CADENA DE TRANSPORTE DE ELECTRONES Y FOSFORILACIN OXIDATIVA. DEFINICIN, LOCALIZACIN DEL PROCESO, COMPLEJOS Y SUS CARACTERSTICAS, SECUENCIA DEL PROCESO. ESTRUCTURA Y PROPIEDADES DE LA ATP SINTASA, TEORA QUIMIOOSMTICA DE MITCHELL, SITIOS DE TRASLOCACIN DE PROTONES

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO ESCUELA DE MEDICINACURSO BIOQUMICA MDICAPROF. ALFREDO LARIOS CANTO

LA MITOCONDRIAEs consecuencia de la evolucin, cuando bacterias aerbicas adoptaron una residencia simbitica dentro de una clula husped anaerbica primitivaPosee DNA (mtDNA)Doble membrana: la membrana externa, rodea a la organela; la interna, presenta invaginaciones (crestas) que propor ciona una gran superficieLa membrana externa es permeable a pequeas molculas (PM < 5000 Da) e iones. Presencia de canales transmem branaLa membrana interna es impermeable a la mayora de molculas e iones (H+, O2-, etc)

MECANISMO DE LA TRANSDUCCIN DE ENERGA EN LOS ANIMALES

LOS ANIMALES (Y TODOS LOS SERES VIVOS) SON MQUINAS QUMICAS.LA ENERGA QUMICA (G) DE LOS SUSTRATOS (ALIMENTOS) QUE SE OXIDAN EN LA CADENA RESPIRATORIA GENERA UN GRADIENTE ELECTROQUMICO DE H+ A TRAVS DE LA MEMBRANA INTERNA MITOCONDRIAL. EL GRADIENTE ELECTROQUMICO DE H+ (G) SE UTILIZA PARA LA PRODUCCIN DE ATP (LA F1- ATP ASA ES UN ROTOR MOLECULAR)LA ENERGA QUMICA DEL ATP (G) SE UTILIZA PARA QUE PUEDAN OCURRIR LAS REACCIONES ENDERGNICAS.

CADENA RESPIRATORIA CADENA DE TRANSPORTE DE ELECTRONES

LA CADENA RESPIRATORIA CONSTA DE UNA SERIE DE TRANSPORTADORES ELECTRNICOS, LA MAYORA PROTENAS INTEGRALES DE MEMBRANA, CON GRUPOS PROSTTICOS CAPACES DE ACEPTAR Y DONAR 1 2 E-CADA COMPONENTE DE LA CADENA ACEPTA E- DEL TRANSPORTADOR PRECEDENTE Y SE LOS TRANSFIERE AL SIGUIENTE EN UNA SECUENCIA ESPECFICA.TRANSPORTADORES UNIVERSALES DE ELECTRONES - NUCLETIDOS DE PIRIDINA (NAD Y NADP). - NUCLETIDOS DE FLAVINA (FMN Y FAD) OTROS GRUPOS TRANSPORTADORES DE ELECTRONES - UBIQUINONA COENZIMA Q (BENZOQUINONA) - CITOCROMOS - PROTENAS FERRO-SULFURADAS

CADENA RESPIRATORIA Y FOSFORILACIN OXIDATIVA

CADENA RESPIRATORIA

LLEVA A CABO EL TRANSPORTE DE ELECTRONES Y LA FOSFORILACIN OXIDATIVA.

EST FORMADA POR 40 PROTENAS, DE LAS CUALES SOLO 15 ESTN DIRECTAMENTE IMPLICADAS EN EL TRANSPORTE DE ELECTRONES, LAS QUE ESTN AGRUPADAS EN 3 GRANDES COMPLEJOS ENZIMTICOS.

LOS COMPLEJOS RESPIRATORIOS SON: 1) EL C. DE LA NADH DESHIDROGENASA, 2) EL C.DEL CITOCROMO B C1 ; Y 3) EL C. DE LA CITOCROMO OXIDASA.

TODOS LOS COMPLEJOS CONTIENEN EN SUS MOLCULAS IONES METLICOS (FE++) Y OTROS GRUPOS QUMICOS QUE FORMAN UNA VA PARA EL PASO DE LOS ELECTRONES A TRAVS DEL COMPLEJO.CADA UNO DE LOS COMPLEJOS ES UNA MQUINA PROTEICA QUE BOMBEA PROTONES A TRAVS DE LA MEMBRANA MIENTRAS LOS ELECTRONES SON TRANSFERIDOS DENTRO DE ELLA.

Complejo IIUbiquinona

GRUPOS TRANSPORTADORES DE ELECTRONES : CITOCROMOS

Son protenas que contienen el grupo prosttico hemo: 4 anillos penta-atmicos nitrogenados en una estructura cclica llamada porfirina. Los 4 N estn coordinados con un Fe2+ (cit reducido) o Fe3+ (cit oxidado)Hemo de cit c est unido covalentemente a su protena, a diferencia de hemos de cit a y bEl cit c mitocondrial es una protena soluble (excepcin), asociada a MI por interacciones electrostticasAnillo de PorfirinaHierroNitrgeno

CADENA RESPIRATORIA: PROCESO

LOS ELECTRONES (DERIVADOS DEL NADH Y DEL FADH2) SON TRANSFERIDOS A LO LARGO DE UNA SERIE DE TRANSPORTADORES DE ELECTRONES DENOMINADOS CADENA DE TRANSPORTE DE ELECTRONES- INTEGRADOS EN LA MEMBRANA.

ESTAS TRANSFERENCIAS DE ELECTRONES LIBERAN ENERGA QUE ES UTILIZADA PARA BOMBEAR PROTONES (H+ DERIVADOS DEL AGUA) A TRAVS DE LA MEMBRANA Y AS GENERAR UN GRADIENTE ELECTROQUMICO DE PROTONES.

Por cada par de e- transferidos al O2, 4 H+ son bombeados por el Complejo I, 4 H+ por el Complejo III y 2 H+ por el complejo IV; todos ellos desde la matriz mitocondrial (Lado N), hacia el espacio intermembranas (Lado P) NADH + 11 H+ (N) + 1/2 O2 H2O + NAD+ + 10 H+ (P)

COMPLEJO IV : CITOCROMO OXIDASA

FOSFORILACIN OXIDATIVA

LA FOSFORILACIN OXIDATIVA COMIENZA CON LA ENTRADA DE E- EN LA CADENA RESPIRATORIA (COMPLEJOS I Y II).LOS E- PASAN A TRAVS DE UNA SERIE DE TRANSPORTADORES INCLUIDOS EN LA MEMBRANA INTERNA MITOCONDRIAL.LA CADENA DE TRANSPORTE DE E- ES UN PROCESO EXERGNICO, QUE LIBERA ENERGA SUFICIENTE PARA LA SNTESIS DE ATP.

La fosforilacin oxidativa se refiere a la sntesis qumica de ATP impulsada por el proceso exergnico de transferencia de electrones desde el NADH al O2(Ocurre en la Cadena Respiratoria y la ATP Sintetasade la membrana interna de la mitocondria)

CONVERSIN DE ENERGA OXIDATIVA EN ATP

Bombeo de Protones

Gradiente Electroqumico

Utilizacin de la energa

NADH 3ATP

FADH2 2 ATP

TEORA QUIMIOSMTICA DE MITCHELL ESTA TEORA EXPLICA LA FORMA COMO SE PRODUCE LA SNTESIS DEL ATP.

LOS H+ FLUYEN A FAVOR DE SU GRADIENTE ELECTROQUMICO, A TRAVS DE UN COMPLEJO PROTEICO DENOMINADO ATP SINTETASA, EL CUAL CATALIZA LA SNTESIS (DEPENDIENTE DE ENERGA) DE ATP A PARTIR DE ADP Y PI. ESTA ENZIMA UBICUA ACTA COMO UNA TURBINA, PERMITIENDO QUE EL GRADIENTE DE PROTONES IMPULSE LA PRODUCCIN DE ATP.

LA INTERRELACIN ENTRE EL TRANSPORTE DE ELECTRONES, EL BOMBEO DE PROTONES Y LA SNTESIS DE ATP SE LE CONOCE COMO ACOPLAMIENTO QUIMIOSMTICO.

LA TEORA QUIMIOSMTICA MITOCONDRIAL (P. MITCHELL, 1961)Peter Mitchell1920-1992l The Nobel Prize in Chemistry 1978"for his contribution to the understanding of biological energy transfer through the formulation of the chemiosmotic theory"

La fuerza proto-motriz, lleva a la sntesis de ATP, como consecuencia del flujo pasivo de H+ hacia la matriz mitocondrial, a travs de un poro de H+ (F0) asociado a la ATP sintetasa (Complejo V)

CADENA RESPIRATORIA Y FOSFORILACIN OXIDATIVALa fuerza proto motriz del espacio intermembranosotiene dos componentes: potencial qumico cido y potencial elctrico (H+).OLIGOMICINA

TEORA QUIMIOSMTICA MITOCONDRIAL(P. MITCHELL, 1961)EL TRANSPORTE DE E- A TRAVS DE LA CADENA RESPIRATORIA EST ASOCIADO AL TRANSPORTE DE H+ DESDE LA MATRIZ HACIA EL ESPACIO INTERMEMBRANAS.

LA MEMBRANA INTERNA ES IMPERMEABLE A LOS H+

SE CONSERVA LA ENERGA DE OXIDACIN DE LOS PROCESOS METABLICOS EN FORMA DE POTENCIAL ELECTROQUMICO, YA QUE SE GENERA UN GRADIENTE ELECTROQUMICO DE H+

LA CADENA RESPIRATORIA EST ACOPLADA A LA SNTESIS DE ATP.

EL FLUJO DE H+ A FAVOR DE SU GRADIENTE ELECTROQUMICO PROPORCIONA LA ENERGA LIBRE PARA LA SNTESIS DE ATP. LAS CONCENTRACIONES DE H+ EN LAS 2 FASES ACUOSAS (EIM Y M) SEPARADAS POR LA MEMBRANA INTERNA, CONSTITUYEN LA FUERZA RESPONSABLE (FUERZA PROTO-MOTRIZ) DE LA FORMACIN DE ATP A PARTIR DE ADP Y DE PI, POR ACCIN DE LA F1-ATPASA DE LA MEMBRANA MITOCONDRIAL.

ATP SINTETASA, ATPASA O COMPLEJO VLAS TRANSLOCACIN DE H+ A TRAVS DEL PORO F0 PROVOCA QUE LOS CILINDROS DE SUB. C Y LA SUBUNIDAD ADJUNTA, ROTEN ALREDEDOR DEL EJE DE G (PERPENDICULAR AL PLANO DE LA MEMBRANA).

El pasaje de H+ a travs de F0 llevan a cambios conformacionales de la subunidad de la F1-ATPasaEl proceso endergnico de rotacin de la sub. es impulsado por el proceso exergnico de la translocacin de H+ del lado P al N.

El acoplamiento no es qumico, sino electroqumico y fsicoMembranaInternaEspacio IntermembranaF1-ATPasa = Rotor molecularH+ATPasa

ATPasa

FOSFORILACIN OXIDATIVASNTESIS DE ATP ACOPLADA AL FLUJO DE ELECTRONES

CUANDO SE SUSPENDEN MITOCONDRIAS EN UNA SOLUCIN AMORTIGUADORA, QUE CONTIENE UN SUSTRATO OXIDABLE, ADP Y PI, OCURREN 3 PROCESOS:(1) SE OXIDA EL SUSTRATO(2) SE CONSUME O2 (HAY RESPIRACIN)(3) SE SINTETIZA ATPSI EL DADOR DE E- ES EL NADH, LAS MITOCONDRIAS SINTETIZAN 3 ATP POR CADA PAR DE E- PASADOS AL O2SI EL DADOR ES SUCCINATO, SE SINTETIZAN 2 ATPEL CONSUMO DE O2 Y LA SNTESIS DE ATP SON DEPENDIENTES DE LA PRESENCIA DE UN SUSTRATO OXIDABLE Y DE ADP Y PI

AGENTES QUE INHIBEN EL INTERCAMBIO ATP/ADP EL ATP ES PRODUCIDO EN LA MITOCONDRIA PERO ES UTILIZADO EN TODA LA CELULA, POR LO QUE DEBEN EXISTIR MECANISMOS PARA FACILITAR LA SALIDA DE ATP DESDE SU SITIO DE PRODUCCION (FUNDAMENTALMENTE LA MITOCONDRIA) A LAS LOCALIZACIONES DONDE SERA USADO.

AL MISMO TIEMPO, EL ADP QUE RESULTA DE LA HIDROLISIS DE ATP EN TODA LA CELULA, DEBE ENTRAR A LA MATRIX MITOCONDRIAL PARA SER DE NUEVO FOSFORILADO A ATP.

LOS INHIBIDORES DEL INTERCAMBIO DE ATP/ADP INHIBEN A LA TRANSLOCASA QUE PERMITE LA ENTRADA DE ADP A LA MATRIX Y LA SALIDA DESDE LA MITOCONDRIA DE ATP RECIENTEMENTE SINTETIZADO.

EL ATRACTILOSIDO ES UN INHIBIDOR DE ESTA TRANSLOCASA.

AGENTES QUE BLOQUEAN LA PRODUCCIN DE ATP

LOS AGENTES QUE BLOQUEAN LA PRODUCCIN DE ATP SON:

A) DESACOPLADORES: EJ. DNF, TERMOGENINA B) IONFOROS EJ. VALINOMICINA, GRAMICIDINA: SON DOS PPTIDOS CCLICOS CON ACCIN ANTIBITICA. LA VALINOMICINA ES CAPAZ DE TRANSPORTAR IONES DE K+ A TRAVS DE LAS MEMBRANAS BIOLGICAS.

1) AGENTES DESACOPLADORES DEL GRADIENTE DE H+LOS AGENTES DESACOPLANTES SON SUSTANCIAS QUE INTRODUCEN H+ DESDE EL ESPACIO INTERMEMBRANOSO HACIA EL INTERIOR MITOCONDRIAL Y DISMINUYEN LA FUERZA PROTN-MOTRIZ; POR LO TANTO DISMINUYE LA SNTESIS DE ATP.

EJ.: EL 2,4-DINITROFENOL (DNF) ENTRA EN LAS CLULAS EN ESTADO MOLECULAR, EN EL ESPACIO INTERMEMBRANOSO (PH BAJO) NO SE DISOCIA Y PASA A LA MITOCONDRIA, ALL HAY UN PH SUPERIOR Y SE DISOCIA, LUEGO INTRODUCE H+.

SE UTILIZ PARA BAJAR DE PESO PERO POR BAJAR TANTO LAS CONCENTRACIONES DE ATP HASTA LMIMTES INCOMPATIBLES CON LA VIDA SE LE HA DESCARTADO.

IONFOROS ESTAS SUSTANCIAS TIENEN LA PROPIEDAD DE PODER INCORPORARSE A LAS MEMBRANAS Y AUMENTAR LA PERMEABILIDAD A CIERTOS IONES. EN GENERAL SON FABRICADOS POR BACTERIAS COMO MECANISMOS DEFENSIVOS. EXISTEN DOS TIPOS DISTINTOS:

-TRANSPORTADORES MVILES: SE UNEN REVERSIBLEMENTE A UN ION QUE SE ENCUENTRA EN EL MEDIO CON MAYOR CONCENTRACIN, GIRAN EN LA BICAPA Y LO LIBERAN EN EL OTRO LADO DE LA MEMBRANA. EJEMPLO: VALINOMICINA.

- FORMADORES DE CANALES: SON PROTENAS CON ESTRUCTURA HELICOIDAL, EN CUYO INTERIOR DE LA HLICE HAY UNA REGIN HIDROFLICA QUE PERMITE EL PASO DE IONES MONOVALENTES (CON UNA SOLA CARGA ELCTRICA). EJEMPLO: GRAMIDICINA.

GRAMICIDINA Y VALINOMICINA SON IONOFOROSACCIN DE VALINOMICINA ACCIN DE GRAMICIDINA

"Siempre se ha de conservar el temor, ms jams se debe mostrar" Francisco de Quevedo