Transporte electrónico mitocondrial Cadena respiratoria- fosforilación oxidativa

Cadena respiratoria Procesos de oxidoreducción Oxidación: pérdida de electrones Reducción: ganancia de electrones Potencial de reducción: de un elemento, ión o compuesto, es su tendencia a ganar electrones frente a otro elemento, ión o compuesto.

Cadena respiratoria Oxidaciones biológicas: los hidrógenos sustraídos de los sustratos oxidados tienen como aceptor final el oxígeno molecular para dar agua. Esta reacción es fuertemente exergónica, si ocurriera en una etapa produciría liberación brusca de energía como calor, que no es aprovechable para la célula. Por ello ocurre en etapas sucesivas: se transfieren a aceptores de potencial de reducción creciente.

Cadena respiratoria Los hidrógenos sustraídos al sustrato en las oxidaciones biológicas son transferidos en forma gradual a través de aceptores que experimentan cambios reversibles en su estado redox. Estos aceptores se encuentran dispuestos ordenadamente en la membrana interna de la mitocondria, de menor a mayor potencial de reducción, asociados a las enzimas que catalizan las transferencias. El conjunto se llama: cadena respiratoria o de transporte electrónico. La energía que se libera durante la transferencia electrónica está acoplada a varios procesos endergónicos entre los que se destaca la síntesis de ATP.

Estructura mitocondrial

Cadena de transporte electronico

Componentes de la cadena de transporte de electrones Con excepción de la coenzima Q, todos los miembros de esta cadena son proteínas. Pueden funcionar como enzimas (deshidrogenasas). Pueden contener hierro como parte de su centro hierro-azufre. Los citocromos a y a3 contienen cobre.

Componentes de la cadena respiratoria Transportadores de electrones -Coenzimas hidrosolubles: NAD+ coenzimas de las deshidrogenasas NADP+ FMN se unen covalentemente a flavoproteínas FAD (grupo prostético), transportan 2 e- y 2 H+ Quinonas: Coenzima Q – Ubiquinona, transportadores en medio no acuoso (membrana), transporta 1 e- y libera 2 H+ a la matriz Citocromos b, c, c1, a y a3 : proteínas con grupo prostético hemo, transportan 1 e- Proteínas ferro-sulfuradas: proteínas con Fe asociado a átomos de S, transfieren 1 e- por oxidación o reducción del Fe

Esquema de la cadena de transporte electrónica

La Cadena de Transporte de Electrones comprende dos procesos: 1. Los electrones son transportados a lo largo de la membrana, de un complejo de proteínas transportadoras a otro. 2. Los protones son translocados a través de la membrana, desde el interior o matriz hacia el espacio intermembrana de la mitocondria. Esto constituye un gradiente de protones El oxígeno es el aceptor terminal del electrón, combinándose con electrones e iones H+ para producir agua.

Flujo de electrones y protones a través de los cuatro complejos que forman la cadena respiratoria

Estudio del transporte electrónico

INHIBICION DEL TRANSPORTE ELECTRÓNICO Inhibidores del transporte electrónico Inhiben el transporte de e-, y como consecuencia la síntesis de ATP Inhibidores de la fosforilación Inhiben la síntesis de ATP, indirectamente el transporte de e- Desacoplantes Impiden solamente la síntesis de ATP pero no inhiben el transporte de electrones. Actúan como ionóforos eliminando el gradiente de protones. Inhibidores de la translocasa Inhiben la entrada de ADP y la salida de ATP desde la mitocondria

Síntesis de ATP: Hipótesis Quimiosmótica “EL INTERMEDIARIO ENERGÉTICO NECESARIO PARA LA FORMACIÓN DEL ATP (O FOSFORILACIÓN DEL ADP), ES LA DIFERENCIA EN LA CONCENTRACIÓN DE PROTONES A TRAVÉS DE LA MEMBRANA” PETER DENNIS MITCHELL (1920 - 1992) En 1978 fue galardonado con el Premio Nobel de Química por sus trabajos sobre el INTERCAMBIO DE ENERGÍA BIOLÓGICA MEDIANTE LA TEORÍA DE LA QUÍMICA OSMÓTICA.

POSTULADOS DE LA TEORIA QUIMIOSMOTICA Pasaje de H+ durante la transferencia de electrones desde la matriz al espacio intermembrana. Generación de un gradiente electroquímico : flujo electrónico acompañado de la transferencia de protones. Los protones acumulados en el espacio intermembrana crean una fuerza: «protón-motriz», por la tendencia de volver a pasar al interior para igualar el pH a ambos lados de la membrana. Esa fuerza es utilizada para el pasaje de los H+ a través de Fo y así activan la ATP sintasa

La energía del gradiente de protones se utiliza también para el transporte

Relación P/O El control de la fosforilación oxidativa permite a la célula producir solo la cantidad de ATP que se requiere para el mantenimiento de sus actividades. El valor del cociente P/O, representa el número de moles de Pi que se consumen para que se reduzca cada átomo de O2 a H2O. El cociente máximo medido para la oxidación de NADH es 2,5 y para FADH2 es 1,5, para mayor practicidad se consideran 3 ATP y 2 ATP, respectivamente.

Control respiratorio por el aceptor Existe una relación estrecha entre el transporte de electrones y la síntesis de ATP. Las mitocondrias solo pueden oxidar al NADH y al FADH cuando hay una concentración suficiente de ADP y Pi. Cuando todo el ADP se transformó en ATP, disminuye el consumo de oxígeno. Cuando se suministra ADP, se acelera el transporte de electrones y como consecuencia el consumo de oxígeno, para lograr la síntesis de ATP.

Inhibidores de la fosforilación Oligomicina: Bloquea el flujo de protones a través de F0, impidiendo la fosforilación. Se inhibe la síntesis de ATP Se acumulan protones y se produce una fuerza inversa deteniéndose el transporte de electrones. Desacoplantes: Compuestos que impiden la síntesis de ATP, pero no bloquean el flujo de electrones, de esa manera desacoplan la cadena respiratoria de la fosforilación oxidativa. El 2,3-dinitrofenol (DNF) transfiere iones hidrógeno desde el lado externo hacia la matriz y anula el gradiente de protones creado por la cadena respiratoria.