BOLILLA 2- 1° parte Transporte electrónico y fosforilación oxidativa. Mitocondrias. Cadena respiratoria. Localización. Balance energético. Desacoplantes:

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1 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.

2 Compuestos con uniones ricas en energía
Hidratos de carbono GLUCOSA OXIDACION Lípidos ACIDOS GRASOS NADH FADH2 ATP O2 Proteínas AMINOACIDOS

3 OXIDACION COMPLETA DE LA GLUCOSA
C6H12O6 +6O2 6CO2 + 6H2O ΔG0= Kj/mol ó -686 kcal/mol

4 OXIDACION DE LA GLUCOSA
VIA GLICOLITICA O C O – PO3 C H2 C-O-PO3 H2 1,3-Bisfosfoglicerato DG o’= - 49,3 kJ/mol װ ו CH2 C – O – PO3 COO- Fosfoenolpiruvato (PEP) DGo’ = - 61,9 kJ/mol װ ו

5 Ciclo de los ácidos tricarboxílicos, Ciclo del ácido cítrico
CH3 O C – S-CoA Acetil-CoA DGo’ = - 32,2 kJ/mol ו װ 1 2 2 O2 CR Ciclo de Krebs, Ciclo de los ácidos tricarboxílicos, Ciclo del ácido cítrico O2 CR CR O2 CR O2 Hans Krebs,1937.

6 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)

7 REACCION DE REDUCCION DE NAD+
.. H H + H+ │ R R │ │H + :H- (ion hidruro) Anillo de nicotinamida NAD OXIDADO (NAD+) NAD REDUCIDO (NADH + H+)

8 REACCION DE REDUCCION DEL ANILLO FLAVINICO
. H + - Anillo isoaloxacina R e- + H+ e- + H+ R H FADH2 o FMNH2

9 Compuestos con uniones ricas en energía
Hidratos de carbono GLUCOSA OXIDACION Lípidos ACIDOS GRASOS NADH FADH2 ATP O2 Proteínas AMINOACIDOS

10 Adenosina Trifosfato (ATP)

11 Energía de Hidrólisis de los Compuestos de elevada Energía
Hidrólisis con eliminación de la repulsión de cargas Ionización Estabilización por resonancia

12 ATP O O O -O-P-O-P-O -P-O-Ribosa-Adenina װ O- O- O- Mg MgATP2- ו
Activación de Acidos grasos Polimerización de ARN o ADN Activación de Aminoácidos Quimioluminiscencia DGo’= - 32,2 kJ/mol AMP + PPi 2 Pi DGo’= - 33,4 kJ/mol

13 MECANISMOS DE SINTESIS DE ATP
FOSFORILACION A NIVEL DE SUSTRATO FOSFORILACION OXIDATIVA HIDRÓLISIS DE UNA UNION DE ALTA ENERGIA CADENA DE TRANSPORTE ELECTRONICO O2

14 OXIDACION DE LA GLUCOSA
VIA GLICOLITICA O C O – PO3 C H2 C-O-PO3 H2 1,3-Bisfosfoglicerato DG o’= - 49,3 kJ/mol װ ו CH2 C – O – PO3 COO- Fosfoenolpiruvato (PEP) DGo’ = - 61,9 kJ/mol װ ו

15 Ciclo de los ácidos tricarboxílicos, Ciclo del ácido cítrico
CH3 O C – S-CoA Acetil-CoA DGo’ = - 32,2 kJ/mol ו װ 1 2 2 O2 CR Ciclo de Krebs, Ciclo de los ácidos tricarboxílicos, Ciclo del ácido cítrico O2 CR CR O2 CR O2 Hans Krebs,1937.

16 MECANISMOS DE SINTESIS DE ATP
FOSFORILACION A NIVEL DE SUSTRATO FOSFORILACION OXIDATIVA HIDRÓLISIS DE UNA UNION DE ALTA ENERGIA CADENA DE TRANSPORTE ELECTRONICO O2

17 Destino de los equivalentes de reducción
CK Memb.interna Espacio Intermem-brana Memb. interna Memb.externa Crestas Mitocon- driales Matriz

18 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.

19 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-.

20 Ubiquinona + 2 H+ + 2 e- → ubiquinol + 0.045
POTENCIALES DE REDUCCIÓN ESTÁNDAR DE LOS TRANSPORTADORES DE LA CADENA RESPIRATORIA Reacción redox (media reacción) E´0 (V) 2 H e- → H NAD+ + H+ + 2 e- → NADH FMN + 2 H e- → FMNH FAD + 2 H+ + 2 e- → FADH Ubiquinona + 2 H e- → ubiquinol Citocromo b (Fe3+) + e- → citocromo b (Fe2+) Citocromo c1 (Fe3+) + e- → citocromo c1 (Fe2+) Citocromo c (Fe3+) + e- → citocromo c (Fe2+) Citocromo a (Fe3+) + e- → citocromo a (Fe2+) Citocromo a3(Fe3+) + e- → citocromo a3(Fe2+) ½ O2 + 2 H+ + 2 e- → H2O

21 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

22 O2 H2O Fumarato FAD Succinato NADH II e- Fe-S NAD+ FMN I III Cit.c
Complejo II SUCCINATO DESHIDROGENASA FAD Fe-S II NADH FMN Fe-S I NAD+ Succinato e- Fe-S Fe III Coenzima Q Fe Cit.c Complejo I NAD UBIQUINONA REDUCTASA Cit.b /Centro Fe-S/ Cit c1 Fe/Cu O2 IV Complejo III CITOCROMO C –COENZIMA Q OXIDO REDUCTASA Cit.a Cit a3 Complejo IV CITOCROMO OXIDASA H2O

23 Reacciones que proveen de NADH a la cadena respiratoria
1 2 NADH + H+ piruvato deshidrogenasa 2 O2 CR malato deshidrogenasa Ciclo de Krebs O2 CR CR O2 Isocitrato deshidrogenasa α-cetoglutarato deshidrogenasa CR O2 Hans Krebs,1937.

24 REACCIONES DEL COMPLEJO I
NADH + H NAD e- + H+ (Eo= - 0,32 V) FMN e H FMNH (Eo= - 0,22 V) NADH + H+ + FMN → FMNH2 + NAD+

25 Camino de los equivalentes de reducción en el Complejo I

26 Reacciones que proveen de FADH2 a la cadena respiratoria
1 2 NADH + H+ 2 O2 CR Ciclo de Krebs O2 CR CR O2 Succinato deshidrogenasa CR O2 Hans Krebs,1937.

27 O2 H2O Fumarato FAD Succinato NADH e- II Fe-S NAD+ FMN I III Cit.c
Complejo II SUCCINATO DESHIDROGENASA FAD Fe-S II NADH FMN Fe-S I NAD+ Succinato e- Fe-S Fe III Coenzima Q Fe Cit.c Complejo I NAD UBIQUINONA REDUCTASA Cit.b /Centro Fe-S/ Cit c1 Fe/Cu O2 IV Complejo III CITOCROMO C –COENZIMA Q OXIDO REDUCTASA Cit.a Cit a3 Complejo IV CITOCROMO OXIDASA H2O

28 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-Fe FAD + Prot-Fe2+ Prot-Fe CoQ Prot-Fe CoQH2

29 REACCION DE LA UBIQUINONA
Radical semiquinona R H R Ubiquinona (UQ) e- + H+ e- + H+ R H Ubiquinol (UQH2)

30 Otras deshidrogenasas que entregan electrones a la Ubiquinona
Acil-CoA deshidrogenasa Glicerol-3-fosfato deshidrogenasa FADH2 CoQ FADH2 CoQ

31 CAMINO DE LOS ELECTRONES desde el COMPLEJO III al O2
½ O2 + H+ CoQH2 Fe+++ Fe++ Fe+++ Fe++ Fe+++ Fe++ Cit. b566 Cit. b562 Cit. c1 Cit. c Cit. a.a3 Fe-S CoQ H2O Fe++ Fe+++ Fe++ Fe+++ Fe++ Fe+++ Complejo III Complejo IV

32 Estructura de los citocromos
Hemo A (Citocromo a y a3) Estructura general de citocromo c y c1

33 SINTESIS DE ATP TEORIA QUIMIOSMOTICA
H+ MATRIZ ESPACIO INTERMEMBRANA H+ H+ e- e- e- e- H+ H+ H+ H+ H+ H+ 3 ATP

34 H+ H+ H+ e- e- e- 2 ATP H+ H+ H+

35 TRANSLOCACION DE PROTONES Y SINTESIS DE ATP
Pi Pi 31

36 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.

37 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.

38 ACCION DE INHIBIDORES CN- CO Inhiben la citocromo oxidasa Antimicina A (antibiótico) bloquean citb/citc1 Rotenona (insecticida) Amital (barbitúrico) Inhiben Fe-S/CoQ NADH FMN Fe-S CoQ cit b Fe-S cit c1 citc cit a cit a3 O2 (-0.32) (+0.82) Tetrametil p-fenilendiamina Aceptores artificales de electrones Azul de metileno 2,6 diclorofenol indofenol Ferricanuro

39 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.

40 DESACOPLANTES Actúan como ionóforos eliminando el gradiente de protones. Desacoplan la fosforilación del transporte electrónico O- 2,4 Dinitrofenol (DNP) + H+ Forma protonada que atraviesa la membrana

41 Relacion P/O en presencia de Inhibidores
c/Inh. del COMPLEJO I c/Inh. del COMPLEJO I c/Inh. del COMPLEJO I c/Inh. del COMPLEJO I P/O = 0 e- e- e- (Q al O2) Sustrato: NADH e- e- e- P/O = 3/1 Sin Inhibidor Sin Inhibidor c/Inh. del COMPLEJO II c/Inh. del COMPLEJO II c/Inh. del COMPLEJO II c/Inh. del COMPLEJO II e- e- e- P/O = 3/1 C/ DESACOPLANTES C/ DESACOPLANTES C/ DESACOPLANTES P/O = 0/1 e- e- e- e- e- e- e- e- e- (Q al O2)

42 Sustrato: FADH2 P/O = 2 P/O = 0 P/O = 2 P/O = 0 c/Inh. del COMPLEJO I
e- e- e- (Q al O2) e- e- e- Sin Inhibidor Sin Inhibidor P/O = 0 c/Inh. del COMPLEJO II c/Inh. del COMPLEJO II c/Inh. del COMPLEJO II c/Inh. del COMPLEJO II e- e- e- (Q al O2) P/O = 2 C/ DESACOPLANTES C/ DESACOPLANTES C/ DESACOPLANTES P/O = 0 e- e- e- e- e- e- e- e- e- (Q al O2)

43 Oxidaciones alternativas de transporte de electrones en plantas
NADH Ubiquinona oxidasa O2 NADH deshidrogenasa alternativa UQ Calor NAD(P)H Deshidrogenasa externa

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46 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).

47 Control de la respiración
Niveles de ADP Disponibilidad de sustrato en plantas Disponibilidad de oxígeno

48 ESPECIES REACTIVAS DEL OXIGENO
H2O2 OH.- Oxígeno Molecular Radical Superóxido Peróxido de Hidrógeno Radical Hidroxilo

49 ENZIMAS ANTIOXIDANTES
Eliminacion de EROS ENZIMAS ANTIOXIDANTES SUSTANCIAS QUIMICAS ANTIOXIDANTES GPx SOD Catalasa Ascorbato Vitamina E Beta-caroteno

50 Enzimas antioxidantes
SUPEROXIDO DISMUTASA 2 O H H2O2 + O2 CATALASA 2 H2O2 2H2O + O2 GLUTATION PEROXIDASA 2 GSH + H2O2 GSSG + 2H2O

51 Localización: Microsomas y peroxisomas
OXIDASAS Y OXIGENASAS Localización: Microsomas y peroxisomas No asociados a la producción de ATP Usan O2 como sustrato No incorporan O2 Oxid. OXIDASAS OXIGENASAS Incorporan un átomo del O2 MONOXIGENASAS DIOXIGENASAS Incorporan los 2 átomos del O2

52 Oxidación peroxisómica de ácidos grasos
OXIDASAS Oxidación peroxisómica de ácidos grasos Citocromo oxidasa Flavoproteína: FADH FAD y O H2O2 Hemoproteína: Fe Fe+++ y O H2O

53 MONOOXIGENASAS u OXIGENASAS DE FUNCION MIXTA ó HIDROXILASAS
AH + BH2 + O=O A-OH + B + H2O Sustrato principal NADH, NADPH, FMNH2, FADH2, BH4 Co-Sustrato 1 O se incorpora al sustrato y el otro O forma agua CITOCROMO P-450 Hidroxilación de esteroides Hidroxilación de fármacos Hidroxilación de xenobióticos CITOCROMO b5 Desaturación de ácidos grasos

54 ESQUEMA DE REACCION Y UBICACIÓN CELULAR DEL CITOCROMO 450
RH O2 NADPH NADP+ R-OH H-OH CY P450 CITOPLASMA MEMBRANA RETICULO ENDOPLASMICO

55 Esquema de reacción donde interviene un Citocromo P450
H2O Sustrato Sustrato hidroxilado CytP450 (red) CytP450 (oxid) RH NADPH Reducido Oxidado Citocromo P-450 Reductasa (Fe-S) Citocromo P-450 reducido O2 NADP+ H2O Reducido ROH Oxidado