20 Balance energético completo del metabolismo de la glucosa
HIPERTEXTOS DEL ÁREA DE LA BIOLOGÍA• Universidad Nacional del Nordeste

21 Reacción ATP NADH FADH2 GLICOLISIS (citoplasma) Glucosa a Glucosa-6-P -1 Fructosa-6-P a Fructosa-1,6-dP -1 1,3-difosfoglicerato a 3-fosfoglicerato (x2) +2 Fosfoenolpiruvato a piruvato (x2) +2 Gliceraldehido-3-P a 1,3-difosfoglicerato (x2): CONVERSION DE PIRUVATO EN ACETIL-CoA (mitocondria) CICLO DEL ACIDO CITRICO Succinil-CoA a succinato +2(GTP) oxidación de isocitrato, -cetoglutarato y malato oxidación de succinato FOSFORILACION OXIDATIVA (mitocondria) (oxidación de NADH y FADH2 para producir ATP) 2 NADH proveniente de la glicólisis: 2 c/u produce 2 ATP (perdida por la lanzadera) +4 2 NADH de la conversión de piruvato (c/u produce 3 ATP) 6 NADH del ciclo del ácido cítrico (c/u origina 3 ATP) 2 FADH2 de la oxidación de succinato (c/u produce 2 ATP) PRODUCCION NETA: ATP

22 En condiciones estándar la oxidación de glucosa produce
Glucosa + 6 O2  6 CO2 + 6 H2O G0’= -686 kcal La energía libre almacenada en 36 ATP es de 263 kcal (-7.3 kcal x 36) por lo tanto la eficiencia termodinámica de la formación de ATP a partir de glucosa es 263/686 x 100 = 38% ¿Quién controla la velocidad de la fosforilación oxidativa? La velocidad de la fosforilacion esta determinada por las necesidades de ATP Los electrones no fluyen normalmente a traves de la cadena de transportadores de electrones a menos que el ADP sea fosforilado. La fosforilacion requiere un suminiseo de NADH (u otra fuente de electrones), O2, ADP y Pi El factor determinante de la velocidad de fosforilación es el nivel de ADP (control respiratorio) Los electrones no fluyen desde las moléculas de combustibles hasta el oxigeno a menos que se necesite sintetizar ATP

23 Los derivados tóxicos del oxigeno son eliminados mediante
enzimas protectoras Si bien las proteínas que reducen al oxigeno están diseñadas para transformar el oxigeno en agua, puede suceder que durante la reducción se originen especies toxicas como el anion superoxido O2-. altamente reactivo y destructor. La protonación del anión superóxido conduce a la formación del radical hidroperoxilo (HO2.) el cual reacción con otro radical hidroperoxilo originando peroxido de hidrogeno O2 + e-  O2-. +H+  HO2. + HO2.  H2O2 El anion superoxido puede ser eliminado por la superoxido dismutasa O2-. + O2-.  H2O2 + O2 Luego el peroxido de hidrogeno formado en ambas reacciones se elimina por la catalasa H2O2 + H2O2  2 H2O + O2 Las peroxidasas son tambien otras enzimas que catalizan una reaccion analoga en Que el peroxido de hidrogeno se reduce a agua mediante un agente reductor (AH2): H2O2 + AH2  2 H2O + A