1. Introducción al Metabolismo y
Bioenergética
V Clase:
 Fosforilación oxidativa
Dra. Vanessa Miguel
@bioquitips

2. Fosforilación oxidativa

3. Cadena de transporte de
electrones
 Flavoproteina (FMN)
 Proteínas hierro sulfuradas (Fe S)
 Succinato Deshidrogenasa (FAD)
 Ubiquinona (CoQ)
 citocromo b
 citocromo c1
 citocromo c
 citocromo a y citocromo a3 que forman la citocromo
oxidasa. Contiene grupos hemo (Fe2+/3+) y Cu +1/+2.

5. Ecuación de Nermst
ΔG0' = -nFΔE0‘
 E0´ (potencial electrodo biológico
estándar),
 n es el número de electrones
involucrados en la reacción
 F es la constante de Faraday
(23.06kcal/mol o 94.4kJ/volt/mol)

6. Óxido-Reducción
 Las reacciones de óxido reducción son
reacciones de transferencia de electrones.
En estas reacciones un elemento se oxida,
es decir pierde electrones, y otro elemento
gana electrones, es decir, se reduce.
 El elemento que se oxida es el agente
reductor porque dona los electrones,
mientras que el elemento que se reduce es
el agente oxidante.

7. Óxido-reducción
Los electrones se pueden aceptar y donar en
varias formas :
 individualmente
 un electrón unido a un protón ; es decir, un
átomo de H.
 dos electrones unidos a dos protones; es
decir, dos átomos de H.

9. Óxido-reducción

10. Óxido-reducción

11. Óxido-reducción
+H FMNH2

12. Coenzima Q
Coenzima Q o Ubiquinona

13. Reducción Coenzima Q

15. Hipótesis Quimiosmótica de
Mitchell
Postulados:
 Requerimiento de la membrana intacta
impermeable a los protones
 Requerimiento de un gradiente de concentración
de protones (∆pH).
 El potencial de membrana es la fuerza motriz
 La síntesis de ATP está separada físicamente
del flujo de electrones y del bombeo de protones

16. Cadena de transporte de
electrones
Complejo I: NADH-CoQ oxidoreductasa
 Complejo de proteínas integrales de membrana
 Contiene proteínas unidas covalentemente a Flavin
mononucleótido (FMN) y proteínas hierro-sulfuradas
 Dos electrones del NADH se transfieren a la
Coenzima Q (CoQ). CoQ <=> CoQH2
 CoQ is de naturaleza lipídica y es capaz de
moverse dentro de la MMI
 Dos protones son bombeados desde la matriz
mitocondrial al espacio intermembranoso.

17. Complejo I
Interior (matriz mitocondrial)
Exterior(espacio intermembranoso)

18. Cadena de transporte de
electrones
Complejo II: Succinato-CoQ oxidoreductasa
 Complejo de proteínas integrales de membrana.
 La Succinato deshidrogenasa del Ciclo de Krebs
forma parte de este complejo
 Dos electrones del FADH2 son transferidos a la
CoQ.
 Los electrones son transferidos a los citocromos
 No hay bombeo de protones en este complejo.

19. Complejo II
FADH2

20. Cadena de transporte de
electrones
Complejo III: CoQH2-citocromo c óxidoreductasa
 Complejo de proteínas integrales de
membrana.
 Transfiere electrones desde la CoQ al
citocromo c, individualmente
 Se bombean cuatro protones por cada par de
electrones transferidos

21. Complejo III
Interior (matriz mitocondrial)
Exterior (espacio intermembranoso)

22. Cadena de transporte de
electrones
Complejo IV: Citocromo c oxidasa
 Complejo de proteínas integrales de membrana
 Contiene cit a y cit a3
 Acepta electrones de forma individual del
citocromo c
 Dona un total de cuatro electrones al O2 y
produce 2 moléculas de H2O
 Bombea dos protones a través de la membrana

23. Complejo IV
Interior (matriz mitocondrial)
Exterior (espacio intermembranoso)

24. Cadena de transporte de
electrones

25. Fosforilación oxidativa

26. FoF1ATPasa
 Convierte la energía libre del gradiente de protones en
energía química en la forma de ATP
 Complejo Fo : complejo multiproteíco (13 subunidades)
que atraviesa la membrana
 Responsable del movimiento de protones por rotaciones
de 120° de las subunidades c y γ del complejo.
 El complejo F1 tiene cinco diferentes subunidades : α, 3,
β, 3, δ y ε. Está unido a Fo se extiende hasta la matriz
mitocondrial

27. Síntesis ATP

29. Fosforilación oxidativa

31. FoF1ATPasa
Energía

32. Otros usos del gradiente de
protones
 Moléculas cargadas como el piruvato, el ADP
y el fósforo inorgánico son bombeados a la
matriz desde el citosol, mientras que otras
como el ATP, que se sintetiza en la matriz,
deben ser transportados al citosol
 El fósforo inorgánico y el piruvato son
transportados acoplándose al flujo hacia el
interior de los protones.
 En cambio el ADP se acopla en cotransporte
antiporte con el ATP.

33. Espacio Intermembranoso Matriz
Translocasa ATP/ADP
FoF1TPasa
Simportador Fosfato/ H+

34. Inhibidores de la cadena de
transporte de electrones
 La rotenona, toxina de una planta utilizada por indios
amazónicos como veneno y como insecticida. Actúa a
inhibiendo el complejo I. Inhibe la reoxidación del NADH,
no afecta la del FADH2.
 El amital (barbitúrico) inhibe al complejo I, afecta las
oxidaciones dependientes del NAD+.
 La antimicina A (Antibiótico).
 Actúa a inhibiendo el complejo III. Inhibe la reoxidación
del NADH y del FADH2.
 El cianuro y el CO bloquean el paso de electrones del
citocromo a3 al oxígeno.

35. Inhibidores de la cadena de
transporte de electrones
CN-
Amital CO
Rotenona Antimicina Azida de sodio
  
e- e- e- e- e- e- e-
Substrato  NAD+  FMN  CoQ  Citb  CitC  Cita+a3  O2
reducido
Estos inhibidores detienen el paso de electrones de modo que no hay
bombeo de protones. Sin gradiente de protones, no hay síntesis de ATP

36. Inhibidores de la fosforilación
oxidativa
Inhibidores de la FoF1 ATP-sintasa:
 La oligomicina, un antibiótico producido por
Streptomyces, se une a la subunidad Fo, impidiendo el
transporte de H+ a través de Fo, inhibe por lo tanto la
síntesis de ATP.
 Diciclohexilcarbodiimida (DCCD), un reactivo soluble
en lípidos, también inhibe el transporte de protones por
Fo al reaccionar con un residuo de glutámico en una de
las subunidades de Fo de mamíferos.
En estas condiciones la energía del gradiente de
protones no puede ser utilizada para sintetizar ATP.

37. Inhibidores de la fosforilación
oxidativa (desacoplantes)
 Son compuestos, como el 2,4 dinitrofenol (DNP), el
carbonilcianuro-p-trifluorometoxi-hidrazona (FCCP) y el
carbonilcianuro-m-clorofenilhidrazona (CCCP), que
hacen permeable la MMI interna a los protones.
 Son compuestos liposolubles y ácidos débiles, capaces
de pasar los protones a través de la MMI intacta
2,4 dinitrofenol

38. Inhibidores de la fosforilación
oxidativa (desacoplantes)
 Desacoplan la fosforilación oxidativa de la
cadena respiratoria.
 Disipan el gradiente de protones, por lo que no
hay bombeo de protones a través de la ATP-
sintasa, ni producción de ATP.
 En la mitocondria del tejido adiposo pardo una
proteína desacopladora (termogenina) participa
en el control de la termogénesis.

39. Pregunta (tipo examen)
 Si a una preparación de mitocondrias se le
agrega amital (Inhibidor del Complejo I) que
pasará con:
 El consumo de O2
 la relación NAD/NADH
 La relación ATP/ADP
 La velocidad del Ciclo de Krebs

40. Respuesta..
 El consumo de O2 disminuirá o cesará porque no
hay paso de los electrones a través de la cadena
de transporte de electrones
 la relación NAD/NADH disminuirá ya que no se
pueden reoxidar los NADH
 La relación ATP/ADP disminuirá porque no habrá
bombeo de protones necesarios para la síntesis
de ATP
 La velocidad del Ciclo de Krebs disminuirá por
falta de disponibilidad de NAD para las
deshidrogenasas (¿Cuáles?). Inhibición alostérica
ATP y NADH (¿Cuáles enzimas?)

41. Otra pregunta
 Si a esa preparación de mitocondrias con
amital (Inhibidor del Complejo I) le
agregamos succinato que pasará con:
 El consumo de O2
 la relación NAD/NADH
 La relación ATP/ADP
 La velocidad del Ciclo de Krebs

42. Respuesta..
 El consumo de O2 se restablece porque hay paso
de electrones a través de la cadena de transporte
de electrones provenientes del complejo 2
 la relación NAD/NADH continuará disminuída ya
que no se pueden reoxidar los NADH
 La relación ATP/ADP aumentará porque habrá
bombeo de protones (2 ATP por FADH2)
 La velocidad del Ciclo de Krebs disminuirá por falta
de disponibilidad de NAD para las
deshidrogenasas (¿Cuáles?). Inhibición alostérica
por NADH (¿Cuáles enzimas?)

43. Una preguntica más…
 A una preparación de mitocondrias se le
agrega oligomicina (Inhibidor de Fo) y 2,4
dinitrofenol (DNP), que pasará con:
 El consumo de O2
 la relación NAD/NADH
 La relación ATP/ADP
 La velocidad del Ciclo de Krebs