Clase 5. Fosforilación Oxidativa

7/23/2019 Clase 5. Fosforilación Oxidativa

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLOFACULTAD DE CIENCIAS BIOLÓGICAS

DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE QUÍMICABIOLÓGICA Y FISIOLOGÍA ANIMAL

BIOQUÍMICA

T1. La Fosfo!"a#!$% o&!'a(!)a *% E+#a!o(as. La(a%sf**%#!a '* *"*#(o%*s. Co%s(!(+,*%(*s '* "a

#a'*%a *s-!a(o!a.T. La s/%(*s!s '* ATP , *" 0a'!*%(* '* -o(o%*s.

R*0+"a#!$% '* "a fosfo!"a#!$% o&!'a(!)a. Las "a%a'*as

*% "a 2*23a%a 2!(o#o%'!a".

Ms.C. Pa(!#!a E"!a3*(4 To*s P"as*%#!a .



Fosforilación oxidativa y Transporte de electrones

Una persona de 70 Kg requiereaprox. 2000Kcal para realizar act.diarias.

s decir requiere !" Kg de #T$. %ecuenta con 2&0g' %olución' (ecicla)ede #*$ a #T$. l #T$ se recicla aprox."00 veces por d+a.

ste proceso tiene lugar por ,ediode la fosforilación oxidativa.



-a fosforilación oxidativa es el proceso ,ediante el cual se for,a#T$ por ,edio de la transferencia de electrones desde el #*/ óF#*/2 asta el 12 por ,edio de una serie de transportadoreselctricos. Tiene lugar en la ,itocondria.



n la fosforilación oxidativa la fuerza electrón3,otriz seconvierte en fuerza protón3,otriz y posterior,ente enpotencial de transferencia de fosforilo.

-a conversión de fuerza electrón3,otriz en fuerza protón3,otrizse lleva a ca4o en la cadena respiratoria.

-a cadena respiratoria consiste de 5 co,ple)os ,ultienzi,6ticos'#*/31xidorreductasa8 %uccinato3 (eductasa8 3citocro,o c1xidorreductasa8 9itocro,o c 1xidasa.

stos co,ple)os enzi,6ticos trans,e,4rana contienen,:ltiples centros de oxidación3reducción' uinonas8 ;avinas8

co,ple)os F3%8 e,os y 9u C!(.C



-a Fosforilación 1xidativa en eucariotas tiene lugar en las ,ito

-as ,itoc. contienen elensa,4la)e respiratorio8enzi,as del ciclo del 6c. c+tricoy enzi,as de la oxidación delos 6c. grasos.

*eli,itada por una do4le,e,4rana' externa e interna<a,plia y plegada' crestas=

*os co,parti,ientos' ,atriz y espaciointer,e,4rana.

>e,4. xterna' per,ea4le a iones y ,olc. peque?as' $158 9l38aniones org6nicos8 nucleótidos de #denina.

>e,4. @nterna' @,per,ea4le a casi todos los iones y ,olculas

polares. %e necesita transportadores.



-a Fosforilación 1xidativa depende de la transferencia de elec

n la fosforilación oxidativa el potencial de transferencia deelectrones del #*/ ó F#*/2 se convierte en el potencial detransf. de grupos fosforilo del #T$.

l potencial de transferencia electrónica de un e3 se ,ide co,opotencial redox8 potencial de reducción o potencial de óxido3reducción <oA=.

Si Eo’ es - : Forma reducida tiene < afinidad por los e- que H2.Si Eo’ es + : Forma reducida tiene > afinidad por los e- que H2.



El flujo de electrones a travs de los componentes de la cadena de transporte electr!nicose reali"a en orden de potencial de reducci!n creciente

#a$ente reductor fuerte% Eo’ & -'.(2 volts)

#aceptor final de los electrones a$ente o*idante fuerte% Eo’ & +'.2 volts)

Una diferencia de potencial de B.B5C entre el #*/ y el 12 i,pulsa eltransporte de e3 a travs de la cadena respiratoria y per,ite la for,ación deun gradiente de protones.



, pueden intervenir en diferentes pasosen la cadena de transporte de electrones.



La #a'*%a *s-!a(o!a *s(5 fo2a'a -o 6 #o2-"*7os89 3o23as '* -o(o%*s , +%a #o%*&!$% f/s!#a #o% *"

#!#"o '*" 5#!'o #/(!#o

C!(.C



os e- se trasladan de un complejo a otro a travs de transportadores elctricosespeciales: oen"ima / o 01iquinona #quinona idrof!1ica) , citocromo c#prote3na peque4a e idrosolu1le).

C!(.C



U4iquinona <coenzi,a=

5 6erivado quinona con lar$a cadena isoprenoide% el numero de unidades de isoprenodepende de la especie.

5 7uede presentar tres estados de o*idaci!n

5 Sus reacciones de transferencia de electronesest8n acopladas a la uni!n o li1eraci!n deprotones: propiedad clave a la ora detransportar protones a travs de la mem1rana



omplejo 9: ;6H-/ o*idorreductasa

os electrones de elevado potencial del ;6H entran a la cadena respiratoria atravs de este complejo.

Estructura en forma de :

- ra"o anclado en la mem1rana interna

- ra"o vertical en la matri" mitocondrial



Flavina =ononucle!tido #F=)

57resente en las flavoproteinas.

5 ;l i$ual que la u1iquinona% sus reacciones de transferencia de electrones est8nacopladas a la uni!n o li1eraci!n de protones. am1in al poder e*istir en forma desemiquinona% puede transportar tanto un electr!n como un par.



entros Fe-S

5Fe est8 presente no en forma de emo #como en los citocromos) sino en asociaci!n con8tomos de a"ufre inor$8nico o con 8tomos de a"ufre de residuos de ,s de la prote3na

transportadora% o con los dos al mismo tiempo.

5Se pueden presentar en tres tipos

5El Fe de estos complejos alterna entre los estados o*idado Fe(+ , reducido Fe2+

5Suelen intervenir en reacciones redo*



omplejo 99: Succinato-/ reductasa

a Succinato desidro$enasa% en"ima del ciclo del 8cido c3trico% formaparte del complejo , $enera F;6H2 a partir de F;6 por la o*idaci!n

del succinato a fumarato.

omplejos /H2 li1reSuccinato F;6H2 FeS #difunde)

o se produce transporte de H+ acia el citoplasma a diferencia delcomplejo 9.



omplejo 999: /-citocromo c o*idorreductasa

Se$unda 1om1a de H+ de la cadena de transporte.5En su estructura podemos encontrar:

-2 citocromos-citocromo 1: contiene 2 $rupos emo tipo 1

1 #1aja afinidad)1H #alta afinidad)

-citocromo c?: ? $rupo emo- proteina con centro de @iesAe 2Fe-2S

5 En conjunto el paso de electrones , 1om1eo de protones porel complejo 999 puede resumirse en:

+ ++2H ⎯ Q +2cit +4H N 1(reducido ) p

D,ecanis,o' 9@9-13 ' 9analiza los e3 desde un transportador de 2 e3 </2=a uno de un e3 <9itocro,o c= y 4o,4ea /E.



Brupos Hemo

57resentes en los citocromos. os fuertes colores caracter3sticos de los citocromos sede1en a la presencia del $rupo prosttico emo.

5

5Su 8tomo de ierro oscila entre

Fe(+ , Fe2+.



omplejo 9C: citocromo c o*idasa

9u# 9u# aceptor de loselectrones del citocro,o creducido.e,o a aceptor de los

electrones de 9u#

9u# .

/e,o a" 9uG for,an partedel centro activo donde 12 sereduce a /21.

$resenta 2 grupos e,o de tipo #' e,o a y e,o a" y " iones de 9u

distri4uidos en dos centros de 9u' # y G . 9entro #' 2 iones de 9u ycentro G' uno.



@adicales i1res

5 D2: e*celente aceptor de electrones

5 @ies$o:producci!n de intermediarios ani!n super!*ido #D2

-) , ani!n per!*ido#D2

2-) , radical idro*ilo DH % tam1in llamados @DS #@eactive o*,$en species)da4inos para una serie de componentes celulares.

5 Soluci!n:

- en la cadena de transporte electr!nico se opta por unir estos intermediarios

fuertemente asta su completa conversi!n en a$ua #complejo 9C) 5 Sinem1ar$o pueden producirse prdidas% la retenci!n no es eficiente al ?'':necesidad de otras estrate$ias defensivas:

-Supero*ido dismutasa #SD6) neutrali"a el ani!n super!*ido dismut8ndolo:

2 D2 G + 2H+ H2D2 + D2

-atalasa dismuta el pero*ido producido por SD6 , otros en"imas

2 H2D2 + 2H+ H2D+ D2



Un gradiente de protones i,pulsa la s+ntesis de #

l enzi,a encargado de llevar a ca4o la s+ntesis de #T$' #T$sintasa o co,ple)o C <u4icada en la ,e,4rana interna,itocondrial=.

$eter >itcell en los a?os H0 <$re,io o4el BI7!=' propuso la(*o/a Q+!2!os2$(!#a.

%e cre+a que para la s+ntesis de #T$8 se for,a4a un co,puestointer,ediario que transfer+a los fosforilos para la s+ntesis.



eor3a /uimiosm!tica

Un gradiente de concentración de protones sirve como almacén de energíaque dirige la formación de ATP: la fuerza protón-motriz

5 a fuer"a prot!n-motri" #p) es la ener$3a almacenada en el $radiente de concentraci!nde protones #distri1uci!n desi$ual).

5 os protones que son translocados al espacio intermem1rana por la cadena detransporte electr!nico% re$resan al interior de la matri" mitocondrial v3a ;7 sintasa.

l transporte de e3 y la s+ntesis de #T$ se acoplan ,ediante un

gradiente de /E a travs de la ,e,4rana interna ,itocondrial.



5 El 1om1eo de protones a travs de la cadena de transporte electr!nico creauna fuer"a prot!n-motri" suma de las contri1uciones de un $radiente qu3mico#$radiente de pH) , un $radiente de car$a #potencial de mem1rana).

eoria quimiosm!tica: el $radiente de protones



eoria quimiosm!tica: el $radiente de protones$enerado impulsa la sintesis de ;7 mediante la ;7 sintasa



;7 sintasa

F? 0nidad catal3tica

F' 0nidad transportadora de H+

F?: unidad catal3tica



F?: unidad catal3tica5 formada por I cadenas polipeptidicas:

-( cadenas J-( cadenas K-cadenas L M N

5 J , K alternadas en anillo e*8merico

-miem1ros de la familia de 7asas -am1asunen nucle!tidos% solo K participa en lacat8lisis

5 γ , N forman el tallo central de la

estructura.5 γ del e*8mero J(K( : cadasu1unidad K adopta diferente conformaci!nde1ido a su interaccion con γ

F'



F'

5 Se$mento idrof!1ico que atraviesa la mem1rana internamitocondrial 5 ontiene conducto de H+ del complejo

5 Formado por

-?'-?O su1unidades c

-? su1unidad a en la periferia del anillo



5F? , F' estan conectadas por el tallo LN , por una columnae*terna formada por 12 , M

5 7odemos considerar que el en"imaesta formado por dos componentesfuncionales:

-096;6 =DC9: anillo c , tallo LN

-096;6 ES;9;: resto de lamolcula



=ecanismo de la ;7 sintasa5 enemos que tener en cuenta que:

-a ;7 sintasa en si no necesita del $radiente de protones para$enerar el ;7 - 7E@D por si sola la ;7 sintasa no es capa" deli1erar este ;7 del centro catal3tico una ve" formado.

Es decir el flujo de protones favorece la li1eraci!n del ;7 de la

sintasa% m8s D su formaci!n #mecanismo de cam1io de uni!n).

5 El mecanismo que se propone tiene en cuenta la diferenteinteracci!n de la su1unidad L con las diferentes su1unidades K% de talmanera que dicas su1unidades pueden estar en tres

conformaciones: -ES; #)

-@E;P;6; #)-;9E@; #D)

onformaciones de la Su1unidad K



5ES; #):

catali"a la transformaci!n de ;67+7i en ;7% une fuertemente el ;7$enerado sin permitir su li1eraci!n: demasiado apretado% encajado en elcentro activo.5 @E;P;6; #):

une ;67 , 7i en conformaci!n lo suficientemente apretada para que no sedesprenda.5;9E@; #D):

puede tanto unir como desprender nucle!tidos al ser la conformaci!n m8sa1ierta.

i t i! t l t f d di i id



5 a interconversi!n entre las tres formas puede ser diri$idamediante la rotaci!n de L

5 7or cada rotaci!n de ?2'Q de L: li1eraci!n de ;7 , uni!n de unnuevo ;67+7i



5 a rotaci!n de L esproducida por el paso deprotones a travs de la

su1unidad a% que produceuna rotaci!n del anillo desu1unidades c.

d 1 id d t



5ada su1unidad c esta5 a su1unidad a pareceformada por dos licescontener dos semiconductostransmem1rana con unque permiten la entrada de

residuo de 8c. asp8rtico en laprotones pero no puedense$unda lice situado en elatravesar completamente la

centro de la mem1rana.mem1rana.

=ecanismo de rotaci!n del anillo c




5 Se supone que los dos residuos ;sp en contacto con cada semiconducto an cedidosus protones pasando a ser aspartato car$ado ne$ativamente.





5 ada prot!n entra por el

semiconducto citos!lico%si$ue una vuelta completapor el anillo c , sale por elotro semiconducto acia lamatri"

5 Se$Rn este modelo: elnumero de protones que sean de transportar para$enerar una molcula de ;7depender8 del nRmero desu1unidades del anillo c.

5 Si el anillo tiene ?' su1unidades #;7 sintasa de levadura): cadavuelta del anillo $enerar8 ( ;7 , fluir8n ?' protones:

?'( T ( H+ por ;7

@endimiento neto de la fosforilaci!n o*idativa



@endimiento neto de la fosforilaci!n o*idativa

5 ;7 sintasa requiere la translocaci!n de (H+ por cada ;7 que produce

5 El transporte al citoplasma de 7i% ;67 and ;7 requiere ? H+

@endimiento neto:para: ?'

H+ 1om1eados.

#?' H+ O H+) &

para: U H+ 1om1eados

#U H+ O H+) &

an"aderas de electrones del ;6H



5 a mem1rana interna mitocondrial es impermea1le a ;6H , ;6+ citoplasm8tico% perosus electrones de1en entrar a la matri" mitocondrial para ser transferidos a la cadena detransporte electr!nico. a clula a dise4ado sistemas lan"adera donde se reali"a la

transferencia de los electrones del ;6H , no de la propia molcula.

electrones son transferidos a $licerol-(-7%

5 En la los 5 En la se usael malato como transportador de los

que los transfiere posteriormente al F;6electrones a travs de la mem1rana.

an"adera $licerol-(-fosfato



$

5 on esta lan"adera el rendimientoener$tico del ;6H citoplasm8tico esmenor ,a que el aceptor final de loselectrones es F;6: el resultado es unmenor 1om1eo de protones.

5 a lan"adera $licerol-(-7 es mu,a1undante en mRsculo% lo que permitereali"ar la fosforilaci!n o*idativa a

velocidad mu, alta.

an"adera malato-aspartato



5 an"adera m8s compleja%pero m8s eficienteener$ticamente% el

resultado final es ;6H en lamatri" mitocondrial

5 Sistema especialmente activo en

3$ado , cora"!n.

ransporte ;7;67



5 El que se $enera en el proceso de la fosforilaci!n o*idativa esta o puede atravesarla mem1rana interna mitocondrial% al i$ual que ;67 , la molcula de fosfato inor$anico #7i). Es necesario un sistema detransporte de mem1rana:

5 reali"a elintercam1io antiporte entre ;67citos!lico , ;7 de la matri"mitocondrial.



;7;67 translocasa: =ecanismo de acci!n

a velocidad de la fosforilaci!n o*idativa est8 determinada

l id d d ;7



por las necesidades de ;75ransporte electr!nico , s3ntesis de ;7 se encuentran 3ntimamente li$ados: loselectrones no suelen despla"arse a lo lar$o de la cadena asta el D2 a menos que almismo tiempo ;67 se fosforile para formar ;7.

5 El factor m8s importante a la ora de determinar la velocidad de la fosforilaci!no*idativa es el nivel de ;67.

5 a velocidad de consumo de o*3$eno por las

mitocondrias ;0=E; cuando se a4ade ;67 ,recupera su valor inicial cuando este ;67a4adido se convierte en ;7:

5 Si$nificado fisiol!$ico sencillo: el nivel de ;67 aumenta cuando se consume ;7.Solo se reali"ar8 transporte electr!nico acia el D2 cuando se necesite sinteti"ar ;7 .

5 En definitiva% la car$a ener$tica% la relaci!n ;7;67 es la que controla la producci!nde ener$3a por parte de la clula.

9ni1idores de la fosforilaci!n o*idativa



9ni1idores de la fosforilaci!n o*idativa

Clase 5. Fosforilación Oxidativa

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