Sistema de Lanzaderas Cadena Respiratoria Fosforilación Oxidativa Dra. Ingrid Estévez

MITOCONDRIA PRINCIPAL FUNCIÓN: OXIDACIÓN DE COMBUSTIBLES METABÓLICOS Y CONSERVA ENERGÍA LIBRE PARA SINTESIS DE ATP

Mitocondria Membrana externa: Membrana interna: Enzimas y proteínas de transporte (porinas) Permeable a moléculas pequeñas, iones y proteínas de menos de 10.000 D Membrana interna: Impermeable a la mayoría de las moléculas Contiene: Transportadores de electrones (I- IV) ADP – ATP translocasas ATP sintasa

Mitocondria Matriz: Contiene: Complejo Piruvato deshidrogenasa Enzimas ciclo de Krebs Enzimas b-oxidación Enzimas oxidación de aminoácidos DNA, ribosomas ATP, ADP, Pi, Mg, Ca, K

Origen del ATP Fosforilación a nivel de sustrato Fosforilación Oxidativa (Fosforilación a nivel de Cadena Respiratoria).

Fosfoglicerato Cinasa La Fosforilación a nivel de sustrato es un mecanismo poco habitual de formación de ATP FOSFOGLICERATO CINASA Fosfoglicerato Cinasa 1,3 Bis-fosfoglicerato ADP 3- Fosfoglicerato ATP SUCCINIL CoA sintetasa (Ciclo de Krebs)

Malato Deshidrogenasa Succinato Deshidrogenasa NAD y FAD son los receptores de los electrones en las reacciones de las rutas metabólicas Malato Deshidrogenasa L- Malato Oxalacetato Succinato Deshidrogenasa Succinato Fumarato

LANZADERA DE GLICEROL FOSFATO

glucolisis Matriz Glicerol 3 fosfato Dihidroxiacetona fosfato deshidrogenasa citosolica Glicerol 3 fosfato Dihidroxiacetona fosfato Glicerol 3 fosfato deshidrogenasa mitocondrial Matriz

LANZADERA DE MALATO-ASPARTATO

Reaction moles ATP/mol Glc hexokinase phosphofructokinase G3PDH Mechanism moles ATP/mol Glc hexokinase phosphorylation -1 phosphofructokinase G3PDH NADH, oxidative phosphorylation +6 (+4)* phosphoglycerate kinase substrate-level phosphorylation 2 pyruvate kinase pyruvate dehydrogenase 6 isocitrate dehydrogenase α-ketoglutarate dehydrogenase succinyl CoA synthetase substrate-level phosphorylation (GTP) succinate dehydrogenase FADH2, oxidative phosphorylation 4 malate dehydrogenase TOTAL   38 (36) Son 40 (38) ATP totales pero se le restan dos de la fase de inversión en la glucólisis. Y netos serán 36 si se pasan los equivalentes reductores usando la lanzadera de glicerol fosfato porque la coenzima mitocondrial será FADH2, mientras que si usa la lanzadera de malato-aspartato serán 38 netos porque la coenzima mitocondrial es NADH.

Cadena Respiratoria y Fosforilación Oxidativa Cadena Respiratoria: Transporte en secuencia ordenada de los equivalentes reducidos desde los sustratos donadores hasta la formación final de AGUA. Fosforilación Oxidativa: Sistema de conversión o captura de la energía liberada en la cadena respiratoria (68%), para unir ADP + Pi y formar ATP.

CADENA RESPIRATORIA Y FOSFORILACIÓN OXIDATIVA Traslocación de protones

El hidrógeno y los electrones fluyen a lo largo de la cadena en etapas, a partir de los componentes de mayor potencial redox negativo hacia los componentes de mayor potencial redox positivo

CADENA RESPIRATORIA

Complejo I NADH-Q- Oxidorreductasa NADH DESHIDROGENASA Constituido por: FMN, centros ferrosulfurados. Cataliza transferencia de un par de e- del NADH a la ubiquinona (UQ)

Complejo II Succinato-Q- Oxidoreductasa succinato deshidrogenasa Compuesto por: FAD, Centro ferrosulfurada Transferencia de e- del succinato al FAD y a la ubiquinona.

El coenzima Q es paso obligatorio de los electrones procedentes de varias vías Espacio intermembranoso Succinato Matriz Flavoproteína de transferencia de electrones

Complejo III Ubiquinona citocromo c oxidorreductasa o citocromo bc1 Constituido por: grupos hemo, ferrosulfurados Cataliza la transferencia de e- desde la ubiquinona reducida (UQH2) al citocromo bc1

CICLO Q (Complejo III) Oxidación de la Oxidación de la primera QH2 segunda QH2 Espacio Intermembrana Matriz

complejo IV citocromo oxidasa Formado por grupos hemo (a,a3), ión cobre Paso final del transporte de e- Transferencia de e- del citocromo c al oxigeno formando 2 H2O

Gradiente quimiosmótico El transporte de electrones origina un gradiente de protones

TEORIA QUIMIOSMOTICA •Propuesta por Peter Mitchell en losaños60 (Premio Nobel 1978) •Teoría Quimiosmótica: Gradiente de protones electroquímico Este gradiente sirve para sintetizar ATP

Complejo V ATP - SINTASA Varias subunidades 2 elementos: F1: Factor 1 de acoplamiento Fo: Sección basal, integrada a la membrana interna, canal de protones

ATP - SINTASA F1: Fo: 3 subunidades a 3 subunidades b Eje central subunidad g Fo: 3 subunidades (a, b, c)

La ATP sintasa es un rotor Filamento de Actina El anillo c gira con el paso de los H+. El giro de las subunidades ge provoca cambios conformacionales en las subunidades a b según va girando el complejo por el paso de 3 H+ Complejo Ni

•La rotación de γ es producida por el paso de protones a través de la subunidades, que produce una rotación del anillo de subunidades C Rotación

•La Fosforilación Oxidativa es simple en cuanto a concepto, pero compleja en cuanto al mecanismo. (1) Cadena de transporte electrónica Conjunto de complejos enzimáticos colocados en la membrana mitocondrial que oxidan NADH y FADH2 generándose un gradiente de protones (2) ATP sintasa aprovecha la energía del gradiente de protones para producir ATP

F0: bomba de H+ •Segmento hidrofóbico que atraviesa la membrana interna mitocondrial •Contiene conducto de H + del complejo •Formado por -10-14 subunidades c -1 subunidad a en la periferia del anillo Matriz M. Espacio Intemembrana

•F1 y F0 estanconectadas por el tallo γεy por una columna externa formada por b2 y δ •Podemos considerar que el enzima esta formado por dos componentes funcionales: -UNIDAD MOVIL: anillo c y tallo γ ε -UNIDAD ESTATICA: resto de la molécula Matriz M. Espacio Intemembrana

Mecanismo de rotación del anillo c •cada protón entra por el semiconducto citosólico, sigue una vuelta completa por el anillo c y sale por el otro semiconducto hacia la matriz •Según este modelo: el numero de protones que se han de transportar para generar una molécula de ATP dependerá del número de subunidades del anillo c• .Si el anillo tiene 10 subunidades(ATP sintasa de levadura): cada vuelta del anillo generara 3 ATP y fluiran10 protones: 10/3 ~ 3 H + por ATP

BALANCE ENERGÉTICO ORIGEN DEL ATP Proceso Citoplasma Matriz Mitocondrial Transporte Electrónico GLUCOLISIS 2 ATP 2 NADH Sistema de Lazaderas 2 x (ATP) 3 x (2NADH) 6 ATP Piruvato a Acetil CoA Desc. O. Piruvato RESPIRACION Ciclo de Krebs 2 X (NADH +H) 2 X (ATP) 2 X (3 NADH + H) 2 X (1 FADH) 2 X (3ATP) 6 X (3 ATP) 2 X (2 ATP) 18 ATP 4 ATP 36 ATP BALANCE ENERGÉTICO (POR CADA MOLECULA DE GLUCOSA 38 ATP

Inhibidores del Transporte Electrónico FADH Rotenona Antimicina A CN-,CO, H2S

Antimicina Tenoil Trifluro acetato DCCD Oligomicina Gradiente de Protones Monoxido de C Acido Sulfridico Cianuro Antimicina Complejo I Complejo III Complejo II Succinato Piericidina A Amobarbital Rotenona Mercuriales Esteroides Tenoil Trifluro acetato NADH DCCD Oligomicina Complejo IV Desacopladores: 2-4 dinitrofenol, Dicumarol FCCP

Agentes desacoplantes del gradiente de H+, Ionóforos Los agentes desacoplantes son sustancias que introducen H+ desde el espacio intermembranoso hacia el interior mitocondrial y disminuyen la fuerza protón-motriz; por lo tanto disminuye la síntesis de ATP.

DESACOPLANTE El 2.4-DNF entra en las células en estado molecular, en el espacio intermembranoso (pH bajo) no se disocia y pasa a la mitocondria, allí hay un pH superior y se disocia, luego introduce H+. UCP1 TERMOGENINA

Humana cosa es tener compasión de los afligidos; y esto, que en toda persona parece bien, debe máximamente exigirse a quienes hubieron menester consuelo y lo encontraron en los demás.