Diapositiva para clase de Bioquimica

1. CADENA
RESPIRATORIA,
FOSFORILACIÓN
OXIDATIVA E
INTEGRACIÓN DEL
METABOLISMO
Dr. Rubén Elvir Mairena
Médico Fisiólogo
Bioquímica, UNICAH

2. OBJETIVOS
1. Explicar en qué consiste la cadena
respiratoria
2. Describir el papel del NADH y el FADH2
como agentes reductores
3. Explicar la síntesis de ATP a través de la
fosforilación oxidativa
4. Explicar el rendimiento energético: del ciclo
de Krebs, de la glucólisis anaeróbica, de la
glucólisis aeróbica, de la oxidación completa de
la glucosa y de la oxidación de ácidos grasos

3. LA SÍNTESIS DE ATP EN
LA CADENA
RESPIRATORIA

4. El trifosfato de adenosina (ATP) es un
nucleótido muy importante
La hidrólisis del ATP proporciona inmediata y
directamente la energía libre para impulsar una
variedad inmensa de reacciones bioquímicas
endergónicas: biosíntesis de biomoléculas,
transporte activo de sustancias a través de
membranas celulares y trabajo mecánico, como
la contracción muscular

5. El ATP se produce a partir de ADP y Pi
Tiene una estructura adecuada para funcionar
como moneda energética universal
El ATP además de ser la principal fuente (o
molécula almacenadora) de energía metabólica
tiene otros papeles en el organismo: fuente de
fosfatos sustrato de las proteínakinasas),
precursor de AMPc (segundo mensajero) y
neurotransmisor

7. Potencial de reducción (E)
Es la tendencia de un donador electrónico
(agente reductor) a reducir a su aceptor
conjugado.
A 25 grados centígrados y con una
concentración de 1M de donador y aceptor=
Potencial de reducción estándar, Eo
Cuanto más alto es el Eo, mayor es la tendencia
del miembro oxidado de una pareja redox a
atraer electrones

9. MITOCONDRIA
Función: respiración celular, proceso mediante el
cual la mitocondria produce energía en forma de
ATP. Este proceso depende del O2.
Está rodeada por dos membranas:
Externa: lisa, permeable.
Interna: forma crestas, impermeable, necesita
transportes especializados.
- El O2 y CO2 por difusión simple
- Gran cantidad de proteínas
Espacio intermembrana y matriz mitocondrial

10. ¿Qué es la cadena respiratoria?
 Secuencia de proteínas que se ubican en la membrana
interna de la mitocondria y que se ordenan de acuerdo a su
potencial de reducción (E) para permitir el transporte de
electrones unidireccionalmente hasta el O2.
 Las moléculas con un E más (-) están al principio de la
cadena.
 Las proteínas han sido divididas en complejos proteicos.
 Existen dos familias de proteínas:
- Las que transportan H completos
-Las que transportan exclusivamente e-
 Algunas proteínas como los citocromos y las proteínas
sulfoférricas tienen minerales como Fe y el Cu.
 Los e- provienen del NADH y FADH2 .

11. Complejos proteínicos
Complejo I
Complejo II
Complejo III
Complejo IV
Cada uno de los anteriores tiene parte de la
secuencia respiratoria. El complejo V cataliza la
síntesis de ATP a partir de ADP, siéndo la
ATPsintetasa .

13. NADH como agente reductor
 De la molécula de NADH provienen
dos e-
 Transportados por diferencia de
potencial a lo largo del complejo I de
la cadena respiratoria (4 protones de
la matriz mitocondrial pasan al
espacio intermembrana)
 Luego son transportados al complejo
III (4 protones de la matriz
mitocondrial pasan al espacio
intermembrana)
 Los e llegan al complejo IV
 Luego son donados (por la citocromo
oxidasa) al aceptor final, que es el
oxígeno. (se liberan dos protones al
espacio intermembrana).
 Se empieza a generar un gradiente o
diferencia electroquímica entre la
matriz y el espacio intermembrana de
la mitocondria (permite la síntesis de
ATP)
 Los 2 e- que venían del NADH se
unen a un átomo de O2 para formar
una molécula de agua.

14. FADH2 como agente reductor
 Los e- entran a la cadena resp por
el complejo II. El FADH2 es
formado en la rx en la que
succinato se transforma en
fumarato (ciclo de Krebs),
catalizada por succinato
deshidrogenasa (única del ciclo
de Krebs asociada a la memb int
de la mitocondria). En este
complejo no hay liberación de
protones.
 Los dos e- se transportan hasta el
complejo III (liberación de 4
protones)
 Pasan al complejo IV (liberación
de 2 protones)
 Los e- pasan al oxígeno para
formar una molécula de agua.

15. Comparación entre los eventos que ocurren a partir de
dos moléculas reductoras diferentes.
Evento A partir de una
mol de NADH
A partir de una mol
de FADH2
e transportados hasta el O2 2 2
Cant de protones liberados al
espacio intermembrana
10 6
Moléculas de O2 consumidas ½ ½
Moléculas de agua producidas 1 1

16. FOSFORILACIÓN
OXIDATIVA

17. Fosforilación oxidativa
 Es la fosforilación del ADP con Pi, con síntesis de
ATP, acoplada a la cadena de transporte de
electrones.
 Para lograr la entrada del ADP y también la salida de
ATP en la membrana interna mitocondrial se necesita
la “colaboración” de transportadores:
1) La ATP-sintetasa
2) La ATP translocasa
3) El simporte H+/Pi

18. ATP sintetasa
Permite la entrada hacia la matriz de los
protones y la síntesis de ATP

19. ATP translocasa
Transporta dos sustancias al mismo tiempo en
direcciones opuestas (es un antiporter).
Se encarga de sacar el ATP de la matriz
mitocondrial e introducir el ADP.

20. El simporte H+/Pi
Transporta dos sustancias en la misma
dirección (de espacio intermembrana a matriz).
Las sustancias transportadas son el Pi y
protones.
No tiene capacidad de sintetizar ATP.

21. TEORÍA QUIMIOSMÓTICA
En 1961, Peter Mitchell, un bioquímico británico,
propuso un mecanismo por el que la energía
libre que se genera durante el transporte
electrónico impulsa la síntesis de ATP, la teoría
quimiosmótica (actualmente aceptada).

22. Características del modelo de
Mitchell
1. Al pasar los electrones a través de la cadena
de transporte de electrones (CTE), se
transportan protones desde la matriz y se
liberan en el espacio intermembrana. Como
consecuencia, se crea un potencial eléctrico y
un gradiente de protones a través de la
membrana interna. El gradiente electroquímico
de protones se denomina fuerza protón motriz

23. Características del modelo de
Mitchell
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 a través de canales especiales
(la membrana interna es en sí misma
impermeable a los iones incluyendo los
protones). Al producirse el flujo
termodinámicamente favorable a través de un
canal, que contiene una actividad de ATP
sintasa, se produce la síntesis de ATP.

24. Teoría de Mitchell
Mitchell sugirió que la energía libre
que se libera en el transporte
electrónico y la síntesis de ATP se
acoplan por la fuerza protón motriz
creada por la CTE.

27. Es importante la relación ADP/ATP: si la
relación , la cadena respiratoria aumenta su
velocidad.
El ADP aumenta
La relación ADP/ATP 
La vel de la cadena resp 
El gradiente de protones 
La síntesis de ATP 
Matriz mitocondrial
ATP
 La actv celular
Se gasta ATP
Se produce ADP
Citoplasma

28. Agentes que afectan la fosforilación oxidativa
Desacoplantes: valinomicina, 2,4 dinitrofenol,
termogenina o proteína desacoplante (ésta es
endógena)
Inhibidores del transporte de electrones:
cianuro y monóxido de carbono (CO)
Inhibidores de la ATP sintetasa: oligomicina
Inhibidores de la ATP translocasa:
atractilósido

29. INTEGRACIÓN
DEL
METABOLISMO

30. GLUCÓLISIS

31. RENDIMIENTO ENERGÉTICO DE LA GLUCÓLISIS
GLUCÓLISIS ANAEROBIA
Fase de preparación: -2 ATP
Fase retributiva: +4 ATP
Ganancia neta: 2 ATP
GLUCÓLISIS AEROBIA
Fase de preparación: -2 ATP
Fase retributiva: +4 ATP
2 NADH +6 ATP
Ganancia neta: 8 ATP

32. CICLO DE KREBS

33. Rendimiento energético de la
oxidación completa de la Glucosa
De glucosa a piruvato 8 ATP
Oxidación de piruvato 2x3= 6 ATP
Ciclo del ácido cítrico 2x12= 24 ATP
Total 38 ATP

34. Productos de la  oxidación de un ácido graso
1 FADH2 2 ATP
1 NADH 3 ATP
1 Acetil CoA
1 acil CoA (2 C menos)

35. Producción total de moléculas de ATP en la
oxidación de un AG de 16 C
1 vuelta de β-
oxidación
ATP producidos Total en 7 vueltas
Acetil- CoA 12 (ciclo de Krebs) 12 X 8 = 96
FADH2 2 (cadena respiratoria) 2 X 7 = 14
NADH 3 (cadena respiratoria) 3 x 7 = 21
TOTAL 131

36. Oxidación de AG con nº impar de átomos de C
En la última vuelta: la molécula de cetoacetil-
CoA (5 C), produce 1 molécula de acetil CoA (2
C) y 1 molec de propionil CoA (3 C).
La molécula de propionil CoA es metabolizada a
succinil CoA (consume 1 ATP).
El succinil CoA entra como intermediario al ciclo
de Krebs: produce 6 ATP.
En total de un propionil CoA se obtiene una
producción neta de 6-1= 5 ATP