BOLILLA 2- 1° parte BIOENERGETICA TRANSPORTE ELECTRONICO y FOSFORILACION OXIDATIVA Cadena Respiratoria. Complejos. Inhibidores y desacoplantes. Síntesis de ATP. Translocasas OTROS SISTEMAS DE TRANSPORTE: Sistema Microsomal. Oxigenasas.Catalasas Formacion de species reactivas del oxígeno: Radicales libres. Sistemas de protección

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

Adenosina Trifosfato (ATP)

Energía de Hidrólisis de los Compuestos de elevada Energía ATP DGo’= - 30,5 kj/mol DGp= - 50-65 kJ/mol O O O -O-P-O-P-O -P-O-Ribosa-Adenina O- O- O- Mg MgATP2- װ ו Activación de Acidos grasos Polimerización de ARN ó ADN (desioxi) Activación de Aminoácidos Quimioluminiscencia 3- O O P O ו AMP + PPi 2 Pi

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 DGo’ = - 61,9 kJ/mol װ ו ו O CH2 -O – P – NH – C –N – CH3 O- NH2 Fosfocreatina DGo’ = - 43,0 kJ/mol װ ו CH3 O C - SCoA Acetil-CoA DGo’ = - 32,2 kJ/mol ו װ ו װ

OXIDORREDUCTASAS (DESHIDROGENASAS) Deshidrogenasas ligadas a NAD ó nicotinamídicas AH2 + NAD+ A + NADH + H+

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

Deshidrogenasas ligadas a FAD ó a FMN AH2 + FAD (FMN) A + FADH2 +(FMNH2) El FAD tiene además un nucleótido de adenina unido al fosfato P-Ribosa-Adenina

FLAVINA R . H + - Anillo isoaloxacina R e- + H+ e- + H+ R H

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

Destino de los equivalentes de reducción C. de Krebs Memb.interna Espacio intermemb. Memb.externa Crestas mitoc. Matriz

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. Los componentes se encuentran ordenados en orden creciente de sus potenciales de reducción. El aceptor final de electrones es el oxígeno.

Potenciales de reducción estándar 2 H+ + 2 e- → H2 -0.42 V NAD+ + H+ + 2 e- → NADH -0.32 V S + 2 H+ + 2 e- → H2S -0.23 V FAD + 2 H+ + 2 e- → FADH2 -0.22 V Acetaldehído + 2 H+ + 2 e- → etanol -0.20 V Piruvato + 2 H+ + 2 e- → lactato -0.19 V Cu+ → Cu2+ + e- -0.16 V Citocromo b (Fe3+) + e- → citocromo b (Fe2+) + 0.075 V Citocromo c1 (Fe3+) + e- → citocromo c1 (Fe2+) + 0.22 V Citocromo c (Fe3+) + e- → citocromo c (Fe2+) + 0.235 V Citocromo a (Fe3+) + e- → citocromo a (Fe2+) + 0.29 V Fe3+ + e- → Fe2+ + 0.77 V ½ O2 + 2 H+ + 2 e- → H2O + 0.82 V

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 1 e-

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

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

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 (citocromo bc1) Hemo, FeS Citocromo c Hemo Complejo IV (citocromo oxidasa) Hemo, Cu

H2O Fumarato FAD e- Succinato NADH e- II Fe-S e- NAD+ FMN I III Cit.c Complejo II SUCCINATO DESHIDROGENASA FAD Fe-S II e- NADH FMN Fe-S I NAD+ e- 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

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+

Reacciones que proveen de NADH a la cadena respiratoria Piruvato deshidrogenasa Isocitrato deshidrogenasa Malato deshidrogenasa a-cetoglutarato deshidrogenasa CICLO DE KREBS CR Sustrato + NAD+ Producto + NADH + H

Camino de los equivalentes de reducción en el Complejo I

COMPLEJO II Succinato-coenzima Q oxidorreductasa Coenzima: FAD Proteínas ferrosulfuradas Transfiere equivalentes de reducción desde succinato a la coenzima Q Succinato + E-FAD Fumarato + E-FADH2 E-FADH2 + Prot-Fe+++ E-FAD + Prot-Fe++ Prot-Fe++ + CoQ Prot-Fe+++ + CoQH2

Deshidrogenasas que entregan electrones a la Ubiquinona Acil-CoA deshidrogenasa Glicerol-3-fosfato deshidrogenasa FADH2 ETFP CoQ ETFP-ubiquinona oxidorreductasa FADH2 CoQ

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

SINTESIS DE ATP TEORIA QUIMIOSMOTICA MATRIZ ESPACIO INTERMEMBRANA

TRANSLOCACION DE PROTONES Y SINTESIS DE ATP 31

POSTULADOS DE LA TEORIA QUIMIOSMOTICA Membrana mitocondrial impermeable a protones Expulsion 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 NAD+ y ferrosulfoproteínas Flavoproteína y citocromo b Coerzima Q y citocromos c y a-a3

Esquema translocasa ADP-ATP y transportador de Pi. Mitocondria Citosol Membrana mitocondrial interna ADP ATP Pi ADP ATP Pi

INHIBIDORES Inhibidores del transporte electrónico Inhiben solamente el transporte de e- Inhibidores de la fosforilación Inhiben la síntesis de ATP , indirectamente eel transporte de e- Desacoplantes Impiden la síntesis de ATP pero no inhiben el transporte de electrones Inhibidores de la translocasa Inhiben la entrada de ADP y la salida de ATP desde la mitocondria

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 cyt 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

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. O- 2,4 Dinitrofenol (DNP) + H+ Forma protonada que atraviesa la membrana

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)

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)

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

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)

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

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

Enzimas antioxidantes SUPEROXIDO DISMUTASA 2 O2.- + 2 H+ H2O2 + O2 CATALASA 2 H2O2 2H2O + O2 GLUTATION PEROXIDASA 2 GSH + H2O2 GSSG + 2H2O

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

Oxidación peroxisómica de ácidos grasos 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 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

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

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