El documento trata sobre la oxidorreducción biológica. Explica que la cadena respiratoria transporta electrones desde NADH y FADH2 hasta el oxígeno, bombeando protones a través de la membrana mitocondrial y generando un gradiente electroquímico que la ATP sintasa utiliza para fosforilar ADP en ATP.

1. Tema 2: OxidoreducciOxidoreducciOxidoreducciOxidoreducciOxidoreducciOxidoreducciOxidoreducciOxidoreduccióóóóóóóónnnnnnnn biolbiolbiolbiolbiolbiolbiolbiolóóóóóóóógicagicagicagicagicagicagicagica
y fosforilaciy fosforilaciy fosforilaciy fosforilaciy fosforilaciy fosforilaciy fosforilaciy fosforilacióóóóóóóón oxidativan oxidativan oxidativan oxidativan oxidativan oxidativan oxidativan oxidativa
Oxido-
reducción
OxidorreducciOxidorreduccióón bioln biolóógicagica
••Potencial de oxidoPotencial de oxido--reduccireduccióón yn y ∆∆ de energde energíía libre.a libre.
••Cadena respiratoria: composiciCadena respiratoria: composicióón y localizacin y localizacióón subcelularn subcelular
••FosforilaciFosforilacióón oxidativa:n oxidativa: teorteorííaa quimiosmquimiosmóóticatica
•• Acoplamiento y rendimiento energAcoplamiento y rendimiento energéético en la formacitico en la formacióón de ATPn de ATP
••ATPATP--sintasasintasa: estructura y funci: estructura y funcióónn

2. Tema 2: Oxidacción biológica de nutrientes NADH + H+
NADH transporta e- a la cadena respiratoriacadena respiratoriacadena respiratoriacadena respiratoriacadena respiratoriacadena respiratoriacadena respiratoriacadena respiratoria
El transporte de eEl transporte de eEl transporte de eEl transporte de eEl transporte de eEl transporte de eEl transporte de eEl transporte de e-------- generagenerageneragenerageneragenerageneragenera gradiente de H+ en la membrana
EsosEsosEsosEsosEsosEsosEsosEsos H+ activan a la ATP-sintasa (fosforilacifosforilacifosforilacifosforilacifosforilacifosforilacifosforilacifosforilacióóóóóóóón oxidativan oxidativan oxidativan oxidativan oxidativan oxidativan oxidativan oxidativa))))))))
Oxido-
reducción
Objetivos de aprendizaje:
Entender que la oxidación del NADH transcurre en múltiples pasos
efectuada por tres complejos de proteínas transmembrana con varios
grupos red-ox activos en cada uno.
Comprender que la Coenzima Q y el citocromo c son transportadores
móviles de e- entre los complejos proteícos.
Comprender que los H+ son traslocados a través de la membrana
mitocondrial por los complejos I, III y IV.
Entender como la energía libre de la oxidación del NADH se conserva
como un gradiente electroquímico de H+.
APLICAR EL BALANCE: 2NADH + 2H+ + O2 4e- 4 H2O
Entender que la reducción de cada molécula de O2 por los e- aportados
por 2 NADH hasta formar 2 H2O , requiere 4 e- y produce la translocación
de 20 H+ al espacio intermembranoso.

3. Las células oxidan los nutrientes orgánicos para generar ATP,
necesario para su trabajo útil.
Perdida de electrones = Oxidación
Ganancia de electrones = Reducción
El flujo de electrones en el metabolismo se canaliza a través de
intermediarios metabólicos y de transportadores (COENZIMAS REDOX) que
convierten la energía del flujo de e- (∆ Eo) en energía química (∆ Go): ATP.
Ejemplo: La glucosa es un nutriente reducido, una fuente de electrones. Su
degradación producirá NADH
OxidoOxido--reduccireduccióón bioln biolóógicagica
A A+ + e-
reducido oxidado
∆ Go
NADNAD++ NADHNADH
FADFAD FADHFADH22
∆ Eo
∆ Go
ATP
CO2
H2O

4. Reacciones de oxidaciReacciones de oxidacióón reduccin reduccióónn
A + B+ A+ + B
oxidado reducidoreducido oxidado
A: pierde e-, se oxida
B: gana e-, se reduce
Reductor
Oxidante
A (red) A (ox) + e-
B (ox) + e- B (red)
Cu2+ + e-
Cu+
Fe2+
Fe3+ + e-
Fe2+ (donador) / Fe3+ (aceptor): par redox conjugado
Fe2+ + Cu2+ Fe3+ + Cu+
NADH (donador) / NAD+ (aceptor): par redox conjugado

5. Potencial de reducciPotencial de reduccióón:n: Eo
Potencial de reducción ( E ): tendencia de un reductor a ceder e-
H+ + e- ½ H2
En condiciones estándar ( Eo ):
En condiciones fisiológicas pH = 7 ( Eo
´´´´ )
Eo = 0 V
25º C, 1 atm presión, [oxidante] y [reductor] = 1 M
Los e- fluyen desde las especies reductoras, con un Eo
´´´´ más electronegativo (- Eº’)
a las especies oxidantes, con un Eo
´´´´ más electropositivo (+ Eº’).
•Tendencia a adquirir e- > par estándar Eo
´ + Mucha afinidad por e- ->OXIDANTE
•Tendencia a adquirir e- < par estándar Eo
´ - Poca afinidad por e- ->REDUCTOR
Patrón o par estandar
Eo(H+/1/2H2) = 0,42 V

6. Potencial de reducciPotencial de reduccióón en e ∆∆∆∆∆∆∆∆GG
E = Eo +
RT
nF
ln
[aceptor electrones]
[donador de electrones]
n = nº de e- cedidos
F = cte de Faraday = 96,48 kJ/mol V
El flujo de e- produce una energía libre (∆∆∆∆G ) capaz de realizar trabajo útil
∆∆∆∆Go´´´´ es proporcional a ∆∆∆∆Eo
´´´´
∆∆∆∆Eo
´´´´
+ ∆∆∆∆Go´´´´
- Reacción espontánea
∆∆∆∆Go´´´´ = - n F ∆∆∆∆Eo´´´´ ∆∆∆∆G = - n F ∆∆∆∆E

7. Piruvato + NADH + H+ Lactato + NAD+
Piruvato + 2H+ + 2e- Lactato
NADH - 2H+ - 2e- NAD+
Eo´ = -0,19 V
Eo´ = -0,32 V
∆∆∆∆Eo
´´´´ = Eo
´´´´
(aceptor e-) – Eo
´´´´
(donador e-)
∆∆∆∆Go´´´´ = - n F ∆∆∆∆Eo´´´´
n = nº de e- cedidos = 2, F = 96,48 kJ/mol V
∆Eo´ = -0,19 – (-0,32) = 0,13 V
∆∆∆∆Go´´´´ = -2 (96,5 kJ/mol V) (0,13 V) = -25,09 kJ/mol
La reacción es espontánea en condiciones estándar: [ ]= 1M, 25ºC y pH 7
Semirreacciones:
Piruvato acepta e- del NADH
Los potenciales de reducción estándar de los compuestos permiten
calcular la ∆∆∆∆Gº de la reacción redox
Potencial de reducciPotencial de reduccióón en e ∆∆∆∆∆∆∆∆GG
∆∆∆∆Eo
´´´´ = Eo
´´´´
(oxidante) – Eo
´´´´
(reductor)

8. RespiraciRespiracióónn mitocondrialmitocondrial
• La fosforilación oxidativa consiste en
la fosforilación del ADP hasta ATP por la
ATP-sintasa, activada por los H+.
• constituye la fuente más importante de ATP
en los organismos aerobios
Durante la transferencia de e- desde el NADH, o
el FADH2 , hasta el O2 se genera un bombeo de H+
hacia el espacio intermembranoso, originando una
fuerza protomotriz (H+-motriz) que activa a la ATP-
sintasa.
TRANSPORTE ELECTRÓNICO MITOCONDRIAL:
Se da en la membrana interna mitocondrial a través
de una serie de transportadores de e- (componentes
de la cadena respiratoria) que llevan los e- desde las
coenzimas reducidas (NADH, FADH2) hasta el O2.
• Las células aeróbicas consumen O2 y lo
reducen a H2O con los e- procedentes de la
oxidación de nutrientes (NADH, FADH2).

9. MitocondriaMitocondria
La fosforilación oxidativa se produce en la membrana
interna de la mitocondria
La mitocondria posee dos membranas
muy estructuradas, que rodean a la
matriz.
Matriz
Interior mitocondrial donde tienen lugar
el ciclo del ácido cítrico y la oxidación de
los ácidos grasos, etc.
Membrana interna
Es impermeable a casi todos los iones,
Se pliega en crestas
Contiene los componentes de la
cadena de transporte de e-
y la ATP sintasa
Membrana externa
Es bastante permeable a iones y
moléculas pequeñas
Crestas
Matriz
Membrana externa
Membrana interna
Espacio intermembrana

10. La oxidaciLa oxidacióón del NADHn del NADH se produce en
la cadena respiratoriala cadena respiratoria mitocondrialmitocondrial
Formada por
Complejos proteicos
1.- Transporte de
electrones desde el NADH
2.- Transporte de electrones
desde el FADH2
• Complejo III: Ubiquinol citocromo c oxidorreductasa
• Complejo IV: Citocromo c oxidasa
• Complejo I: NADH CoQ oxidorreductasa
• Complejo II: Succinato CoQ
reductasa
• Otros
Compuestos
redox

11. Componentes de la cadena respiratoriaComponentes de la cadena respiratoria
Quinonas: Transportadores en medio no acuoso (membranas)
Citocromos:
Centros ferro-sulfurados
Proteínas con grupo prostético hemo
Proteínas con Fe asociado a átomos de S
Ubiquinona = Co Q = Q
Coenzimas:
NAD+
NADP+
FMN
FAD
Coenzimas SOLUBLES de enzimas deshidrogenasas
UNIDAS covalentemente a flavoproteínas (grupo prostético)
Transportadores de electrones
algunos transportadores de e- están asociados a proteínas y forman lo
que llamamos Complejos: I, II, III y IV

12. Coenzimas transportadoras de eCoenzimas transportadoras de e-- ::
DINUCLEOTIDOS DE ADENINA y NICOTINAMIDADINUCLEOTIDOS DE ADENINA y NICOTINAMIDA
NAD+
(oxidado)
NADH
(reducido)
Adenina
o
NAD+ + 2H+ + 2e- NADH + H+
AH2 + NAD+ A + NADH + H+
Coenzima de oxidorreductasas o
deshidrogenasas
Responsable entrada e- por el complejo I
NADH (coenzima soluble)

13. MONONUCLEOTIDOS DE FLAVINA yMONONUCLEOTIDOS DE FLAVINA y
DINUCLEOTIDOS DE FLAVINA y ADENINADINUCLEOTIDOS DE FLAVINA y ADENINA
FMN y FAD (coenzimas NO solubles,
ligadas a proteínas)
FMN
FAD
FADH
. (FMNH
.)
(semiquinona)
FADH2 (FMNH2)
(totalmente reducido)
Anillo de isoaloxazina
FAD + 2H+ + 2e- FADH2
FMN + 2H+ + 2e- FMNH2
FMN presente en complejo I
FADH2 entrada de e- por el complejo II

14. COENZIMA transportadora de eCOENZIMA transportadora de e-- ::
UbiquinonaUbiquinona, Coenzima Q,, Coenzima Q, CoQCoQ
Lípido isoprenoide
Difunde libremente por la membrana
No está ligado a ninguna proteína
Puede transferir 1 e- o 2 e-
Método: Extraible con isooctano
Ubiquinoa (Q)
Totalmente oxidada
Radical Semiquinona
Parcialmente oxidado
QHo
Ubiquinol
Totalmente reducido
QH2
Unidades de ISOPRENO

15. Proteínas con un grupo hemo
Transfieren 1 e- mediante la
oxidorreducción del Fe (2+, 3+)
Clasificación según su espectro de absorción: a, b, c
Citocromos a y b están en LOS complejos III y IV
Citocromo c es una proteína soluble, se asocia con la membrana interna
ProteProteíínas con transportadores de enas con transportadores de e-- ::
CitocromosCitocromos (HEMO)(HEMO)

16. ProteProteíínas con centrosnas con centros
ferroferro--sulfuradossulfurados
Proteínas con Fe en forma NO HEMO sino asociado a átomos de S
Transfieren 1 e- mediante la oxidorreducción del Fe
Fe-S 2Fe-2S 4Fe–4S

17. TRANSPORTE enTRANSPORTE en
Complejo I:Complejo I:
NADHNADH CoQCoQ reductasareductasa
Transfiere 2 e-
desde el NADH
hasta la CO Q,
pasando por
FMN y por
grupos
ferosulfurados
(Fe-S)

18. •• succinatosuccinato CoQCoQ reductasareductasa
• Glicerol-3-P desHasa
• Acil-CoA desHasa
Transfieren 2 e- desde
diversos sustratos
(succinato, glicerol-3-P, Acil-
CoA) que son oxidados por
estas enzimas, y los e- van
a través de FAD y
por grupos ferrosulfurados
hasta la CoQ
TRANSPORTE enTRANSPORTE en
Complejo II:Complejo II:

19. TRANSPORTE enTRANSPORTE en
Complejo III:Complejo III:
CoQCoQ citcit cc reductasareductasa
Transfiere 2 e-
desde la CO Q
hasta el cit c,
pasando por
los cit b y c1 y
por grupos
ferosulfurados
Los e- se
transfieren aquí
de 1 en 1

20. TRANSPORTE enTRANSPORTE en
Complejo IV:Complejo IV:
CitCit cc oxidasaoxidasa
Transfiere e- desde
el citocromo c (4
viajes) hasta el O2,
pasando por dos
grupos de Cu y por
los citocromos a y
a3.

21. Secuencia del transporte de eSecuencia del transporte de e-- en la cadena respiratoriaen la cadena respiratoria
NADH →→→→ FMN
Q →→→→ cito b →→→→ cito c1 →→→→ cito c →→→→ cito a →→→→ cito a3 →→→→ O2
FADH2
Complejo I
Complejo III
Complejo IV
FADH2
[ H+]
[ H+]
[ H+]

22. +0.82•½ O2 / H2O
+0.55•Citocromo a3 (ox) / citocromo a3 (red)
+0.25•Citocromo C (ox) / Citocromo C (red)
+0.04•Coenzima Q (ox) / Coenzima Q (red)
-0.166Oxalacetato / L - malato
-0.16Acetaldehido / Etanol
-0.30
–0.18
•Flavoproteina-FMN (ox) / Flavoproteina-FMNH2 (red)
Piruvato / Lactato
-0.32•NAD+ / NADH + H+
E0‘REACCIÓN
Potenciales de reducciPotenciales de reduccióón de los paresn de los pares
redred--oxox transportadores de etransportadores de e-- en laen la
cadena respiratoriacadena respiratoria

23. DeterminaciDeterminacióón de la secuencian de la secuencia concon
Inhibidores del transporte electrInhibidores del transporte electróóniconico
NADH →→→→ FMN
CoQ →→→→ cit b →→→→ cit c1 →→→→ cit c →→→→ cit a →→→→ cit a3 →→→→ O2
FADH2
Rotenona
barbitúricos
Azida
Amital

24. Glycolysis
Sugars
TCA Cycle
Electron
Transport
Oxidative
Phosphorylation
Inhibidores delInhibidores del T.E.MT.E.M..
Impiden el paso de e- a través de los
transportadores respiratorios, interrumpiendo
en consecuencia la forforilación oxidativa.
Rotenona
insecticida

25. TeorTeorííaa quimiosmquimiosmóóticatica dede MitchelMitchel:: Los Complejo I, III, y IV generan
un gradiente de H+ (fuerza protón-motriz) que que activa la ATP sintasa
Potencial
químico
∆pH
(dentro
alcalino)
Síntesis
de ATP
guiada
por la
fuerza H+-
motriz)
Potencial
eléctrico
∆ψ
(dentro
negativo)
Mitocondri
a
Espacio
intermembrana
Fumarato
Succinato
La FUERZA
PROTÓN-
MOTRIZ, en el
espacio
intermembrano
so, tiene dos
componentes
El gradiente de
carga
potencial
eléctrico = ∆Ψ
El gradiente de
[ H+ ]
potencial
químico =
2,3 RT ∆pH / F

26. Balance energBalance energéético en la cadena respiratoriatico en la cadena respiratoria
A) 2NADH 4e-
O2 H2O
20 H+ 6 ATP
B) 2 FADH2 4 e-
O2 H2O
12 H+ 4 ATP

27. AgentesAgentes desacoplantesdesacoplantes
DISIPAN LA FUERZA PROTDISIPAN LA FUERZA PROTÓÓNN--MOTRIZMOTRIZ yy
desacoplan la fosforilacidesacoplan la fosforilacióón oxidativa deln oxidativa del
TEM,TEM, por tanto bajan el rendimiento de lapor tanto bajan el rendimiento de la
ssííntesis de ATPntesis de ATP
Los agentes desacoplantes son
sustancias que introducen H+
hacia el interior mitocondrial.
El p-DNF entra en las células en
estado molecular y en el interior se
disocia.
En el espacio intermembranoso (pH
inferior) se protona y entra a la
mitocondria, en el interior hay un pH
superior y se disocia.
UCP1 o termogenina (adiposo pardo)
Obesidad y Proteínas desacoplantes
(UCPs)
La gramicidina A
es un ionóforo
p-DNF
p-dinitrofenol

28. ATPATP sintasasintasa: la: la subunidadsubunidad FF00 la ancla a lala ancla a la
membrana y la Fmembrana y la F11 en la matrizen la matriz mitocondrialmitocondrial
F1= αααα3333 ββββ3333 γ δ εγ δ εγ δ εγ δ ε
F0= a b2 c12
El anillo c gira con el paso de H+
El giro de “γεγεγεγε” provoca cambios
conformacionales en las
subunidades αβαβαβαβ

29. Mecanismo de actuaciMecanismo de actuacióónn
de la ATPde la ATP sintasasintasa
Las 3 unidades ββββ de la ATP sintasa
no son equivalentes, la rotación de
“γγγγ−−−−εεεε” las cambia la conformación.
Según va girando el complejo por el
paso de H+ las unidades ββββ cambian
de conformación:
L: une ADP y Pi
T: sintetiza ATP
O: libera ATP
L
T
O
L
T
O
L
T
O

30. Transportadores de iones a travTransportadores de iones a travéés de las de la
membrana internamembrana interna
El ATP sintetizado en el
interior
mitocondrial debe
de exportarse al
citoplasma para
cumplir allí con las
necesidades propias
-Esto se hace con un
sistema antiporte:
1 ATP sale y 1ADP
entra a refosforilarse
- Hay otro sistema
simporte que importa
Pi y H+
Espacio
intermembranoso
DENTRO de la
Matriz
Traslocasa de
nucleotidos de
adenina
(antiporte)
Traslocasa
de fosfato
(simporte)
ATP
sintasa