El sistema de transporte de electrones consiste en cuatro complejos multienzimáticos enlazados a la membrana interna mitocondrial y dos portadores de electrones. Las reacciones que ocurren en tres de los complejos producen energía que se utiliza para la fosforilación oxidativa, la cual sintetiza ATP acoplada al transporte de electrones a través de un gradiente de protones.
Cap20 transporte de electrones y fosforilacion oxidativa
1. TRANSPORTE DE
ELECTRONES Y
FOSFORILACION
OXIDATIVA
CAPITULO 20
INTRODUCCION
Metabolismo aeróbico es una forma
eficiente de extraer energía de los
nutrientes.
Este proceso incluye la conversión de
piruvato a acetil CoA, el ciclo de ácido
cítrico y fosforilación oxidativa.
Ocurre: en la mitocondria
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2. 20.1 TRANSPORTE DE ELECTRONES
Serie de reacciones de oxidación-reducción a
través de las cuales los electrones derivados
de la oxidación de nutrientes son
transportados a oxígeno.
Ocurre en la membrana interna de la
mitocondria.
Moléculas que transfieren los electrones:
NADH y FADH2 (coenzimas reducidas las
cuales son oxidadas).
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3. 20.2 Potenciales de reducción
Reacciones de oxidación-reducción
• Oxidación: pierde electrones, el compuesto
se oxida y es un agente reductor.
• Reducción: gana electrones, el compuesto se
reduce y es un agente oxidante.
Potenciales redox se basan en la
tendencia de ganar electrones.
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4. Potenciales de oxidación-
reducción
Potencial de reducción actual: E’
• Mayor el potencial mayor capacidad para
aceptar electrones. Por lo tanto se reduce.
La dirección de una reacción redox la
determina la concentración intracelular
de reactivos y productos.
Secuencia de los componentes
de transporte de electrones
POTENCIALES DE REDUCCION DE
LOS “CARRIERS”.
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5. Formas de transferir
electrones
Transferencia directa:
• Reducción de Fe3+ a Fe2+
Transferencia como átomo de
hidrógeno:
• H+ + e-
Transferencia como hidruro:
• :H-
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6. Portadores de electrones
NADH
• Nucleótido de adenina y nicotinamida
enlazado a dehidrogenasa.
• Remueve dos átomos de hidrógeno de sus
sustratos.
• Sustrato reducido + NAD+ sustrato oxidado
+ NADH + H+
• NADH lleva los electrones de las reacciones
catabólicas hasta la cadena respiratoria.
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7. Portadores de electrones
Flavoproteínas
• Contienen un nucleótido de flavina enlazado
covalentemente (FAD o FMN)
• Forma oxidada acepta uno o dos electrones
(FADH2 o FMNH2)
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8. Portadores de electrones
Ubiquinona o Coenzima Q
• Está enlazado a la membrana.
• Es liposoluble.
• Puede aceptar un electrón para formar un
radical de semiquinona o dos electrones para
dar ubiquinol.
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9. Portadores de electrones
Citocromos
• Grupo heme que contiene hierro.
• Tipos: a, b y c.
• Hierro estado reducido (Fe2+) y hierro en
estado oxidado (Fe3+).
• Citocromo a y b son proteínas integrales.
• Citocromo c está asociado por interacciones
electrostáticas a la superficie externa de la
membrana interna.
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10. Portadores de electrones
Proteínas que contienen hierro y azufre:
• El hierro está asociado a iones de azufre o a
azufre en residuos de cisteína.
• Fe-S: el hierro está coordinado a cuatro
grupos de cisteína (Cys-SH).
• Pueden haber dos o cuatro átomos de hierro
asociados.
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11. 20.3 Complejos de transporte de
electrones
Complejo I: NADH-CoQ
oxidoreductasa
Transfiere electrones de NADH a coenzima
Q.
Contiene proteínas con agregados de
hierro-azufre y una flavoproteína que oxida
NADH.
Contiene alrededor de 20 subunidades.
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12. Complejo II: Succinato-CoQ
oxidoreductasa
Transfiere electrones de succinato, el cual
es oxidado para producir fumarato, a FADH2.
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13. Complejo III: oxidoreductasa de
citocromo (CoQH2-citocromo c
oxidoreductasa)
Cataliza la oxidación de la coenzima
reducida.
Proceso múltiple.
Citocromo c se encuentra asociado a la
superficie de la membrana interna.
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14. Complejo IV: oxidasa de
citocromo c
Cataliza la transferencia de electrones de
citocromo c a oxígeno.
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15. Resumen
EL SISTEMA DE TRANSPORTE DE
ELECTRONES CONSISTE DE
CUATRO COMPLEJOS
MULTIENZIMATICOS ENLAZADOS A
LA MEMBRANA Y DOS PORTADORES
(“CARRIERS”)
• Las reacciones que ocurren en tres de los
complejos producen suficiente energía para
que ocurra la fosforilación de ADP a ATP.
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17. 20.4 FOSFORILACION OXIDATIVA Y
TRANSPORTE DE ELECTRONES
Parte de la energía liberada en las
reacciones de oxidación durante el
transporte de electrones se usa para la
fosforilación de ADP.
Se genera un gradiente de protones.
Ocurre la síntesis de ATP acoplada a
transporte de electrones.
SINTASA DE ATP
Une oxidación y fosforilación.
Proteína oligomérica.
Subunidad Fo: cruza la membrana, tiene
cuatro cadenas polipéptidicas. Canal que
conduce los protones.
Subunidad F1: da hacia la matriz y consta de
cinco cadenas polipéptidicas. Lleva a cabo la
síntesis de ATP.
1997 Boyer (UCLA) y Walker (Cambridge)
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18. DESACOPLADORES
Inhiben fosforilación de ADP.
Oxígeno se reduce para dar agua pero
ATP no se produce. Si se remueven
ocurre síntesis.
Ejemplos: 2,4-dinitrofenol, valinomicina y
gramicidina.
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20. RAZON DE P/O
Bajo condiciones optimas se añaden
tres moléculas de fosfato, por lo tanto
tres ATP son sintetizados por cada
átomo de oxígeno.
• A partir de NADH = 2.5
• A partir de FADH2 = 1.5
• A partir de oxidasa de citocromo = 1
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21. 20.5 MECANISMO DE
ACOPLAMIENTO
Diferencia en concentración de protones entre
el espacio intermembranal y la matriz de la
mitocondria.
Se debe a que las proteínas que forman el
transporte de electrones no son simétricas.
Los complejos atrapan protones de la matriz
para usarlos en las reacciones redox.
MECANISMO DE
ACOPLAMIENTO
Estos “carriers” liberan protones al espacio
intermembranal cuando son reoxidados. Lo
que genera el gradiente de protones,
Por lo tanto hay exceso de protones en el
espacio intermembranal. (pH bajo)
El gradiente de protones genera la producción
de ATP cuando estos regresan a la matriz.
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22. MECANISMO DE
ACOPLAMIENTO
Peter Mitchell 1961 respaldo el
mecanismo de acoplamiento
quimosmótico. Ocurre:
• Sistema con compartimientos definidos.
• Vesículas cerradas que llevan acabo el
proceso.
• Modelo desarrollado sin transporte de
electrones.
• Confirmada la existencia del gradiente.
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24. 20.7 Mecanismo de transporte
Transporte glicerol fosfatado
• Enzima dependiente de FAD.
• Oxidación fosfato de glicerol.
• FAD se reduce para dar FADH2.
• FADH2 pasa los electrones a transporte de
electrones.
• Ocurre en músculo principalmente y células
nerviosas.
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25. Mecanismo de transporte
Malato-Aspartato
• Malato atraviesa membrana pero OAA no.
• Produce NADH dentro de la mitocondria.
• En el citosol OAA se reduce para dar malato
y NADH se oxida.
• Malato pasa la membrana y se convierte en
OAA. NADH se produce.
• Ocurre en riñón, hígado y corazón.
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26. 20.8 Producción de energía
ATPs que se producen por la oxidación
de la molécula de glucosa:
• 30 ó 32
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