Cadena Respiratoria

1. • Dra. Melba Fernández Rojas
•Cadena Respiratoria y
Fosforilación oxidativa
Bioquímica

2. • La respiración esta acoplada a la generación del
intermediario de alta energía (ATP), por medio
de la fosforilación oxidativa. Es inhibida por:
Importancia biomédica
Fármacos:
• Amorbarbital
Venenos:
• Cianuro
• Monóxido de
carbono
Def.
hered:
• Miopatía
• Encefalopatía
• Acidosis
láctica

3. CADENA RESPIRATORIA Y
FOSFORILACION OXIDATIVA
Q.F.B. Melba Fernández Rojas
Bioquímica

5. Dirradical
1. Puede ocasionar CO2
2. Sirvió como combustible en los motores principales del transbordador
¿Por qué los organismos vivos pueden
usarlo para generar energía?

6. Combustión
Reacción O2 con Hidrocarburos (RH) es una
reacción de radicales en cadena, exotérmica.
La combustión inicia después
de la introducción de una
fuente de energía (cerillo)
Los radicales reaccionan con la
primera molécula, el proceso es
imparable hasta que se gasta el
combustible o se excluye el O2

7. Respiración aeróbica
• La respiración aerobia es similar a la combustión
• CH y grasas CO2 y H2O
• En lugar de liberar en un estallido en llamas, los
organismos aerobios extraen átomos de H2 y
protegen contra especies reactivas del O2
• O2 + 4e- +4H+ 2H2O
• La energía liberada se almacena en forma de
ATP

8. Organismos aerobios
Mantienen
formación de ROS
al mínimo
Se pueden filtrar y
reaccionar
A veces el daño es
grande y la función
se ve alterada
(Envejecimiento,
enfermedades
degenerativas)
Paradoja del oxígeno
Los organismos aerobios usan el O2 para generar energía
Riesgo de sufrir daños causados por el O2

9. Oxígeno
Se encuentra
en todas
partes
Se difunde
fácilmente a
través de las
membranas
celulares
Diradical
Acepta e-
con facilidad
Responsable
de formar
ROS

10. MITOCONDRIAS Y
ESTRÉS OXIDATIVO
• Las cadenas
respiratorias
mitocondriales en
combinación con el
oxígeno generan una
serie de moléculas
altamente reactivas,
especies reactivas de
oxígeno (ROS,
reactive oxygen
species),

12. Sistemas de defensa contra estos
ROS
Antioxidantes, que son
o bien enzimas con
capacidad de destruir
las ROS (superóxido
dismutasa, catalasa,
etc.)
Diversas sustancias
capaces de
neutralizarlos
reaccionando con ellos
(glutatión, vitaminas C
y E, etc.)

14. M
I
T
O
C
O
N
D
R
I
A

15. El potencial de Eo se observa en los
sistemas biológicos y se le denomina
POTENCIAL OXIDO – REDUCTOR
Eo
citocromo b + 0.05
citocromo c + 0.26
NAD - 0.32
citocromo oxidasa + 0.53
citocromo c1 + 0.22
flavoproteina - 0.06
coenzima Q - 0.01
oxígeno + 0.82
En la célula estos compuestos pueden
reaccionar en cadena, pasando los
electrones de uno a otro que tenga Eo
menos negativo a más positivo
Por lo tanto basándose en la tabla y
ordenando estos compuestos para obtener
un flujo de electrones de izquierda a
derecha :

16. En la célula los electrones siguen este camino, a esta secuencia se le llama :
CADENA RESPIRATORIA.
Los componentes van del más electronegativo al más electropositivo

18. CADENA RESPIRATORIA
Lo que la cadena respiratoria
recibe de las vías oxidativas
(krebs, beta oxidación, glucólisis,
desaminación oxidativa) son 2H+
y estos se combinan con el O2
Para que esto se lleve a cabo, se
requiere de un sustrato que
contenga H y los ceda a una
deshidrogenasa.

19. Metabolito reducido
Metabolito oxidado 2H CADENA RESPIRATORIA
ENERGIA
Calor ATP

20. Membrana interna
Selectivamente permeable
Fosfolípido cardiolipina, enzimas de
cadenas respiratoria, ATP sintasa y
diversos transportadores de membrana.
Espacio intermembrana
adenilil cinasa creatina cinasa
Membrana externa
Permeable a casi todos los
metabolitos
acil-CoA sintetasa
glicerolfosfato
Enzimas específicas actúan como marcadores de
compartimientos separados por las membranas
mitocondriales

22. Lanzaderas de malato

25. La cadena respiratoria oxida equivalentes reductores
y actúa como una bomba de protones

26. CADENA RESPIRATORIA
La célula
obtiene la
energía que
necesita
mediante la
oxidación de :
Carbohi
dratos
Lípidos
Proteínas
Los H entregados a la cadena
respiratoria son transportados
en ella mediante reacciones de
oxido reducción en cadena,
uniéndose finalmente al O2
para formar H2O.

27. Los componentes de la
cadena respiratoria están
contenidos en cuatro
complejos proteínicos
grandes insertos en la
membrana mitocondrial
interna

29. Complejo I: NADH-Q oxidorreductasa; donde se transfieren
electrones desde NADH hacia la coenzima Q.

30. Complejo III: Q-citocromo c oxidorreductasa; que pasa los
electrones hacia el citocromo c

31. Complejo IV: citocromo c oxidasa; completa la cadena,
pasa los electrones hacia O2 y hace que se reduzca a H2O.

32. Complejo II: succinato Q reductasa; por medio de este complejo
algunas sustancias con potenciales redox más positivos que
NAD+/NADH pasan electrones hacia Q.

34. O2 componentes reducidos
O2 provoca oxidación
Aceptor final de e-

35. Las flavoproteínas son componentes
importantes para complejos I y II.
Las proteínas hierro-azufre (proteínas
hierro no hem, Fe-S) se encuentran en
los complejos I, II y III.
Las flavoproteínas y las proteínas hierro-azufre (Fe-
S) son componentes de los complejos de la cadena
respiratoria

36. El ciclo Q acopla la transferencia de
electrones al transporte de protones en
el complejo III
Los electrones se pasan desde QH2 hacia
el citocromo c por medio del complejo
III (Q-citocromo c oxidorreductasa).

37. Este complejo oxida el citocromo c
reducido, con una reducción concomitante
de O2 hacia dos moléculas de agua.
Esta transferencia desde el citocromo c
hacia O2 comprende dos grupos hem, a y
a3, y Cu.
El oxígeno molecular se reduce hacia H2O por
medio del complejo IV

38. La NADH-Q oxidorreductasa o complejo I, cataliza las
transferencia de electrones desde NADH hacia Q, junto con
la transferencia de cuatro H+ a través de la membrana.
En el complejo II, se forma FADH2 durante el ciclo cítrico
(Krebs) y a continuación los electrones se pasan por medio de
varios centros Fe-S hacia Q.
Glicerol-3-fosfato y la acil-CoA pasan electrones hacia Q con
ayuda de flavoproteínas.
Q acepta electrones mediante
el complejo I y el complejo II

41. INHIBIDORES DE LA CADENA
RESPIRATORIA
INHIBIDORES DEL 1er. SITIO DE
FOSFORILACION:
AMOBARBITAL.- Es un barbitúrico, se le llama
también amobarbital o Ac. 5 isoamil
etilbarbitúrico.
Es utilizado para ansiedad, insomnio, tiene
propiedades sedantes

43. INHIBIDORES DE LA CADENA
RESPIRATORIA
INHIBIDORES DEL 1er. SITIO DE FOSFORILACION:
ROTENONA Se obtiene de de las raíces de las plantas
tropicales Derris ellíptica y Lonchocarpus nicom , es
un insecticida de contacto e ingestión, y repelente
Inhibe el transporte de electrones
Los síntomas que presentan los insectos intoxicados con
rotenona son: disminución del consumo de oxígeno,
depresión en la respiración y ataxia que provocan
convulsiones y conducen finalmente a la parálisis y
muerte del insecto por paro respiratorio.

44. Rotenona
Antimicina A
CN, CO, H2S
Aceptor final de e-
O2 componentes reducidos
O2 provoca oxidación

45. INHIBIDORES DE LA CADENA RESPIRATORIA
DIMERCAPTOL-Dimercaprol
El dimercaprol, compuesto oleoso líquido
utilizado en medicina como agente quelante.
Inhibe el 2do. Sitio de
fosforilación oxidativa.
Bloquean el flujo de electrones
entre el cit b y c1

46. INHIBIDORES DE LA CADENA
RESPIRATORIA
• ANTIMICINA A Actúa a inhibiendo el complejo III.
Inhibe la reoxidación del NADH y del FADH2
Es un antiobiotico aislado de
las bacterias del género
Streptomyces, un grupo de
bacterias gram positivas

47. •
•
TODAS LAS MOLECULAS
FORMAN COMPLEJOS
ESTABLES CON EL Fe+3 Y
EVITAN SU REDUCCION A Fe+2.
ESTO ELIMINA LA
TRANSFERENCIA POSTERIOR
DE e- AL O2.

48. INHIBIDORES DE LA CADENA
RESPIRATORIA
• H2S
• CO
• CN
ACTUAN SOBRE LA CITOCROMO
OXIDASA IMPIDIENDO EL TRANSPORTE
DE e Y LA FORMACION DE H2O

49. FOSFORILACION OXIDATIVA
La
fosforilación
oxidativa es el
proceso de
almacenamiento
en forma de ATP mitocondrias

51. El flujo de electrones por la cadena respiratoria genera ATP por
medio del proceso de fosforilación oxidativa.
Teoría quimiosmótica (Peter Mitchell)
La fuerza motriz de protón causada por la diferencia de potencial
electroquímico impulsa el mecanismo de síntesis de ATP.
Complejos I, III, y IV actúan como bombas de protones.
El transporte de electrones mediante la cadena
respiratoria crea un gradiente de protón que
impulsa la síntesis de ATP

54. EL TRANSPORTE DE ELECTRONES (MEDIANTE LA CADENA
RESPIRATORIA) IMPULSA LA SÍNTESIS DEL ATP
Como se mencionó, los complejos I, III y IV actúan como bomba de
protones y generan ATP por medio de la fosforilación oxidativa.

55. Una ATP sintasa ubicada en la membrana
funciona como un motor rotario para formar
ATP
La fuerza motriz de protón impulsa una ATP
sintasa ubicada en la membrana que en
presencia de Pi+ADP forma ATP.

59. FOSFORILACION OXIDATIVA

60. El control respiratorio asegura un aporte
constante de ATP
La disponibilidad de ADP puede controlar el
índice de respiración de las mitocondrias, lo cual
se debe a que la oxidación y fosforilación están
firmemente acopladas.

61. CADENA RESPIRATORIA
Los 3 componentes que transportan
solamente electrones son : cit b, cit c1, cit c
El FADH2 cede sus H a nivel de la Co Q
Son 3 los sitios donde se lleva a cabo la
fosforilación oxidativa. (I, III y IV)

63. FOSFORILACION OXIDATIVA
Solo los sitios que tienen grandes cambios de energía libre
sintetizan ATP
Los sustratos que ceden sus electrones
NAD 2.5 ATP
FAD 1.5 ATP
Por cada átomo de oxígeno se esterifican 2.5 pi en enlaces de alta
energía.
Los inhibidores modifican el número de ATP
SI NO HAY ADP PARA FOSFORILARSE LOS ELECTRONES NO
FLUYEN O2

66. 4
2 H+
2 H+

67. 2.5
ATP

68. FOSFORILACION OXIDATIVA
La oxidación y la fosforilación se
encuentran estrechamente acopladas :
Cuando se realiza la respiración debe
haber fosforilación de ADP
La respiración y la fosforilación varían en
razón directa a la concentración de ADP

69. FOSFORILACION OXIDATIVA
ATP ADP RESPIRACION FOSFORILACION
1.-DISMINUYE AUMENTA AUMENTA AUMENTA
2.- AUMENTA DISMINUYE DISMINUYE DISMINUYE
1.- OCURRE DESPUES DE UN GASTO EXCESIVO DE ENERGIA EN LA
CELULA
2.- OCURRE CUANDO LA CELULA ESTA SATISFECHA EN SUS
NECESIDADES ENERGETICAS

70. FOSFORILACION OXIDATIVA
AGENTES MODIFICADORES DE LA
FOSFORILACION OXIDATIVA
• DESACOPLADORES
• INHIBIDORES (OLIGOMICINA,
ATRACTILOSIDO)
• IONOFOROS

72. PROTEINAS DESACOPLANTES :
Estas proteÍnas crean un
“escape” de protones,
permiten que los protones
vuelvan a entrar a la matriz sin
que se capture energía, la
energía se libera como calor y
el proceso se llama
termogénesis

73. FOSFORILACION OXIDATIVA
AGENTES DESACOPLANTES :
2,4 Dinitrofenol
Dinitrocresol
Pentaclorofenol
CCCP (clorocarbonilcianurofenilhidrazona)

74. FOSFORILACION OXIDATIVA
Estos agentes ejercen su función disociando el proceso
oxidativo de la fosforilación, permitiendo la transferencia de
electrones y el consumo de O2 pero sin la formación de ATP
En este proceso :
A) el consumo de O2 aumenta
B) en lugar de la síntesis de ATP hay hidrólisis del mismo

75. FOSFORILACION OXIDATIVA
2,4 DINITROFENOL. Es un desacoplante de la fosforilación
oxidativa.
Se emplea para la fabricación de colorantes, explosivos, herbicidas de
insectos, conservantes de madera.
Destruye bacterias y hongos, aumenta el consumo de O2 y los
combustibles metabólicos, y casi toda la energía se pierde en forma de
calor.
Las células mueren tanto a causa de exceso de temperatura como de la
falta de ATP

76. DNP el adelgazante milagroso y letal
El DNP (2, 4-dinitrofenol) Descubierto durante la Primera Guerra
Mundial, los trabajadores franceses de la munición expuestos a
dinitrofenol en la síntesis de dinamita (TNT, trinitrotolueno).
Perdían peso muy rápidamente. Durante la década de 1930 los
médicos los prescribieron como fármaco de adelgazamiento, sin
embargo se observó que los efectos secundarios eran bastante
graves (cataras, pérdida de visión, daños en los riñones en el
hígado y hasta la muerte)

77. pentaclorofenol
El dinitrocresol Se usa
principalmente para controlar
insectos y proteger cosechas
DINITROCRESOL
Se usa industrialmente para
preservar la madera en
postes de empresas de
servicio público, rieles de
ferrocarriles y en pilotes de
muelles.

78. INHIBIDORES
OLIGOMICINA : Este fármaco se une al dominio Fo de la ATP
sintasa cerrando el canal de H+ lo que impide la reentrada de
protones en la matriz y evita asi la fosforilación de ADP a ATP
La oligomicina es un macrólido producido por bacterias del tipo
estreptomyces.
No tiene efectos directos sobre la cadena de transporte de
electrones o del gradiente quimiosmótico.
Este antibiótico es usado generalmente para investigaciones
científicas. Es muy tóxico para seres humanos

80. Cadillo o bardana menor
ATRACTILOSIDO
En la planta completa se han identificado el diterpeno carboxi-
atractilósido, también detectado en el fruto, una tetra-
hidroxiflavona y los sesquiterpenos santatín, xantantín, estas
tres últimas sustancias están también presentes en hojas, así
como el alcaloide colina
• Inhibe al transportador que
introduce ADP a la
mitocondria.
• Agotamiento de la reserva de
ADP intramitrocondrial e
interrupción de la
producción de ATP

81. • Inhibe al transportador que
introduce ADP a la
mitocondria.
• Agotamiento de la reserva de
ADP intramitrocondrial e
interrupción de la
producción de ATP

82. •
•

83. INHIBIDORES DE LA FOSFORILACION
OXIDATIVA
Ionóforos
Son compuestos que forman estructuras cíclicas que actúan como
canales de iones inhibiendo específicamente la magnitud del potencial
de membrana
Valinomicina
Antibiótico liposoluble, actúa formando un complejo específico con el
ion potasio, permiten a los iones inorgánicos atravesar la membrana.
Desacoplan la cadena de transferencia de electrones de la fosforilación
oxidativa disipando la contribución eléctrica al gradiente electroquímico
a través de la membrana mitocondrial.

85. La valinomicina y la gramicidina S son dos
péptidos cíclicos con acción antibiótica. Los dos
contienen aminoácidos de la serie D, además de otros
aminoácidos no proteicos.
La valinomicina es un ionóforo: es capaz de
transportar iones potasio a través de las membrana
biológicas.

86. Las enfermedades
mitocondriales
Conocidas como
encefalomiopatías
mitocondriales son un grupo
heterogéneo de alteraciones,
caracterizadas por un fenotipo
complejo en el que la mayoría de
los pacientes presentan
encefalopatía y lesiones
musculares, además de que pueden
dañarse otros órganos como
hígado, riñones, corazón, retina,
médula ósea, nervios periféricos y
páncreas.

87. Las mitocondriopatías
Enfermedades asociadas a defectos de genes
mitocondriales muestran gran variedad de fenotipos y se
han descrito más de 70 mutaciones relacionadas con estas
afecciones.
Su clasificación se basa en las características moleculares y
genéticas de las mutaciones y se dividen en 2 grupos:
• Enfermedades asociadas con mutaciones puntuales.
• Enfermedades atribuibles a reorganizaciones del ADNmt
por inserciones

88. • Las miopatías o encefalomiopatías
mitocondriales son enfermedades neurológicas
en las que, aparte de haber una afectación
muscular, también existen alteraciones en el
sistema nervioso.

89.  Las moléculas de oxígeno y
combustible no utilizadas se
acumulan en las células, causando
daños.
Los síntomas de enfermedad
mitocondrial pueden variar.
 Depende de la cantidad de
mitocondrias defectuosas y dónde
están en el cuerpo.
A veces, sólo un órgano, tejido o
tipo de célula se ve afectada.
Las células musculares y nerviosas
tienen necesidades especialmente
altas de energía, por lo que los
problemas musculares y
neurológicos son comunes
las células no
tienen suficiente
energía

91. Debilidad muscular
La debilidad muscular, que puede avanzar o no a
rabdomiólisis, tiene muchas causas
Diagnóstico depende del cuadro clínico y comprende:
 Estudio de trastornos genéticos
 Pruebas endocrinas
 Efectos farmacológicos.
 Las causas infecciosas se diagnostican por aislamiento del
organismo implicado

92. Las células musculares dañadas
liberarán CK al plasma.
• CK MM
• Mioglobina. almacena oxígeno en las células
musculares para liberarlo en condiciones de
hipoxia, como sucede en el ejercicio intenso.

93. Inhibidores de la Cadena Respiratoria
Fosforilación Oxidativa
| Función Sitio de Acción
Rotenona
inhibidor del transporte
de e–
Complejo I
Amital
inhibidor del transporte
de e–
Complejo I
Antimicina A
inhibidor del transporte
de e–
Complejo III
Cianuro
inhibidor del transporte
de e–
Complejo IV
Monóxido de Carbono
inhibidor del transporte
de e–
Complejo IV
Azida
inhibidor del transporte
de e–
Complejo IV
2,4,-dinitrofenol Agente desacoplante
Transportador
transmembrana de H+
Pentaclorofenol Agente desacoplante
Transportador
transmembrana de H+
Fracción OSCP de la