Ciclo de Krebs y oxfos (2)

Rutas centrales del metabolismo
intermediario
Rutas centrales del metabolismo intermediario
 Ciclo de Krebs y cadena transportadora de
electrones.
 El oxígeno se utiliza como aceptor de electrones,
esto lleva a la oxidación de biomoléculas hasta
dar CO2 y H2O, lo que permite producir mucha
más energía a partir de cada átomo de carbono.
Ciclo de Krebs y oxfos (2)
Ciclo de Krebs y oxfos (2)
Ciclo de los ácidos
tricarboxílicos
Ciclo de Krebs
 1937, Hans Adolf Krebs.
 Ciclo del ácido cítrico o ciclo de los ácidos
tricarboxílicos.
 Realiza la oxidación de las moléculas de Acetil-
CoA proveniente de monosacáridos, ácidos
grasos y aminoácidos hasta producir CO2,
liberando gran cantidad de energía química
Ciclo del ácido cítrico
 Vía central para recuperar
energía a partir de varios
combustibles
metabólicos, que se
degradan a acetil-CoA por
oxidación.
 Ruta metabólica en la que
los fragmentos de dos
carbonos procedentes de
las moléculas orgánicas
combustibles se oxidan.
 Se produce en la
mitocondria.
 Ruta aerobia requiere de
O2.
Ciclo de Krebs y oxfos (2)
Ciclo del ácido cítrico
 En el ciclo del ácido cítrico, los átomos de
carbono se oxidan a CO2 y los electrones de
energía elevada se transfieren al NAD+ y al
FAD para formar las coenzimas reducidas
NADH y FADH2.
 El ciclo de Krebs también proporciona
precursores para muchas
biomoléculas, como ciertos aminoácidos. Por
ello se considera una vía anfibólica, es
decir, catabólica y anabólica al mismo tiempo
Ciclo del ácido cítrico
 Serie cíclica de ocho reacciones que oxidan
completamente una molécula de acetil CoA,
dando 2 moléculas de CO2, generando
energía en ATP o en forma de equivalentes
reductores (NADH o FADH).
 El cíclo es aerobio , por lo que la ausencia o
la escasez de oxigeno conduce a la inhibición
total o parcial del ciclo.
2CO2 + 3NADH +FADH2+ ATP
Ciclo del ácido cítrico
 Síntesis de acetil-CoA
 Descarboxilación oxidativa del piruvato.
 A partir del piruvato mediante descarboxilación
oxidativa por un complejo multienzimático
llamado piruvato deshidrogenasa.
Reacciones del ciclo del ácido cítrico
 Ocho reacciones que tienen lugar en dos
fases:
1. El grupo acetilo de dos carbonos de la
acetil-CoA entra en el ciclo al reaccionar
con el compuesto de cuatro carbonos
oxalacetato (reacciones 1-4). A
continuación se liberan dos moléculas de
CO2.
2. El Oxalacetato se regenera de forma que
pueda reaccionar con otra acetil-CoA.
Ciclo de Krebs y oxfos (2)
Ciclo del ácido cítrico
En cada vuelta del
ciclo, entra la
Acetil-CoA
procedente de la
ruta glucolítica o
del catabolismo de
los ácidos grasos
y salen dos
moléculas de
carbono
totalmente oxidado
en forma de CO2.
se reducen tres
moléculas de NAD+
y una molécula de
FAD. Se genera
una molécula de
GTP
Ciclo del ácido cítrico
 1. Citrato sintasa
 Condensación de la acetil-coA y el Oxalacetato.
 Un grupo acetilo de dos carbonos se condensa con una
molécula de cuatro carbonos (oxalacetato) para formar
una molécula de seis carbonos (citrato).
 Irreversible.
Ciclo del ácido cítrico
 2. Aconitasa
 Isomerización del citrato a isocitrato.
 Cataliza la isomerización reversible del citrato y el
isocitrato, con cis-aconitato como intermediario.
 El citrato se convierte en un alcohol terciario.
Ciclo del ácido cítrico
 3. Isocitrato deshidrogenasa dependiente de
NAD+
 Oxidación y descarboxilación del isocitrato
 Cataliza la descarboxilación oxidativa irreversible
de isocitrato en -cetoglutarato.
 Se producen los primeros CO2 y NADH + H+ del
ciclo del ácido cítrico.
 Irreversible.
Ciclo del ácido cítrico
 4. -cetoglutarato deshidrogenasa
 Descarboxilación oxidativa del -cetoglutarato.
 Conversión de cetoglutarato a Succinil-CoA.
 Se producen los segundos CO2 y NADH + H+ del
ciclo del ácido cítrico.
Ciclo del ácido cítrico
 5. Succinil-CoA sintetasa
 Escisión de la Succinil-CoA
 Acopla la escisión de la succinil-CoA a la síntesis
de un nucleótido trifosfato de alta energía.
 La enzima de los mamíferos suele sintetizar GTP a
partir de GDP + Pi.
 GTP se interconvierte rápidamente mediante la
acción de la nucleótido difosfato cinasa: GTP+ ADP
= GDP +ATP.
Ciclo del ácido cítrico
 6. Succinato deshidrogenasa
 Oxidación del Succinato a fumarato
 Cataliza la deshidrogenación estereoespecífica de
succinato a fumarato.
 Esta enzima se inhibe por malonato.
 Se produce FADH2.
Ciclo del ácido cítrico
 7. Fumarasa
 Cataliza la hidratación del doble enlace del
fumarato para formar L-Malato.
Ciclo del ácido cítrico
 8. Malato deshidrogenasa
 Oxidación del malato
 Cataliza la reacción final del ciclo del ácido cítrico, la
regeneración de oxalacetato.
 El grupo OH del malato se oxida en una reacción
dependiente de NAD+.
 Se produce el tercer y último NADH del ciclo.
Ciclo de Krebs
 Acetil-CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi +
2H2O
 2CO2 + 3NADH + 3H+ + FADH2 + GTP +
CoA-SH
Ciclo de Krebs
 El NADH + H+ y el FADH2 se van a reoxidar
rápidamente a través de la cadena de
transporte electrónico y la fosforilación
oxidativa, siendo el aceptor final de
electrones el oxígeno.
Regulación del Ciclo de Krebs
Regulación del Ciclo de Krebs
 Esta fuertemente regulado en distintos pasos.
 Debe de satisfacer con precisión las necesidades
energéticas de la célula ya que es la vía final
para la degradación de las moléculas
energéticas.
 Es una fuente muy importante de precursores de
gran cantidad de biomoléculas.
 Dos niveles:
 Disponibilidad de sustrato
 Modulación de enzimas claves.
Regulación del Ciclo de Krebs
 Disponibilidad de sustrato
 El aumento de la concentración Acetil-CoA y
oxalacetato, estimula la síntesis de citrato y por
consiguiente, el Ciclo de Krebs.
 Modulación de enzimas claves.
 Las enzimas que catalizan los pasos irreversibles
están finamente reguladas mediante efectores
alostéricos.
 Citrato sintasa y la a-cetoglutarato
deshidrogenasa se inhiben por succinil-CoA y
NADH+H+.
 Isocitrato deshidrogenasa se inhibe
principalmente por ATP y NADH+H+.
Regulación del Ciclo de Krebs
 Esta fuertemente regulado en distintos pasos.
 Debe de satisfacer con precisión las necesidades
energéticas de la célula ya que es la vía final
para la degradación de las moléculas
energéticas.
 Es una fuente muy importante de precursores de
gran cantidad de biomoléculas.
 Dos niveles:
 Disponibilidad de sustrato
 Modulación de enzimas claves.
Reacciones anapleróticas y
carácter anfibólico
 Reacciones anapleróticas: reacciones que
generan intermediarios para el ciclo de Krebs.
 Piruvato carboxilasa y la enzima málica,
restablecen malato y oxalacetato a partir de
piruvato..
 Transaminasas que reponen el oxalacetato y el
-cetoglutarato a partir de aminoácidos.
Ciclo de Krebs y oxfos (2)
Carácter anfibólico
 Intermediarios del ciclo intervienen como
precursores de diversas rutas biosintéticas.
 Citrato: se emplea en la biosíntesis de lípidos.
 -cetoglutarato: se utiliza en la biosíntesis de
aminoácidos como el glutamato y sus derivados.
 Succinil-CoA: precursor en la síntesis de
porfirinas, de las cuales se obtienen los grupos
hemos y los citocromos.
 Oxalacetato: se emplea en la gluconeogénesis y
en la síntesis de aminoácidos como el aspartato
y sus derivados.
Cadena transportadora de
electrones y fosforilación oxidativa
Protones, electrones y oxidación-
reducción
 Los electrones involucrados en las oxidaciones
celulares no pasan directamente al oxígeno, sino
que se transfieren a través de diversas vías con
múltiples etapas.
 Los electrones de las oxidaciones se emplean en
una primera etapa para reducir el NAD+ y FAD a
NADH + H+ y FADH2.
 Los electrones fijados en estas coenzimas pasan
entonces a la cadena transportadora de
electrones, en la reoxidación mitocondrial.
 Los electrones sufren un proceso REDOX en los
complejos mitocondriales para finalmente reducir
el oxígeno a agua.
Protones, electrones y oxidación-
reducción
 Respiración aerobia o respiración celular, es
el proceso por el cual se transfieren los
electrones desde las biomoléculas del alimento
hasta el oxígeno.
 En este proceso, una serie de protones se
transfieren desde la matriz mitocondrial hacia el
espacio intermembrana de la mitocondria, de
modo que se crea un gradiente de protones.
 Este gradiente sirve para impulsar la síntesis de
ATP, a partir de ADP y Pi, a través de la llamada
fosforilación oxidativa.
Transporte de electrones y
fosforilación oxidativa
 Es la formación de ATP mediante la
fosforilación directa del ADP, debido a que
algunas reacciones cuentan con suficiente
energía libre como para producir ATP a
partir de la vía metabólica.
Fosforilación Oxidativa
 A medida que los electrones van descendiendo a
través de la cadena de transporte de electrones
pierden mucha de su energía libre.
 Parte de está energía puede capturarse y
almacenarse mediante la producción de ATP
(ADP+Pi).
 Proceso en el que se forma ATP al transferirse
electrones del NADH y FADH2 al oxígeno
molecular, a través de una serie de
transportadores de electrones que forman la
cadena transportadora de electrones.
CADENA DE TRANSPORTE DE
ELECTRONES
Cadena de transporte de
electrones (CTE)
 La mayoría de los electrones que se van a utilizar
en la CTE provienen de la acción de las
deshidrogenasas, que recogen los electrones y
los canalizan hacia el NAD y FAD.
 Los electrones fijados por estas coenzimas se
transfieren a una serie de transportadores
asociados a la membrana interna de la
mitocondria.
Mitocondria
 Lugar del
metabolismo oxidativo
en eucariontes.
 Contienen piruvato
deshidrogenasa,
enzimas del ciclo del
ácido cítrico, enzimas
que catalizan la
oxidación de los
ácidos grasos y
enzimas y proteínas
rédox involucradas en
el transporte
Transporte electrónico
 La cadena de transporte electrónico (CTE)
mitocondrial, es un conjunto de transportadores
electrónicos situados en la membrana interna, en
orden creciente de afinidad electrónica, que
transfiere los electrones que proceden de las
coenzimas reducidas hasta el oxígeno.
 Ruta final común por la que fluyen hasta el
oxígeno los electrones obtenidos de difrentes
combustibles orgánicos.
Transporte electrónico
 La CTE comprende dos procesos:
 1. Los electrones son transportados a lo largo de la
membrana, de un complejo de proteínas
transportador ("carrier") a otro.
 2. Los protones son traslocados a través de la
membrana, estos significa que son pasados desde
el interior o matriz hacia el espacio intermembrana.
 Esto construye un gradiente de protones. El oxígeno
es el aceptor terminal del electrón, combinándose
con electrones e iones H+ para producir agua.
Transporte electrónico
 El transporte de electrones se
inicia cuando una molécula de
NADH o de FADH2 se oxida y
cede H+ y electrones a una de las
aproximadamente 15 moléculas
que forman la cadena de
transporte.
 Complejo I: NADH-Co Q
oxidoreductasa.
 Complejo II: Succinato-CoQ
oxidoreductasa.
 Complejo III: CoQ-citocromo c
oxidoreductasa.
 Complejo IV: Citocromo c
oxidasa
Transporte electrónico
 Los complejos implicados en la transferencia de
electrones son:
 Complejo I: NADH-Co Q oxidorreductasa o NADH
deshidrogenasa, que transporta los electrones del
NADH ala ubiquinona o Coenzima Q.
 Complejo II: Succinato-CoQ oxidoreductasa, pasa los
lectrones del FADH2 a la ubiuinona.
Transporte electrónico
 Los complejos implicados en la transferencia de
electrones son:
 Complejo III: Ubiquinona citocromo c oxidorreductasa
o citocromo bc1, que acopla la transferencia de
electrones desde la ubiquinona al citocromo c.
 Complejo IV: Citocromo c oxidasa, conduce los
electrones desde el citocromo c hasta el último
aceptor de los electrones, el oxígeno, que se reduce a
agua.
Transporte electrónico
 Los electrones se
transportan desde los
complejos I y II hasta el
complejo III por la
Coenzima Q (CoQ o
ubiquinona).
 Desde el complejo III
hasta el complejo IV por
la proteína periférica de
la membrana
citocromo c.
Componentes del transporte
electrónico
Secuencia del transporte de
electrones
 El complejo I cataliza la oxidación del NADH por CoQ:
 NADH +CoQ (oxidada)  NAD + CoQ (reducida).
 El complejo III cataliza la oxidación de CoQ (reducida)
por el citocromo c:
 CoQ (reducida) + 2 citocromo c (oxidado)  CoQ
(oxidada) + 2citocromo c (reducido).
 El complejo IV cataliza la oxidación del citocromo c
reducido por O2, el aceptor electrónico terminal del
proceso de transporte electrónico.
 2 citocromo c (reducido) +1/2 O2  2 citocromo c
(oxidado) + H2O
 El complejo II cataliza la oxidacion de FADH2 por CoQ
 FADH2 + CoQ (oxidada)  FAD + CoQ (reducida)
Componentes del transporte
electrónico
Componentes del transporte
electrónico
 El complejo I: NADH
deshidrogenasa
 Formado al menos por 25
polipéptidos diferentes.
 Complejo más grande de
la membrana interna.
 Además de una molécula
de FMN (flavin
mononucleotido), el
complejo tiene varios
centros hierro-azufre (6 a
7) que participan en el
transporte electrónico.
Componentes del transporte
electrónico
 El complejo I (complejo NADH deshidrogenasa o
NADH-CoQ oxidoreductasa)
 Cataliza la transferencia de electrones desde el NADH +
H+ a la ubiquinona (CoQ).
 FMN centros Fe-S  ubiquinona.
Componentes del transporte
electrónico
 El complejo I (complejo
NADH deshidrogenasa)
 Los centros Fe-S hacen de
intermediarios en las
reacciones de transferencia de
1 electrón.
 Se cree que el NADH reduce
al FMN a FMNH2.
 Se transfieren los electrones
uno a uno desde el FMNH2 a
un centro Fe-S.
•Tras la transferencia de un
centro Fe-S a otro, los
electrones finalmente se ceden
a la Coenzima Q.
Componentes del transporte
electrónico
 Translocación de protones
 Conforme los electrones se
transfieren entre los centros
rédox del complejo I, cuatro
protones se translocan desde
la matriz hacia el espacio
intermembrana.
 La ubiquinona reducida
difunde libremente por la
membrana transportando los
electrones hasta el complejo
III.
Componentes del transporte
electrónico
 El complejo III (coenzima Q-citocromo c oxidorreductasas).
 Contiene dos citocromos de tipo b, un citocromo c1 (cit c1) y un
centro Fe-S.
 Transfiere los electrones desde la Co-Q reducida (UQH2) al
citrocomo c.
 Reduce dos moléculas de citocromo c.
Componentes del transporte
electrónico
 El complejo III (complejo
citocromo bc1).
 Los citocromos son un
conjunto de proteínas de
transporte de electrones que
contienen un grupo prostético
hemo.
 Los electrones se transfieren
de uno a uno y se reduce de
forma reversible un átomo de
hierro oxidado de F3+ a F2+.
Componentes del transporte
electrónico
 El movimiento de
electrones desde la UQH2
al citocromo c implica
varios pasos.
 Debido a que la UQ es
liposoluble, difunde dentro
de la membrana interna
entre los donadores de
electrones de los
complejos I y II y el
aceptor de electrones del
complejo III.
Componentes del transporte
electrónico
 La transferencia de
electrones comienza con
la oxidación de UQH2, por
la proteína Fe-S del
complejo III, que genera la
ubisemiquinona (UQH*).
 Posteriormente, la
proteína Fe-S reducida
transfiere un electrón al cit
c1, el cual lo transfiere
luego al cit c.
Componentes del transporte
electrónico
 Ciclo Q.
 Le permite al complejo
III bombear cuatro
protones desde la
matriz hacia el espacio
intermembrana.
 Los citocromos c se
encargan de transferir
los electrones desde el
complejo III al complejo
IV.
Componentes del transporte
electrónico
 Complejo IV (citocromo
oxidasa).
 Complejo proteico que
cataliza la reducción de
cuatro electrones del O2
para formar H2O.
 El complejo en los
mamíferos puede
contener de entre seis y
trece
subunidades, dependiend
o de la especie.
Componentes del transporte
electrónico
 Complejo IV (citocromo
oxidasa).
 Reduce la molécula de oxígeno a
agua.
 Puede contener también dos
átomos de Cu (se alternan entre los
estados de oxidación +1 y
+2), además de los átomos de
hierro del hemo de los citocromos
a y a3.
 El citocromo c está débilmente
unida a la membrana interna
sobre su superficie
externa, transfiere los electrones
de uno a uno al cit a y al CuA.
Componentes del transporte
electrónico
 Los electrones se ceden a
continuación al cit a3 y al CuB, lo
que se produce en el lado de la
matriz (int) de la membrana.
 Esta lanzadera de electrones
permite que se cedan a la
molécula de dioxígeno unida al cit
a3-Fe2+.
 Se forman dos moléculas de
agua que abandonan el lugar.
 Se translocan cuatro protones
desde la matriz al espacio
intermembrana.
 Como el NADH solo cedió dos
lectrones en realidad solo se
Componentes del transporte
electrónico
 El complejo II (complejo
succinato-coenzima Q
oxidorreductasa).
 Consta principalmente de
la enzima succinato
deshidrogenasa y dos
proteínas Fe-S.
 Participa en la
transferencia de
electrones desde el
succinato a la CoQ.
 Sus grupos redox
comprenden al FAD
unido covalentemente a
Componentes del transporte
electrónico
 El complejo II (complejo succinato-coenzima Q
oxidorreductasa).
 Los electrones de las moléculas de FADH2 entran en la
cadena transportadora de electrones a través del complejo
II, que transfiere los electrones a la ubiquinona.
 Los electrones del FADH2 siguen el mismo camino que los
electrones del NADH.
 Permite el paso total de seis protones por molécula de
FADH2 al espacio intermembrana.
Componentes del transporte
electrónico
 El complejo II (complejo
succinato deshidrogenasa).
 El lugar de oxidación del
succinato se encuentra en la
proteína Fe-S más grande.
 Está molécula contiene
también un FAD unido
covalentemente.
 La glicerol-3-fosfato
deshidrogenasa (MMI),
transfiere los electrones
desde el NADH citoplásmico
a la CTE.
 La acil-CoA deshidrogenasa,
transfiere los electrones a la
UQ desde el lado de la matriz
de la MI
Componentes del transporte
electrónico
 La necesidad de oxígeno convierte el proceso
de transporte de electrones en cadena
respiratoria, la cual da cuenta de la mayor
porción del uso de oxígeno por parte del
organismo.
Componentes del transporte
electrónico
Fosforilación Oxidativa
Fosforilación oxidativa
 La síntesis endergónica de ATP a partir
de ADP y Pi en las mitocondrias es
catalizada por una ATP sintasa
(complejo V) que se impulsa por el
proceso de transporte electrónico.
Fosforilación oxidativa
 Es el proceso por el que la energía generada por
la CTE se conserva mediante la fosforilación del
ADP + Pi para dar ATP.
 Teoría quimiosmótica
 1961, Peter Mitchell, propuso un mecanismo por
el que la energía libre que se genera durante el
transporte electrónico impulsa la síntesis de ATP.
Fosforilación oxidativa
 Teoría quimiosmótica de
acoplamiento.
 La energía libre del
transporte electrónico se
conserva por un bombeo de
H+ desde la matriz mitocondrial
hasta el espacio
intermembrana para crear un
gradiente de H+ electroquímico
a través de la membrana
mitocondrial interna.
 El potencial electroquímico
de este gradiente sirve para
sintetizar ATP.
Fosforilación oxidativa
 Teoría quimiosmótica de
acoplamiento.
2. Los protones, que se encuentran
con un gran exceso en el espacio
intermembrana, pueden pasar a
través de la membrana interna y
volver a la matriz a favor de su
gradiente de concentración solo a
través de canales especiales. Al
producirse el flujo
termodinámicamente favorable a
través de un canal, que contiene
una actividad ATP sintasa, se
produce la síntesis de ATP.
Fosforilación oxidativa
 Mitchell sugirió que la energía libre que se libera en el
transporte electrónico y la síntesis de ATP se acopla por la
fuerza protón motriz creada por la CTE.
 El NADH genera una mayor transferencia de protones que el
FADH2, por lo tanto el NADH genera un gradiente mayor, lo
cual permitirá una mayor síntesis de ATP.
Síntesis de ATP
 ATP Sintasa (ATPasa o complejo V) sintetiza ATP
usando la energía del gradiente de protones generado
por la CTE.
 Transporta los protones a la matriz mitocondrial a favor
de un gradiente y acopla este proceso a la síntesis de
ATP.
Síntesis de ATP
 La ATP sintasa está formada por
dos componentes principales.
 La unidad F1, la ATPasa
activa, posee cinco subunidades
diferentes presentes en la
relación 3, 3, , , . Existen tres
lugares catalíticos en F1 que unen
nucleótidos.
 La unidad F0, un canal
transmembrana para los
protones, posee tres subunidades
presentes con una relación a, b2 y
c12.
 Unidad F1 formación del enlace
fosfoanhídrido.
Síntesis de ATP
 Se requiere la translocación de 3
protones a través de la ATP
sintasa para sintetizar cada
molécula de ATP.
 Parece que el efecto de la fuerza
protón motriz es inducir un giro de
tres pasos de 120º de cada una
de las unidades F0.
 El componente rotor de esta
máquina molecular está formado
por las subunidades , y
c12, mientras que las subunidades
a, b2, , 3 y 3 forman el
componente estacionario.
Componentes del transporte
electrónico
 A medida que los electrones se transfieren a través de la
cadena de transporte de electrones desde un dador de
electrones (agente reductor) hacia un aceptor de
electrones (agente oxidante) se libera energía libre.
 Durante la oxidación del NADH hay tres pasos
(complejos I, II y III) en los que la variación del potencial
de reducción es suficiente para sintetizar ATP.
 Se sintetizan aproximadamente 3 moléculas de ATP por
cada par de electrones que se transfieren entre el NADH
y el O2 en la CTE.
 En la transferencia de cada par donado por el FADH2
producido por la oxidación del succinato se forman
aproximadamente 2 moléculas de ATP.
Ciclo de Krebs y oxfos (2)
Control de la fosforilación
oxidativa
 Permite a la célula producir solo la cantidad de
ATP que se requiere de inmediato para mantener
sus actividades.
 El valor del cociente P/O (el número de moles de
Pi que se consumen para que se reduzca cada
átomo de oxígeno a H2O) refleja el grado de
acoplamiento que se observa entre el transporte
electrónico y la síntesis de ATP.
 El cociente máximo P/O máximo medido para la
oxidación del NADH es 3.
 El cociente P/O máximo par el FADH2 es 2.
 P = ATP sintetizado
 O = Oxígeno reducido
Control de la fosforilación
oxidativa
 El control de la FO por la concentración ATP está
dado por el hecho de que las mitocondrias sólo
pueden oxidar el NADH y el FADH2 cuando hay
una concentración suficiente de ADP y Pi.
 La ATP sintasa se inhibe por una concentración
elevada de su producto (ATP) y se activa cuando
las concentraciones de ADP y Pi son elevadas
 Las cantidades relativas de ATP y ADP dentro de
las mitocondrias están controladas en gran
medida por las dos proteínas de transporte de la
membrana interna: el translocalizador ADP-ATP y
el transportador de fosfato.
Control de la fosforilación
oxidativa
 El transporte de H2PO4
- junto con un protón se
produce por medio de la translocasa de fosfato.
 Se requiere el transporte hacia adentro de 4
protones para la síntesis de cada molécula de
ATP, 3 para impulsar el rotor de la ATP sintasa y
1 para impulsar el transporte hacia adentro de
fosfato.
Ciclo de Krebs y oxfos (2)
Lanzaderas de NADH + H+
Lanzaderas de NADH
 La membrana interna mitocondrial resulta
impermeable no sólo a los protones sino también
a otra cantidad de moléculas: NADH + H+.
 El NADH citosólico no puede entrar libremente a
la mitocondria para ser reoxidado.
 Mecanismos (lanzaderas) que permiten la
entrada a la mitocondria de los electrones fijados
en el NADH + H+ citosólico.
 Lanzadera glicerol-3-fosfato.
 Lanzadera malato-aspartato.
Lanzadera glicerol-3-fosfato
 Aprovecha un intermediario de la glucólisis:
dihidroxiacetona fosfato, para reoxidar el NADH
originando glicerol-3-fosfato (glicerol-3-fosfato
deshidrogenasa).
 Músculo esquelético y en el cerebro.
Lanzadera aspartato-malato
 Aprovecha l intercambio de aminoácidos e
intermediarios del ciclo de Krebs entre el citoplasma y
la mitocondria para introducir los electrones fijados en
NADH durante la glucólisis.
 El NADH + H+ se utiliza para reducir el oxalacetato a
malato, que penetra ala mitocondria a través de un
cotransporte con -cetoglutarato.
 El malato, dentro de la mitocondria se oxida por la
malato deshidrogenasa, que utiliza NADH como
cofactor, para generar de nuevo oxalacetato.
 El oxalacetato se transforma por acción de las
transaminasas en aspartato, el cual sale de la
mitocondria a través de un cotransporte con
glutamato.
 Mitocondrias del hígado y corazón
Ciclo de Krebs y oxfos (2)
Oxidación total de la glucosa
 Glucólisis: 2 moléculas de NADH.
 Cuando se dispone de oxígeno, se oxida el
NADH.
 La membrana mitocondrial interna es
impermeable al NADH.
 Células animales han generado varios
mecanismos de lanzadera para transferir los
electrones desde el NADH citoplásmico a la CTE
mitocondrial.
 Lanzadera del glicerol fosfato y la lanzadera
malato aspartato.
ATP sintetizado por molécula de
glucosa oxidada
 10 NADH x 3= 30
 2 FADH2 x 2 = 4
 4 ATP = 4
38 ATP
6
2
6
18
4
2
38
1 de 87

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Ciclo de Krebs y oxfos (2)

  • 1. Rutas centrales del metabolismo intermediario
  • 2. Rutas centrales del metabolismo intermediario  Ciclo de Krebs y cadena transportadora de electrones.  El oxígeno se utiliza como aceptor de electrones, esto lleva a la oxidación de biomoléculas hasta dar CO2 y H2O, lo que permite producir mucha más energía a partir de cada átomo de carbono.
  • 5. Ciclo de los ácidos tricarboxílicos
  • 6. Ciclo de Krebs  1937, Hans Adolf Krebs.  Ciclo del ácido cítrico o ciclo de los ácidos tricarboxílicos.  Realiza la oxidación de las moléculas de Acetil- CoA proveniente de monosacáridos, ácidos grasos y aminoácidos hasta producir CO2, liberando gran cantidad de energía química
  • 7. Ciclo del ácido cítrico  Vía central para recuperar energía a partir de varios combustibles metabólicos, que se degradan a acetil-CoA por oxidación.  Ruta metabólica en la que los fragmentos de dos carbonos procedentes de las moléculas orgánicas combustibles se oxidan.  Se produce en la mitocondria.  Ruta aerobia requiere de O2.
  • 9. Ciclo del ácido cítrico  En el ciclo del ácido cítrico, los átomos de carbono se oxidan a CO2 y los electrones de energía elevada se transfieren al NAD+ y al FAD para formar las coenzimas reducidas NADH y FADH2.  El ciclo de Krebs también proporciona precursores para muchas biomoléculas, como ciertos aminoácidos. Por ello se considera una vía anfibólica, es decir, catabólica y anabólica al mismo tiempo
  • 10. Ciclo del ácido cítrico  Serie cíclica de ocho reacciones que oxidan completamente una molécula de acetil CoA, dando 2 moléculas de CO2, generando energía en ATP o en forma de equivalentes reductores (NADH o FADH).  El cíclo es aerobio , por lo que la ausencia o la escasez de oxigeno conduce a la inhibición total o parcial del ciclo. 2CO2 + 3NADH +FADH2+ ATP
  • 11. Ciclo del ácido cítrico  Síntesis de acetil-CoA  Descarboxilación oxidativa del piruvato.  A partir del piruvato mediante descarboxilación oxidativa por un complejo multienzimático llamado piruvato deshidrogenasa.
  • 12. Reacciones del ciclo del ácido cítrico  Ocho reacciones que tienen lugar en dos fases: 1. El grupo acetilo de dos carbonos de la acetil-CoA entra en el ciclo al reaccionar con el compuesto de cuatro carbonos oxalacetato (reacciones 1-4). A continuación se liberan dos moléculas de CO2. 2. El Oxalacetato se regenera de forma que pueda reaccionar con otra acetil-CoA.
  • 14. Ciclo del ácido cítrico En cada vuelta del ciclo, entra la Acetil-CoA procedente de la ruta glucolítica o del catabolismo de los ácidos grasos y salen dos moléculas de carbono totalmente oxidado en forma de CO2. se reducen tres moléculas de NAD+ y una molécula de FAD. Se genera una molécula de GTP
  • 15. Ciclo del ácido cítrico  1. Citrato sintasa  Condensación de la acetil-coA y el Oxalacetato.  Un grupo acetilo de dos carbonos se condensa con una molécula de cuatro carbonos (oxalacetato) para formar una molécula de seis carbonos (citrato).  Irreversible.
  • 16. Ciclo del ácido cítrico  2. Aconitasa  Isomerización del citrato a isocitrato.  Cataliza la isomerización reversible del citrato y el isocitrato, con cis-aconitato como intermediario.  El citrato se convierte en un alcohol terciario.
  • 17. Ciclo del ácido cítrico  3. Isocitrato deshidrogenasa dependiente de NAD+  Oxidación y descarboxilación del isocitrato  Cataliza la descarboxilación oxidativa irreversible de isocitrato en -cetoglutarato.  Se producen los primeros CO2 y NADH + H+ del ciclo del ácido cítrico.  Irreversible.
  • 18. Ciclo del ácido cítrico  4. -cetoglutarato deshidrogenasa  Descarboxilación oxidativa del -cetoglutarato.  Conversión de cetoglutarato a Succinil-CoA.  Se producen los segundos CO2 y NADH + H+ del ciclo del ácido cítrico.
  • 19. Ciclo del ácido cítrico  5. Succinil-CoA sintetasa  Escisión de la Succinil-CoA  Acopla la escisión de la succinil-CoA a la síntesis de un nucleótido trifosfato de alta energía.  La enzima de los mamíferos suele sintetizar GTP a partir de GDP + Pi.  GTP se interconvierte rápidamente mediante la acción de la nucleótido difosfato cinasa: GTP+ ADP = GDP +ATP.
  • 20. Ciclo del ácido cítrico  6. Succinato deshidrogenasa  Oxidación del Succinato a fumarato  Cataliza la deshidrogenación estereoespecífica de succinato a fumarato.  Esta enzima se inhibe por malonato.  Se produce FADH2.
  • 21. Ciclo del ácido cítrico  7. Fumarasa  Cataliza la hidratación del doble enlace del fumarato para formar L-Malato.
  • 22. Ciclo del ácido cítrico  8. Malato deshidrogenasa  Oxidación del malato  Cataliza la reacción final del ciclo del ácido cítrico, la regeneración de oxalacetato.  El grupo OH del malato se oxida en una reacción dependiente de NAD+.  Se produce el tercer y último NADH del ciclo.
  • 23. Ciclo de Krebs  Acetil-CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2H2O  2CO2 + 3NADH + 3H+ + FADH2 + GTP + CoA-SH
  • 24. Ciclo de Krebs  El NADH + H+ y el FADH2 se van a reoxidar rápidamente a través de la cadena de transporte electrónico y la fosforilación oxidativa, siendo el aceptor final de electrones el oxígeno.
  • 26. Regulación del Ciclo de Krebs  Esta fuertemente regulado en distintos pasos.  Debe de satisfacer con precisión las necesidades energéticas de la célula ya que es la vía final para la degradación de las moléculas energéticas.  Es una fuente muy importante de precursores de gran cantidad de biomoléculas.  Dos niveles:  Disponibilidad de sustrato  Modulación de enzimas claves.
  • 27. Regulación del Ciclo de Krebs  Disponibilidad de sustrato  El aumento de la concentración Acetil-CoA y oxalacetato, estimula la síntesis de citrato y por consiguiente, el Ciclo de Krebs.  Modulación de enzimas claves.  Las enzimas que catalizan los pasos irreversibles están finamente reguladas mediante efectores alostéricos.  Citrato sintasa y la a-cetoglutarato deshidrogenasa se inhiben por succinil-CoA y NADH+H+.  Isocitrato deshidrogenasa se inhibe principalmente por ATP y NADH+H+.
  • 28. Regulación del Ciclo de Krebs  Esta fuertemente regulado en distintos pasos.  Debe de satisfacer con precisión las necesidades energéticas de la célula ya que es la vía final para la degradación de las moléculas energéticas.  Es una fuente muy importante de precursores de gran cantidad de biomoléculas.  Dos niveles:  Disponibilidad de sustrato  Modulación de enzimas claves.
  • 29. Reacciones anapleróticas y carácter anfibólico  Reacciones anapleróticas: reacciones que generan intermediarios para el ciclo de Krebs.  Piruvato carboxilasa y la enzima málica, restablecen malato y oxalacetato a partir de piruvato..  Transaminasas que reponen el oxalacetato y el -cetoglutarato a partir de aminoácidos.
  • 31. Carácter anfibólico  Intermediarios del ciclo intervienen como precursores de diversas rutas biosintéticas.  Citrato: se emplea en la biosíntesis de lípidos.  -cetoglutarato: se utiliza en la biosíntesis de aminoácidos como el glutamato y sus derivados.  Succinil-CoA: precursor en la síntesis de porfirinas, de las cuales se obtienen los grupos hemos y los citocromos.  Oxalacetato: se emplea en la gluconeogénesis y en la síntesis de aminoácidos como el aspartato y sus derivados.
  • 32. Cadena transportadora de electrones y fosforilación oxidativa
  • 33. Protones, electrones y oxidación- reducción  Los electrones involucrados en las oxidaciones celulares no pasan directamente al oxígeno, sino que se transfieren a través de diversas vías con múltiples etapas.  Los electrones de las oxidaciones se emplean en una primera etapa para reducir el NAD+ y FAD a NADH + H+ y FADH2.  Los electrones fijados en estas coenzimas pasan entonces a la cadena transportadora de electrones, en la reoxidación mitocondrial.  Los electrones sufren un proceso REDOX en los complejos mitocondriales para finalmente reducir el oxígeno a agua.
  • 34. Protones, electrones y oxidación- reducción  Respiración aerobia o respiración celular, es el proceso por el cual se transfieren los electrones desde las biomoléculas del alimento hasta el oxígeno.  En este proceso, una serie de protones se transfieren desde la matriz mitocondrial hacia el espacio intermembrana de la mitocondria, de modo que se crea un gradiente de protones.  Este gradiente sirve para impulsar la síntesis de ATP, a partir de ADP y Pi, a través de la llamada fosforilación oxidativa.
  • 35. Transporte de electrones y fosforilación oxidativa  Es la formación de ATP mediante la fosforilación directa del ADP, debido a que algunas reacciones cuentan con suficiente energía libre como para producir ATP a partir de la vía metabólica.
  • 36. Fosforilación Oxidativa  A medida que los electrones van descendiendo a través de la cadena de transporte de electrones pierden mucha de su energía libre.  Parte de está energía puede capturarse y almacenarse mediante la producción de ATP (ADP+Pi).  Proceso en el que se forma ATP al transferirse electrones del NADH y FADH2 al oxígeno molecular, a través de una serie de transportadores de electrones que forman la cadena transportadora de electrones.
  • 37. CADENA DE TRANSPORTE DE ELECTRONES
  • 38. Cadena de transporte de electrones (CTE)  La mayoría de los electrones que se van a utilizar en la CTE provienen de la acción de las deshidrogenasas, que recogen los electrones y los canalizan hacia el NAD y FAD.  Los electrones fijados por estas coenzimas se transfieren a una serie de transportadores asociados a la membrana interna de la mitocondria.
  • 39. Mitocondria  Lugar del metabolismo oxidativo en eucariontes.  Contienen piruvato deshidrogenasa, enzimas del ciclo del ácido cítrico, enzimas que catalizan la oxidación de los ácidos grasos y enzimas y proteínas rédox involucradas en el transporte
  • 40. Transporte electrónico  La cadena de transporte electrónico (CTE) mitocondrial, es un conjunto de transportadores electrónicos situados en la membrana interna, en orden creciente de afinidad electrónica, que transfiere los electrones que proceden de las coenzimas reducidas hasta el oxígeno.  Ruta final común por la que fluyen hasta el oxígeno los electrones obtenidos de difrentes combustibles orgánicos.
  • 41. Transporte electrónico  La CTE comprende dos procesos:  1. Los electrones son transportados a lo largo de la membrana, de un complejo de proteínas transportador ("carrier") a otro.  2. Los protones son traslocados a través de la membrana, estos significa que son pasados desde el interior o matriz hacia el espacio intermembrana.  Esto construye un gradiente de protones. El oxígeno es el aceptor terminal del electrón, combinándose con electrones e iones H+ para producir agua.
  • 42. Transporte electrónico  El transporte de electrones se inicia cuando una molécula de NADH o de FADH2 se oxida y cede H+ y electrones a una de las aproximadamente 15 moléculas que forman la cadena de transporte.  Complejo I: NADH-Co Q oxidoreductasa.  Complejo II: Succinato-CoQ oxidoreductasa.  Complejo III: CoQ-citocromo c oxidoreductasa.  Complejo IV: Citocromo c oxidasa
  • 43. Transporte electrónico  Los complejos implicados en la transferencia de electrones son:  Complejo I: NADH-Co Q oxidorreductasa o NADH deshidrogenasa, que transporta los electrones del NADH ala ubiquinona o Coenzima Q.  Complejo II: Succinato-CoQ oxidoreductasa, pasa los lectrones del FADH2 a la ubiuinona.
  • 44. Transporte electrónico  Los complejos implicados en la transferencia de electrones son:  Complejo III: Ubiquinona citocromo c oxidorreductasa o citocromo bc1, que acopla la transferencia de electrones desde la ubiquinona al citocromo c.  Complejo IV: Citocromo c oxidasa, conduce los electrones desde el citocromo c hasta el último aceptor de los electrones, el oxígeno, que se reduce a agua.
  • 45. Transporte electrónico  Los electrones se transportan desde los complejos I y II hasta el complejo III por la Coenzima Q (CoQ o ubiquinona).  Desde el complejo III hasta el complejo IV por la proteína periférica de la membrana citocromo c.
  • 47. Secuencia del transporte de electrones  El complejo I cataliza la oxidación del NADH por CoQ:  NADH +CoQ (oxidada)  NAD + CoQ (reducida).  El complejo III cataliza la oxidación de CoQ (reducida) por el citocromo c:  CoQ (reducida) + 2 citocromo c (oxidado)  CoQ (oxidada) + 2citocromo c (reducido).  El complejo IV cataliza la oxidación del citocromo c reducido por O2, el aceptor electrónico terminal del proceso de transporte electrónico.  2 citocromo c (reducido) +1/2 O2  2 citocromo c (oxidado) + H2O  El complejo II cataliza la oxidacion de FADH2 por CoQ  FADH2 + CoQ (oxidada)  FAD + CoQ (reducida)
  • 49. Componentes del transporte electrónico  El complejo I: NADH deshidrogenasa  Formado al menos por 25 polipéptidos diferentes.  Complejo más grande de la membrana interna.  Además de una molécula de FMN (flavin mononucleotido), el complejo tiene varios centros hierro-azufre (6 a 7) que participan en el transporte electrónico.
  • 50. Componentes del transporte electrónico  El complejo I (complejo NADH deshidrogenasa o NADH-CoQ oxidoreductasa)  Cataliza la transferencia de electrones desde el NADH + H+ a la ubiquinona (CoQ).  FMN centros Fe-S  ubiquinona.
  • 51. Componentes del transporte electrónico  El complejo I (complejo NADH deshidrogenasa)  Los centros Fe-S hacen de intermediarios en las reacciones de transferencia de 1 electrón.  Se cree que el NADH reduce al FMN a FMNH2.  Se transfieren los electrones uno a uno desde el FMNH2 a un centro Fe-S. •Tras la transferencia de un centro Fe-S a otro, los electrones finalmente se ceden a la Coenzima Q.
  • 52. Componentes del transporte electrónico  Translocación de protones  Conforme los electrones se transfieren entre los centros rédox del complejo I, cuatro protones se translocan desde la matriz hacia el espacio intermembrana.  La ubiquinona reducida difunde libremente por la membrana transportando los electrones hasta el complejo III.
  • 53. Componentes del transporte electrónico  El complejo III (coenzima Q-citocromo c oxidorreductasas).  Contiene dos citocromos de tipo b, un citocromo c1 (cit c1) y un centro Fe-S.  Transfiere los electrones desde la Co-Q reducida (UQH2) al citrocomo c.  Reduce dos moléculas de citocromo c.
  • 54. Componentes del transporte electrónico  El complejo III (complejo citocromo bc1).  Los citocromos son un conjunto de proteínas de transporte de electrones que contienen un grupo prostético hemo.  Los electrones se transfieren de uno a uno y se reduce de forma reversible un átomo de hierro oxidado de F3+ a F2+.
  • 55. Componentes del transporte electrónico  El movimiento de electrones desde la UQH2 al citocromo c implica varios pasos.  Debido a que la UQ es liposoluble, difunde dentro de la membrana interna entre los donadores de electrones de los complejos I y II y el aceptor de electrones del complejo III.
  • 56. Componentes del transporte electrónico  La transferencia de electrones comienza con la oxidación de UQH2, por la proteína Fe-S del complejo III, que genera la ubisemiquinona (UQH*).  Posteriormente, la proteína Fe-S reducida transfiere un electrón al cit c1, el cual lo transfiere luego al cit c.
  • 57. Componentes del transporte electrónico  Ciclo Q.  Le permite al complejo III bombear cuatro protones desde la matriz hacia el espacio intermembrana.  Los citocromos c se encargan de transferir los electrones desde el complejo III al complejo IV.
  • 58. Componentes del transporte electrónico  Complejo IV (citocromo oxidasa).  Complejo proteico que cataliza la reducción de cuatro electrones del O2 para formar H2O.  El complejo en los mamíferos puede contener de entre seis y trece subunidades, dependiend o de la especie.
  • 59. Componentes del transporte electrónico  Complejo IV (citocromo oxidasa).  Reduce la molécula de oxígeno a agua.  Puede contener también dos átomos de Cu (se alternan entre los estados de oxidación +1 y +2), además de los átomos de hierro del hemo de los citocromos a y a3.  El citocromo c está débilmente unida a la membrana interna sobre su superficie externa, transfiere los electrones de uno a uno al cit a y al CuA.
  • 60. Componentes del transporte electrónico  Los electrones se ceden a continuación al cit a3 y al CuB, lo que se produce en el lado de la matriz (int) de la membrana.  Esta lanzadera de electrones permite que se cedan a la molécula de dioxígeno unida al cit a3-Fe2+.  Se forman dos moléculas de agua que abandonan el lugar.  Se translocan cuatro protones desde la matriz al espacio intermembrana.  Como el NADH solo cedió dos lectrones en realidad solo se
  • 61. Componentes del transporte electrónico  El complejo II (complejo succinato-coenzima Q oxidorreductasa).  Consta principalmente de la enzima succinato deshidrogenasa y dos proteínas Fe-S.  Participa en la transferencia de electrones desde el succinato a la CoQ.  Sus grupos redox comprenden al FAD unido covalentemente a
  • 62. Componentes del transporte electrónico  El complejo II (complejo succinato-coenzima Q oxidorreductasa).  Los electrones de las moléculas de FADH2 entran en la cadena transportadora de electrones a través del complejo II, que transfiere los electrones a la ubiquinona.  Los electrones del FADH2 siguen el mismo camino que los electrones del NADH.  Permite el paso total de seis protones por molécula de FADH2 al espacio intermembrana.
  • 63. Componentes del transporte electrónico  El complejo II (complejo succinato deshidrogenasa).  El lugar de oxidación del succinato se encuentra en la proteína Fe-S más grande.  Está molécula contiene también un FAD unido covalentemente.  La glicerol-3-fosfato deshidrogenasa (MMI), transfiere los electrones desde el NADH citoplásmico a la CTE.  La acil-CoA deshidrogenasa, transfiere los electrones a la UQ desde el lado de la matriz de la MI
  • 64. Componentes del transporte electrónico  La necesidad de oxígeno convierte el proceso de transporte de electrones en cadena respiratoria, la cual da cuenta de la mayor porción del uso de oxígeno por parte del organismo.
  • 67. Fosforilación oxidativa  La síntesis endergónica de ATP a partir de ADP y Pi en las mitocondrias es catalizada por una ATP sintasa (complejo V) que se impulsa por el proceso de transporte electrónico.
  • 68. Fosforilación oxidativa  Es el proceso por el que la energía generada por la CTE se conserva mediante la fosforilación del ADP + Pi para dar ATP.  Teoría quimiosmótica  1961, Peter Mitchell, propuso un mecanismo por el que la energía libre que se genera durante el transporte electrónico impulsa la síntesis de ATP.
  • 69. Fosforilación oxidativa  Teoría quimiosmótica de acoplamiento.  La energía libre del transporte electrónico se conserva por un bombeo de H+ desde la matriz mitocondrial hasta el espacio intermembrana para crear un gradiente de H+ electroquímico a través de la membrana mitocondrial interna.  El potencial electroquímico de este gradiente sirve para sintetizar ATP.
  • 70. Fosforilación oxidativa  Teoría quimiosmótica de acoplamiento. 2. Los protones, que se encuentran con un gran exceso en el espacio intermembrana, pueden pasar a través de la membrana interna y volver a la matriz a favor de su gradiente de concentración solo a través de canales especiales. Al producirse el flujo termodinámicamente favorable a través de un canal, que contiene una actividad ATP sintasa, se produce la síntesis de ATP.
  • 71. Fosforilación oxidativa  Mitchell sugirió que la energía libre que se libera en el transporte electrónico y la síntesis de ATP se acopla por la fuerza protón motriz creada por la CTE.  El NADH genera una mayor transferencia de protones que el FADH2, por lo tanto el NADH genera un gradiente mayor, lo cual permitirá una mayor síntesis de ATP.
  • 72. Síntesis de ATP  ATP Sintasa (ATPasa o complejo V) sintetiza ATP usando la energía del gradiente de protones generado por la CTE.  Transporta los protones a la matriz mitocondrial a favor de un gradiente y acopla este proceso a la síntesis de ATP.
  • 73. Síntesis de ATP  La ATP sintasa está formada por dos componentes principales.  La unidad F1, la ATPasa activa, posee cinco subunidades diferentes presentes en la relación 3, 3, , , . Existen tres lugares catalíticos en F1 que unen nucleótidos.  La unidad F0, un canal transmembrana para los protones, posee tres subunidades presentes con una relación a, b2 y c12.  Unidad F1 formación del enlace fosfoanhídrido.
  • 74. Síntesis de ATP  Se requiere la translocación de 3 protones a través de la ATP sintasa para sintetizar cada molécula de ATP.  Parece que el efecto de la fuerza protón motriz es inducir un giro de tres pasos de 120º de cada una de las unidades F0.  El componente rotor de esta máquina molecular está formado por las subunidades , y c12, mientras que las subunidades a, b2, , 3 y 3 forman el componente estacionario.
  • 75. Componentes del transporte electrónico  A medida que los electrones se transfieren a través de la cadena de transporte de electrones desde un dador de electrones (agente reductor) hacia un aceptor de electrones (agente oxidante) se libera energía libre.  Durante la oxidación del NADH hay tres pasos (complejos I, II y III) en los que la variación del potencial de reducción es suficiente para sintetizar ATP.  Se sintetizan aproximadamente 3 moléculas de ATP por cada par de electrones que se transfieren entre el NADH y el O2 en la CTE.  En la transferencia de cada par donado por el FADH2 producido por la oxidación del succinato se forman aproximadamente 2 moléculas de ATP.
  • 77. Control de la fosforilación oxidativa  Permite a la célula producir solo la cantidad de ATP que se requiere de inmediato para mantener sus actividades.  El valor del cociente P/O (el número de moles de Pi que se consumen para que se reduzca cada átomo de oxígeno a H2O) refleja el grado de acoplamiento que se observa entre el transporte electrónico y la síntesis de ATP.  El cociente máximo P/O máximo medido para la oxidación del NADH es 3.  El cociente P/O máximo par el FADH2 es 2.  P = ATP sintetizado  O = Oxígeno reducido
  • 78. Control de la fosforilación oxidativa  El control de la FO por la concentración ATP está dado por el hecho de que las mitocondrias sólo pueden oxidar el NADH y el FADH2 cuando hay una concentración suficiente de ADP y Pi.  La ATP sintasa se inhibe por una concentración elevada de su producto (ATP) y se activa cuando las concentraciones de ADP y Pi son elevadas  Las cantidades relativas de ATP y ADP dentro de las mitocondrias están controladas en gran medida por las dos proteínas de transporte de la membrana interna: el translocalizador ADP-ATP y el transportador de fosfato.
  • 79. Control de la fosforilación oxidativa  El transporte de H2PO4 - junto con un protón se produce por medio de la translocasa de fosfato.  Se requiere el transporte hacia adentro de 4 protones para la síntesis de cada molécula de ATP, 3 para impulsar el rotor de la ATP sintasa y 1 para impulsar el transporte hacia adentro de fosfato.
  • 82. Lanzaderas de NADH  La membrana interna mitocondrial resulta impermeable no sólo a los protones sino también a otra cantidad de moléculas: NADH + H+.  El NADH citosólico no puede entrar libremente a la mitocondria para ser reoxidado.  Mecanismos (lanzaderas) que permiten la entrada a la mitocondria de los electrones fijados en el NADH + H+ citosólico.  Lanzadera glicerol-3-fosfato.  Lanzadera malato-aspartato.
  • 83. Lanzadera glicerol-3-fosfato  Aprovecha un intermediario de la glucólisis: dihidroxiacetona fosfato, para reoxidar el NADH originando glicerol-3-fosfato (glicerol-3-fosfato deshidrogenasa).  Músculo esquelético y en el cerebro.
  • 84. Lanzadera aspartato-malato  Aprovecha l intercambio de aminoácidos e intermediarios del ciclo de Krebs entre el citoplasma y la mitocondria para introducir los electrones fijados en NADH durante la glucólisis.  El NADH + H+ se utiliza para reducir el oxalacetato a malato, que penetra ala mitocondria a través de un cotransporte con -cetoglutarato.  El malato, dentro de la mitocondria se oxida por la malato deshidrogenasa, que utiliza NADH como cofactor, para generar de nuevo oxalacetato.  El oxalacetato se transforma por acción de las transaminasas en aspartato, el cual sale de la mitocondria a través de un cotransporte con glutamato.  Mitocondrias del hígado y corazón
  • 86. Oxidación total de la glucosa  Glucólisis: 2 moléculas de NADH.  Cuando se dispone de oxígeno, se oxida el NADH.  La membrana mitocondrial interna es impermeable al NADH.  Células animales han generado varios mecanismos de lanzadera para transferir los electrones desde el NADH citoplásmico a la CTE mitocondrial.  Lanzadera del glicerol fosfato y la lanzadera malato aspartato.
  • 87. ATP sintetizado por molécula de glucosa oxidada  10 NADH x 3= 30  2 FADH2 x 2 = 4  4 ATP = 4 38 ATP 6 2 6 18 4 2 38