cadena respiratoria

* CICLO DE KREBS
* CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICO
CICLO DE KREBS

Algunas células obtienen su energía
(ATP) a partir de la fermentación,
degradando glucosa en ausencia de
oxígeno.
Para la mayoría de las células
eucariotas y un gran número de
bacterias que viven en condiciones
aeróbicas y oxidan sus combustibles
orgánicos a dióxido de carbono y agua.
La glicólisis no es sino la primera etapa
de la oxidación completa de la glucosa,
el piruvato formado en la glicólisis en
vez de ser reducido a lactato, etanol u
otro producto de fermentación, sufre
una oxidación mayor hasta CO2 y H2O.
CICLO DE KREBS

FASE 01:
PRODUCCION DEL ACETIL COa.
FASE 02:
OXIDACION DEL ACETILCOA.
FASE 03:
TRANSFERENCIA DE ELECTRONES Y
FOSFORILACION OXIDATIVA
CICLO DE KREBS

Matriz mitocondrial.
La reacción del acetil CoA con el oxalacetato inicia el ciclo
con la producción de citrato.
En cada vuelta del ciclo se producen 2 de CO2 como
productos de desecho, más 3 moléculas de NADH, 1 de GTP
y 1 de FADH2
La energía que se almacena en los electrones fácilmente
transferibles del NADH y del FADH2 será utilizada
posteriormente para la producción de ATP mediante el proceso
de fosforilación oxidativa.
CICLO DE KREBS

CADENA
RESPIRATORIA
CADENA RESPIRATORIA
1.TRANSPORTE DE ELECTRONES
2. FOSFORILACION OXIDATIVA

La energía se obtiene metabólicamente en el
proceso llamado cadena respiratoria  oxidación
de sustratos, produciendo agua y energía.
Es realizada mediante una serie de enzimas que
constituyen la cadena de transporte de electrones,
en la que un grupo de compuestos son oxidados y
reducidos alternativamente.
CADENA
RESPIRATORIA

• Es un conjunto de proteínas transportadoras de electrones
situado en la membrana interna de la mitocondria, capaces
de generar un gradiente electroquímico de protones para la
síntesis de ATP.
• Es un sistema multienzimático ligado a membrana interna
mitocondrial que transfiere electrones desde moléculas
orgánicas al oxígeno.
• A ella llegan las moléculas reducidas: NADH+H+, FADH2,
etc; las cuales han sido producidas en otras rutas
metabólicas.
CADENA
RESPIRATORIA

• Es el aceptor final de los
electrones que viajan por la
cadena respiratoria, por lo tanto,
la mayor parte del oxígeno que
nosotros respiramos se usa para
aceptar los electrones que pasan
por la cadena respiratoria.
• Después de que un átomo de
oxígeno recibe dos electrones,
éste reacciona con dos H+ y
forma una molécula de agua.
EL OXIGENO

La CTE comprende dos procesos:
• Los electrones son transportados a lo largo de la
membrana, de un complejo de proteínas transportador a
otro.
• Los protones son translocados a través de la
membrana, estos significa que son pasados desde el
interior o matriz hacia el espacio intermembranal. Esto
construye un gradiente de protones. El O es el aceptor
terminal de los electrones, combinándose con electrones
e iones H+ para producir agua.
CADENA
RESPIRATORIA

FUNCIONES
 Producir energía a partir de Glúcidos, Lípidos y
Proteínas.
 Transporta H+ y electrones a lo largo de la
cadena y los conduce con el O2 para formar
agua.
Incorpora PO4 (fosforo inorgánico) como fuente
de alta energía.

COMPONENTES
DE LA CADENA RESPIRATORIA
Los componentes de la cadena respiratoria son:
 Cinco grandes complejos proteicos con sus enzimas
correspondientes.
 Un componente no proteico: UBIQUINONA (Q) que
están embebidos en la membrana.
 Una pequeña proteína llamada CITOCROMO C que es
periférica y se ubica en el espacio intermembranal, pero
afdosado laxamente a la membrana interna.

1. Mitocondria
2. Dinucleótidos
3. Moléculas
transportadoras
4. ATP
5. ATPasa
6. Enzimas
COMPONENTES
DE LA CADENA RESPIRATORIA

1. LA MITOCONDRIA
• Membrana externa
• Membrana interna
• Espacio intermembrana
• Matriz
Organelo citoplasmático que se caracterizan por tener dos membranas: una
externa permeable a la mayor parte de metabolitos, una interna con
permeabilidad selectiva (moldeada en pliegues o crestas) y una matriz dentro
de la membrana interna, formada por complejos enzimáticos, ATP, ADP, y
algunos iones.
La mitocondria es la fuente de energía de la célula, en su interior tiene lugar
la captura de la energía derivada de la oxidación respiratoria.

El examen de las mitocondrias respirando, revela que cuando los
sustratos son oxidados por la vía de las enzimas deshidrogenasas
ligadas al NAD, se incorporan 3 mol de fosfato inorgánico al ADP para
formar 3 mol de ATP.
Por otro lado, cuando un sustrato es oxidado por la vía de las enzimas
deshidrogenasas ligadas a la flavoproteína FAD, solo se forman dos
moléculas de ATP.
1. LA MITOCONDRIA

2. NUCLEOTIDOS
Se requieren electrones generados
a partir de la acción enzimática de
las deshidrogenasas relacionadas
en el ciclo de Krebs. Este complejo
toma electrones y los transfieren
como pares a lo largo de la
cadena.
Utilizan nucleótidos de Adenina
NAD y de Flavina FAD actúan
como aceptadores de electrones.
SUTRATO REDUCIDO + NAD SUSTRATO OXIDADO + NADH + H*

DINUCLEOTIDO DE
NICOTINAMINADENINA
NAD
DINUCLEOTIDO DE
FLAVINADENINA
FAD
2. NUCLEOTIDOS

COENZIMA Q CITOCROMOS
3. MOLECULAS
TRANSPORTADORAS
La coenzima Q es una molécula móvil que une las flavoproteínas con el citocromo b
(Complejo III). Es un constituyente de los lípidos mitocondriales, se encuentra en
forma de quinona oxidada en condiciones aerobias y en la forma de quinol reducido
en condiciones anaeróbicas.
Esta molécula junto al citocromo c son los componentes móviles de la cadena
respiratoria, los cuales conectan a los compuestos fijados.

EQUIVALENTES
REDUCTORES
Toda la energía útil liberada durante las oxidaciones de los ag, aa y ch, queda
disponible en el interior de las mitocondrias en forma de equivalentes reducidos:
H+ o electrones que fluyen a través de la cadena de manera escalonada desde
los componentes más electro-negativos (NAD, FAD, citocromos) hasta llegar más
electropositivo (Oxígeno).

ADENOSIN TRIFOSFATO (ATP=Adenosina
Trifosfato
• Molécula Energética Fundamental En
El Intercambio Y Transformación De
Energía En El Metabolismo.
4. ATP
• El nucleosido (la ribosa
unida a la base, sin P)
facilita y capacita a la
molécula para que
reconozca y se fije en
enzimas especificas.
• El brazo trifosfatado (3P)
aporta a la molécula su
reactividad química,
relacionada directamente
con la energía libre.

ADENOSIN DIFOSFATO
Molécula energética fundamental en el
intercambio y transformación de
energía en el metabolismo.
ADP
ADP: Molécula que captura
energía, libre resultante de los
procesos catabólicos.
ATP: Posteriormente pasa esta
energía para impulsar aquellos
procesos que la requieren.
Cuando se efectúa trabajo, el
ATP es convertido en ADP,
permitiendo que ocurra más
respiración, lo cual a su vez
reabastece el depósito de
ATP.

5. ATPasa
• Las ATPasas son el subconjunto de enzimas que son capaces de producir
la hidrólisis del ATP en ADP y posterior unión de fósforo (ion fosfato) libre.
Esta reacción es exergónica ya que libera energía.
• Se clasifican teniendo en cuenta los iones que transporta en ATPasaH+ y
ATPasaCa2+.

ATPasa H+ o ATP Sintetasas
Sintetizar el ATP a partir del ADP y P,
utilizando la energía del gradiente de
concentración H+.
ATPasaCa2+
Mantener la concentración del Ca2+ en el
interior de la célula.
5. ATPasa

6. Enzimas
• Monoaminooxidasa
• Acetil-CoA sintetaza
• Glicerofosfato
aciltransferasa
• Fosfolipasa
• Creatincinasa
• Adenililcinasa.

COMPLEJOS DEL
TRANSPORTE DE ELECTRONES
 COMPLEJO I: NADH –UBIQUINONA REDUCTASA
 COMPLEJO II: SUCCINATO UBIQUINONA REDUCTASA
 COMPLEJO III: UBIQUINOL CITOCROMO C –
REDUCTASA
 COMPLEJO IV: CITOCROMO C – OXIDASA
 COMPLEJO V: FOSFORILACIÓN OXIDATIVA

La NADH-Q oxidorreductasa o complejo I es una proteína
grande, en forma de L (girada), que cataliza la transferencia
de electrones desde NADH hacia la Coenzima Q, junto con la
transferencia de 4 H+ a través de la membrana:
NADH + H + Q + 4 H+ NAD + QH2 + 4H+
Matriz Espacio Intermembrana
COMPLEJO I
NADH –UBIQUINONA REDUCTASA

COMPLEJO I
NADH –UBIQUINONA REDUCTASA
• Enzima responsable de recibir los
electrones del NADH.
• Cede los electrones al Coenzima Q
(Ubiquinona – UQ).
• Posee un grupo FMN, con estructura
similar al FAD. También tiene una
proteína Fe-S.
El NADH+ H+: Pasa
los electrones a través del primer
complejo hasta la Ubiquinona (Co
Q), los iones H+ traspasan la
membrana hacia el espacio
intermembrana.

En el complejo II se forma FADH2 durante la conversión de succinato en
fumarato en el ciclo del ácido cítrico (CK) y luego los electrones pasan
hacia Q.
Es el mas pequeño de la cadena, utiliza sustancias derivadas del ciclo de
Krebs y cataliza la reducción de ubiquinona a ubiquinol.
SUCCINATO + COQ FUMARATO + COQH2
COMPLEJO II:
SUCCINATO UBIQUINONA REDUCTASA

COMPLEJO III:
COENZIMA Q CITOCROMO C – REDUCTASA
• El complejo III transfiere electrones desde la coenzima Q a el
citocromo C, generando un nuevo bombeo de protones al
exterior.

• Complejo multienzimático con varios centros activos: citocromo b,
citocromo c1 y proteína de Rieske (también contiene grupo Hierro y Azufre).
• Funciona como una bomba de protones por su orientación asimétrica. Su
función es producir una diferencia de protones entre el interior y el exterior
de la membrana mitocondrial.
Los electrones se pasan desde QH2 hacia citocromo c por medio del complejo
III:
QH4 + citc oxidado Q + Cit c reducido (4H)+
4H+ + MATRIZ 4H+ espacio intermembrana
COMPLEJO III:
UBIQUINOL CITOCROMO C – REDUCTASA

Enzima encargada de dar los electrones de la cadena al aceptor final: la
molécula de oxígeno.
El complejo IV oxida el citocromo c reducido, con la reducción concomitante de
O2 hacia dos moléculas de agua:
Cit c reducido( 4H) + ½O2 + matriz Cit c oxidado+ H2O + 2H+ espacio intermemb.
COMPLEJO IV:
CITOCROMO C – OXIDASA
De las cuatro H+ eliminados de la matriz, dos
se usan para formar la moléculas de agua,
y dos se bombean hacia el espacio
intermembrana.
De este modo por cada par de electrones que
pasa por la cadena desde NADH o FADH2,
el complejo IV bombea 2H+ a través de la
membrana

Cadena
respiratoria
Los cuatro complejos están
embebidos en la membrana
mitocondrial interna, pero la
Coenzima Q y Citocromo c
son móviles.
El flujo de electrones a través de los
complejos I, III y IV da por resultado
el bombeo de protones desde la
matriz mitocondrial hacia el espacio
intermembrana.

Cadena
respiratoria
La cadena está formada por una serie de enzimas
diseñadas por la evolución para aceptar y ceder
electrones

FOSFORILACIÓN
OXIDATIVA
La ATP sintetasa es un complejo proteico con canales para protones que permiten la
re-entrada de los mismos. La síntesis de ATP se produce como resultado de la
corriente de protones fluyendo a través de la membrana:
ADP + Pi ---> ATP

Encargada de la síntesis directa del ATP, estas enzimas se visualizan como
pequeñas esferas sobre la membrana interna de la mitocondria, donde se
encuentra gran cantidad de estas moléculas.
Los protones son transferidos a través de la membrana, desde la matriz al espacio
intermembranal (como resultado del transporte de electrones que se originan
cuando el NADH cede un hidrógeno).
COMPLEJO V:

COMPLEJO V:
La continuada producción de esos protones crea un gradiente
de protones, dado que las cargas + son retiradas del interior,
mientras que las - permanecen en el interior (gran parte como
OH-); el pH en la cara externa de la membrana puede llegar a
un pH 5,5, mientras que el pH justo en la cara interna de la
misma puede llegar a 8,5. (Peter Mitchell, 1961).
La diferencia de potencial electroquímico se usa para impulsar
a una ATP sintetasa localizada en la membrana la cual en
presencia de Pi + ADP forma ATP.

FOSFORILACIÓN OXIDATIVA
Cuando los protones
(H+) regresan a la
matriz, lo hacen por
los canales un
complejo proteico
llamado ATPasa.
El paso de H+ permite
que la proteína “gire”
y se lleve a cabo la
reacción ADP+Pi
formando ATP.

Lanzaderas Mitocondriales
La membrana externa de la mitocondria es mucho más permeable que la interna, por lo
cual hay movimiento libre para muchos solutos entre el citosol y el espacio
intermembranoso.
Debido a que la membrana interna es sumamente selectiva generalmente se requieren
diversos sistemas de transporte para transferir compuestos desde el espacio
intermembranoso hasta en interior de la mitocondria.
La membrana interna de la mitocondria no es permeable al NAD+ o al NADH + H+ (la
mitocondria tiene su propio “pool” de estos nucleótidos).
Existen dos mecanismos diferentes para el transporte hasta la mitocondria de los
equivalentes de reducción contenidos en el NADH +H+ producido en el citoplasma:
 La lanzadera malato-aspartato.
 La lanzadera del glicerofosfato.

Lanzadera de Malato-Aspartato
Los equivalentes de reducción contenidos en el NADH + H+ producido en el
citoplasma son transferidos al oxaloacetato para formar malato, en una
reacción catalizada por la enzima malato deshidrogenasa citoplasmática:
El Malato puede atravesar las membranas mitocondriales y entrar en la
matriz mitocondrial. Una vez allí el malato es deshidrogenado por la enzima
mitocondrial malato deshidrogenasa
El oxaloacetato es transaminado a aspartato, el cual sale de la mitocondria
y una vez en el citosol, es transaminado a oxalacetico comenzando un
nuevo ciclo.
Citosol: Oxaloacetato + NADH.H+ Malato + NAD+
Mitocondria: Malato + NAD+ oxaloacetato + NADH.H+

Con esta lanzadera, los equivalentes de reducción del NADH +H+ citosólico
son transferidos a dihidroxiacetona fosfato para formar glicerol 3-fosfato, en
una reacción catalizada por la glicerol 3-fosfato deshidrogenasa
citoplasmática, que oxida al NADH.H+ del citosol:
Citosol: dihidroxiacetona-P+ NADH.H+ glicerol 3-P + NAD+
El glicerol 3-P es deshidrogenado por la glicerol 3-P deshidrogenasa
mitocondrial, localizada en la superficie exterior de la membrana interna de la
mitocondria. Esta enzima es una flavoproteína y los equivalentes de reducción
son transferidos en la membrana interna de la mitocondria:
Membrana interna: glicerol 3 (P) + FAD dihidroxiacetona (P) +
FADH2
Lanzadera de Glicerol 3-P

MALATO- ASPARTATO:
Células de hígado y corazón.
NADH citosólico a NADH mitocondrial. Aspartato  Oxaloacetato  Malato.
Se producen 3 moles de ATP por mol.
GLICEROL 3 - FOSFATO:
Células cerebrales y músculo. Entrega los electrones a FAD+ Glicerol 3-P.
Se producen 2 moles de ATP por mol.
LANZADERAS
MITOCONDRIALES

Factores que Controlan
el Proceso Respiratorio
• Número y morfología de mitocondrias.
• Disponibilidad de ADP y P.
• Capacidad de saturación de la cadena respiratoria.
• Disponibilidad de Oxígeno.
• Número de proteínas asociadas a la membrana
mitocondrial interna, responsables del consumo de
O2 y síntesis de ATP.

Inhibidores
de la CTE
• Interrumpen el transporte del NADH a la CoQ: Amobarbital (fármaco),
Piericidina (antibiótico) y Rotenona (insecticida):
• Inhiben entre el citocromo b y citocromo c: Dimercaprol y la antimicina A.
• Inhiben la citocromo oxidasa: Monóxido de carbono, H2S y Cianuro.
• Inhibe la succinato deshidrogenasa que transfiere hidrogeniones a la CoQ:
Carboxina , TTFA.
• Inhibidor competitivo de la succinato deshidrogenasa: Malonato.
• Impide la oxidación y la Fosforilacion de las mitocondrias: Oligomicina.
• Inhibe fosforilación oxidativa bloqueando el ADP (transportador): Atractilósido .
• Producen desacople: Dinitrocresol, Pentaclorofenol, CCCP (clorocarbonil
cianuro fenil hidrazona).

Desacoplantes
de la CTE
• En la membrana interna hay sustancias que aumentan la
permeabilidad a los protones: Forman una ruta que disipa el
gradiente de protones no asociada a ATP (permiten el transporte de
electrones inhibiendo la síntesis de ATP).
• Detienen las rx de fosforilación pero no las de oxidación, las cuales
suceden a altas velocidades y liberan energía en forma de calor (No
ATP)
• Tratamientos con soluciones hipotónicas, uso de detergentes,
cortes mecánicos.
• Sustancias de naturaleza ácido débil y permeable a través de la
membrana como el 2-4- dimitrofenol, NH4+.

Inhibidores
de la FO
• Interrumpen el transporte del NADH a la CoQ: Amobarbital,
Piericidina, Rotenona.
• Inhibe la succinato deshidrogenasa que transfiere
hidrogeniones a la CoQ: Carboxina , TTFA.
• Impide la oxidación y la fosforilación: Oligomicina.
• Inhibe fosforilación oxidativa bloqueando el ADP (transportador):
Atractilósido .
• Producen desacople: Dinitrocresol, Pentaclorofenol, CCCP
(clorocarbonil cianuro fenil hidrazona).

ASPECTOS CLINICO
• Miopatía mitocondrial mortal infantil con disfunción
renal infantil mortal, comprenden disminución grave
o ausencia de la mayor parte de las
oxidorreductasas de la cadena respiratoria.
• Encefalopatía mitocondrial, estado hereditario
causado por NADH: deficiencia de complejos I y IV.
• Acidosis láctica.
• Infarto cerebral.

RESUMEN
Casi toda la energía liberada a partir de la oxidación de los
carbohidratos, grasas y proteínas se pone a disposición en las
mitocondrias como equivalentes reductores (-H o electrones), los
cuales se dirigen hacia la cadena respiratoria, donde pasan por un
gradiente de redox de acarreadores hacia su reacción final con
oxígeno para formar agua.
Los acarreadores redox están agrupados en cuatro complejos de
cadena respiratoria en la membrana mitocondrial interna. Tres de los
cuatro complejos tienen la capacidad para usar la energía liberada en
el gradiente redox para bombear protones hacia el exterior de la
membrana, lo que crea un potencial electroquímico entre la matriz y el
espacio de la membrana interna.

RESUMEN
La ATP sintasa abarca la membrana y actúa como un motor rotatorio
usando la energía potencial del gradiente de protón o fuerza matriz de
protón para sintetizar ATP a partir de ADP y fosfato. De este modo, la
oxidación está estrechamente acoplada a la fosforilación para
satisfacer las necesidades de energía de las células.
Muchos venenos bien conocidos, como el cianuro, suspenden la
respiración mediante inhibición de la cadena respiratoria.

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