Fosforilación oxidativa

1. Universidad Veracruzana
Facultad de Medicina
Región Veracruz
Bioquímica clínica

2. PROCESOS TRANSDUCTORES DE ENERGÍA
FOSFORILACIÓN OXIDATIVA
Síntesis química de ATP impulsada
por el proceso exergónico de
transferencia de electrones desde
el NADH al O2
FOTOFOSFORILACIÓN
Síntesis química de ATP
impulsada por
absorción de luz solar
Procesos transductores de energía más importantes en la biósfera
HETERÓTROFOS AUTÓTROFOS
SÍNTESIS DE ATP

3. RESPIRACIÓN CELULAR
Producción de Acetil-CoA
Oxidación de Acetil-CoA
Síntesis de ATP
Amino
-ácidos
Ácidos
grasos
Glúcidos
Glucólisis
Piruvato
CO2
Acetil-CoA
Cadena respiratoria
(de transferencia de e-)
y Fosforilación oxidativa
Ciclo de
Krebs
Citrato
Oxalacetato
CO2
CO2
NADH, FADH2
(transportadores
de e- reducidos)
ADP + Pi ATP
½ O2 + 2 H+
H2O
e-
e-
e-
e-
e-
e-
e- e-
e-
e-
e-
e-
Amino
-ácidos
Ácidos
grasos
Glúcidos
Glucólisis
Piruvato
CO2
Acetil-CoA
Cadena respiratoria
(de transferencia de e-)
y Fosforilación oxidativa
Ciclo de
Krebs
Citrato
Oxalacetato
CO2
CO2
NADH, FADH2
(transportadores
de e- reducidos)
ADP + Pi ATP
½ O2 + 2 H+
H2O
e-
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e- e-
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e-
e-
La FOSFORILACIÓN OXIDATIVA
comienza con la entrada de electrones
en la CADENA RESPIRATORIA

4. Es el proceso mediante el cuál se genera ATP como
resultado de la transferencia de electrones desde el
NADH o el FADH2 al O2, a través de una serie de
transportadores de electrones.

5. Consta de una serie de transportadores de
electrones, la mayoría proteínas integrales de la
membrana interna, con grupos prostéticos capaces de
aceptar y/o ceder 1 ó 2 electrones
Cada componente de la cadena, acepta electrones del
transportador precedente y se los transfiere al
siguiente, en una secuencia específica
Los transportadores electrónicos mitocondriales
funcionan dentro de complejos proteicos ordenados en
serie
CADENA DE TRANSPORTE DE ELECTRONES MITOCONDRIAL
O CADENA RESPIRATORIA MITOCONDRIAL

6. Transferencia directa de electrones: par redox Fe3+/Fe2+
Fe2+ + Cu2+  Fe3+ + Cu+
Transferencia de átomos de hidrógeno: un protón (H+) y un e-
AH2  A + 2 e- + 2 H+
Transferencia de un hidruro (:H-) portador de 2 e-
Tipos de transferencia de electrones en la
cadena respiratoria
Mientras una molécula de sustrato es oxidada (deshidrogenación), cediendo 2 átomos de
hidrógeno, la formas oxidadas (NAD+ o NADP+) aceptan un hidruro (:H-; -un protón y 2 e-)
transformándose en las formas reducidas (NADH o NADPH). El segundo H+ del sustrato se libera
al medio.
NADP+ + 2 e- + 2 H+  NADPH + H+
NAD+ + 2 e- + 2 H+  NADH + H+

7. Tipos de transferencia de electrones en la
cadena respiratoria
Equivalente de reducción
Término utilizado para designar a un equivalente
electrónico simple (un electrón transferido) que
participa en una reacción de oxidación-
reducción, sin importar si este equivalente está en
forma de electrón , átomo de hidrógeno ó ión
hidruro

8. Transportadores universales de electrones
- Nucleótidos de nicotinamida (NAD+ y NADP+)
- Nucleótidos de flavina (FMN y FAD)
Otros grupos transportadores de electrones
- Ubiquinona ó Coenzima Q (benzoquinona)
- Citocromos
- Hierro-sulfo
proteínas
Transportadores de electrones en la cadena
respiratoria

9. Aceptores universales de electrones
Nucleótidos de nicotinamida
NAD+ y NADP+ están compuestos por 2 nucleótidos unidos mediante sus
grupos fosfatos
NAD+ y NADP+ son transportadores electrónicos
hidrosolubles, asociados reversiblemente a deshidrogenasas

10. La flavoproteínas contienen nucleótidos de flavina (FAD o FMN) fuertemente
unido, a veces covalentemente. El nucleótido oxidado puede aceptar
un e- (dando la forma semiquinona) o dos e- dando FADH2 o FMNH2
Aceptores universales de electrones
Nucleótidos de flavinas

11. Otros grupos transportadores de electrones
- Ubiquinona ó Coenzima Q (benzoquinona)
- Citocromos
- Hierro-sulfo
proteínas
Transportadores de electrones en la
cadena respiratoria

12. Otros grupos transportadores de electrones
Ubiquinona o Coenzima Q
La reducción completa (UQH2) requiere 2 e- y 2 H+ y se produce en 2
pasos sucesivos
La UQ puede aceptar 1 e- formándose radical semiquinona (UQH )
Debido a que es pequeña e hidrofóbica difunde a través de la membrana
interna, actuando de lanzadera de equivalentes de reducción entre otros
transportadores electrónicos de la membrana, menos móviles

13. Otros grupos transportadores de electrones
Citocromos
Son proteínas que contienen el grupo
prostético hemo: 4 anillos penta-atómicos
nitrogenados en una estructura cíclica
llamada porfirina. Los 4 N están coordinados
con un Fe2+ (cit. reducido) o Fe3+ (cit.
oxidado)
Hemo de cit c está unido covalentemente a su
proteína, a diferencia de hemos de cit a y b
El cit c mitocondrial es una proteína periférica.
Hemo A
(Citocromos tipo a)
Hemo C
(Citocromos tipo c)
Fe protoporfirina IX
(Citocromos tipo b)

14. Otros grupos transportadores de electrones
Hierro-sulfo proteínas
En las hierro-sulfo proteínas, el hierro está presente no en forma de hemo, sino
en asociación con átomos de azufre inorgánico o con azufre de residuos Cys
de la proteína, o con los dos simultáneamente
Centros (Fe-S): estructuras sencillas a complejas
Participan en reacciones de transferencia de 1 e- en la que se oxida o reduce
uno de los átomos de Fe
Al menos, 8 proteínas Fe-S intervienen en la cadena e transporte de e-

15. Fosforilación oxidativa
Fase 1 Fase 2Paso de electrones de
NADH y FADH2 a la
cadena transportadora
de electrones.
Las reacciones liberan
energía la cual usan
las proteínas para
aceptar los electrones
y empujar los
protones hacia afuera.
Los electrones de baja
energía se transfieren
a un aceptor
final, oxigeno
molecular, el cual
El movimiento
controlado de
protones de regreso a
la matriz mediante la
enzima ATP sintasa
proporciona la energía
necesaria para
Fosforilar ADP en ATP.

16. Lanzadera malato-aspartato
Es una lanzadera de electrones. Lo que hace es
ingresar los electrones que están en el NADH
proveniente del citosol, hacia la matriz mitocondrial
para que ingresen a la cadena de electrones.
NADH + H+
Oxalacetato
enzima malato
deshidrogenasa
-
Malato
malato-a-
cetoglutarato
Malato
deshidrogenasa
Oxalacetato NADH +H+
Aspartato
--NAD
+NAD
+

17. Lanzadera del glicerol fosfato
También ingresa (indirectamente) desde el citosol hacia la matriz
mitocondrial.
NADH + H+
glicerol 3 fosfato deshidrogenasa
dihidroxiacetona fosfato
glicerol 3 fosfato deshidrogenasa mitocondrial
+
glicerol 3 fosfato NAD ++
glicerol 3 fosfato
FAD+
dihidroxiacetona fosfato + FADH2FADH2

18. En las células eucariotas, esta serie de reacciones redox son llevadas a
cabo por una serie de complejos proteicos localizados en la membrana
interna de las mitocondrias. Estos grupos relacionados de enzimas son
llamados Cadena de Transporte de Electrones.
El flujo de electrones a través de la cadena de transporte de electrones, desde
donantes de electrones como NADH a aceptores de electrones tales como
oxígeno, es un proceso exergónico, libera energía, mientras que la síntesis de
ATP es un proceso endergónico, el cual requiere de energía.

19. Complejos de la cadena respiratoria
En la membrana interna de la mitocondria se encuentran 5 complejos lipo-proteicos integrados por
trasportadores y proteínas; 4 de ellos transportan electrones, el quinto es el responsable de la síntesis
de ATP: es el complejo de la ATP sintasa.
• Complejo I. NADH-Ubiquinona oxidorreductasa o
NADH Deshidrogenasa.
Es el primer eslabón en la cadena de transporte
de electrones. Y es una enzima de gran tamaño.
Contiene centros de hierro-azufre, ubicuitina y
FMN.
• Complejo II. Succinato-Q oxidorreductasa o
succinato deshidrogenasa..
Es el segundo punto de entrada en la cadena de
transporte de electrones. Consiste en cuatro
subunidades de proteínas y contiene unidos
como cofactores al FAD, 2 centros de hierro-

22. • Complejo III. CoQ-citocromo C
oxidorreductasa, citocromo C reductasa o
complejo del citocromo.
Esta enzima contiene una flavina y un centro
hierro-azufre, se une a la superficie de la
membrana y no atraviesa la bicapa lipídica. Un
citocromo es un tipo de proteína de
transferencia de electrones que contiene al
menos un grupo hemo.
• Complejo IV. Citocromo Oxidasa.
En su estructura hay 2 grupos hemo y 2
centros de cobre

23. • Complejo V. ATP sintasa
Es la enzima final del proceso
de la Fosforilación oxidativa.
Tiene una Unidad Catalítica (ATP
Sintasa) y una Unidad
bombeadora de H+

26. La reacción empieza cuando el
complejo I “Complejo NADH
deshidrogenasa” oxida al NADH
proveniente de diferentes rutas
metabólicas.
NADH
+
++
- -
+ +
++ + +NAD+

27. Sus componentes como el FMN, los centros de hierro-azufre y la
ubicuitina (CoQ) acarrean los electrones atreves del complejo I.

28. El complejo II recibe los electrones de
moléculas con potencial REDOX mayor que
NADH, como el succinato y los transporta a la
coenzima Q
El FADH2 de la beta
oxidación de lípidos
o glucolisis puede
transmitir electrones
a través de enzimas
sin utilizar el
complejo II

29. Las coenzimas Q que provienen de los
complejos I y II transfieren sus electrones
al citocromo por medio del complejo III
o complejo bc1

30. El complejo IV o citocromo c oxidasa
transfiere los electrones del citocromo c y
los utiliza para formar moléculas de agua a
partir de oxigeno molecular.

31. El transporte constante de protones a través de la
membrana interna mitocondrial crea un gradiente
electroquímica, por lo que la matriz adquiere carga negativa
lo que promueve el paso de protones.

32. El movimiento de protones es utilizado por el ultimo
complejo ATP sintasa para Fosforilar ADP y generar
ATP.

33. Por cada molécula de NADH se producen aproximadamente
3 moléculas de ATP
Por cada FADH2 se producen 2 moléculas de ATP