BOLILLA 2- 1° parte
• BIOENERGETICA• TRANSPORTE ELECTRONICO y
FOSFORILACION OXIDATIVA• Cadena Respiratoria. Complejos. Inhibidores y
desacoplantes. Síntesis de ATP. Translocasas• OTROS SISTEMAS DE TRANSPORTE:
Sistema Microsomal. Oxigenasas.Catalasas• Formacion de species reactivas del oxígeno:
Radicales libres. Sistemas de protección
Lípidos
ACIDOS GRASOS
Hidratos de carbono
GLUCOSA
Proteínas
AMINOACIDOS
OXIDACION
Compuestos con uniones
ricas en energía
NADH
FADH2
ATP
O2
Adenosina Trifosfato (ATP)
Energía de Hidrólisis de los Compuestos de elevada Energía
• ATP Go’= - 30,5 kj/mol
Gp= - 50-65 kJ/mol O O O
-O-P-O-P-O -P-O-Ribosa-Adenina
O- O- O-
Mg MgATP2-
װ װ
ו ו
ו ו
װ
ו
3- O
O P O
O
ו ו
ו
ו AMP + PPi
2 Pi
Activación de Acidos grasosPolimerización de ARN ó ADN (desioxi)
Activación de AminoácidosQuimioluminiscencia
CH2
C – O – PO3
COO-
Fosfoenolpiruvato
Go’ = - 61,9 kJ/mol
װ
ו
ו
OC
O – PO3
C H2
C-O-PO3
H2
1,3-BisfosfogliceratoG o’= - 49,3 kJ/mol
װ
וו
ו
O CH2
-O – P – NH – C –N – CH3
O- NH2
Fosfocreatina
Go’ = - 43,0 kJ/mol
װ
ו װ
ו CH3
O
C - SCoA
Acetil-CoA
Go’ = - 32,2 kJ/mol
ו
װ
OXIDORREDUCTASAS (DESHIDROGENASAS)
• Deshidrogenasas ligadas a NAD ó nicotinamídicas
AH2 + NAD+ A + NADH + H+
REACCION DE REDUCCION DE NAD+
R │
│H
+
:H- (ion hidruro)
..
H H
+ H+
│R
NAD OXIDADO NAD REDUCIDO
Ani
llo d
e ni
cotin
amid
a
Deshidrogenasas ligadas a FAD ó a FMN
AH2 + FAD (FMN) A + FADH2 +(FMNH2)
El FAD tiene además un nucleótido de adenina unido al fosfato
P-Ribosa-Adenina
FLAVINA
.
H
+-
R
R
H
H
e- + H+
Anillo isoaloxacina
R
e- + H+
MECANISMOS DE SINTESIS DE ATP
• FOSFORILACION A NIVEL DE SUSTRATO
• FOSFORILACION OXIDATIVA
CADENA RESPIRATORIA
HIDRÓLISIS DE UNA UNION DE ALTA ENERGIA
O2
Destino de los equivalentes de reducción
C. de Krebs
Memb.interna
Espacio intermemb.
Memb.interna
Memb.externa
Crestas
mitoc.
Matriz
CADENA DE TRANSPORTE ELECTRONICO
• Los componentes de la cadena se encuentran en la membrana mitocondrial interna.
• Reciben equivalentes de reducción de NADH Y FADH2 producidos en la matriz.
• Los componentes se encuentran ordenados en orden creciente de sus potenciales de reducción.
• El aceptor final de electrones es el oxígeno.
Potenciales de reducción estándar
2 H+ + 2 e- → H2 -0.42 V NAD+ + H+ + 2 e- → NADH -0.32 V S + 2 H+ + 2 e- → H2S -0.23 V FAD + 2 H+ + 2 e- → FADH2 -0.22 V Acetaldehído + 2 H+ + 2 e- → etanol -0.20 V Piruvato + 2 H+ + 2 e- → lactato -0.19 V Cu+ → Cu2+ + e- -0.16 V Citocromo b (Fe3+) + e- → citocromo b (Fe2+) + 0.075 V Citocromo c1 (Fe3+) + e- → citocromo c1 (Fe2+) + 0.22 V Citocromo c (Fe3+) + e- → citocromo c (Fe2+) + 0.235 V Citocromo a (Fe3+) + e- → citocromo a (Fe2+) + 0.29 V Fe3+ + e- → Fe2+ + 0.77 V ½ O2 + 2 H+ + 2 e- → H2O + 0.82 V
COMPONENTES DE LA CADENA DE TRANSPORTE ELECTRONICO
• FLAVOPROTEINAS: FMN ó FAD: Transportan 2 e- y 2 H+
• PROTEINAS FERROSULFURADAS: transportan e- (Fe+
++ Fe++)
• COENZIMA Q ó UBIQUINONA: Quinona isoprenoide no proteica.Transporta 1 e- y libera 2 H+ a la matriz.
• CITOCROMOS b, c, c1, a, a3: Proteínas que contienen un grupo hemo. Transportan 1 e-
REACCION DE LA UBIQUINONA
R
Ubiquinona (UQ)
e- + H+
Radical semiquinona
R
H
R
H
H
Ubiquinol (UQH2)
e- + H+
Estructura de los citocromos
Hemo A (Citocromo a y a3)
Estructura general de citocromo c y c1
Complejos de la Cadena de transporte electrónico-Citocromo c
Complejo enzimático Grupos prostéticos
Complejo I (NADH deshidrogenasa) FMN, FeS
Complejo II(succinato deshidrogenasa) FAD,FeS
Complejo III (citocromo bc1) Hemo, FeS
Citocromo c Hemo
Complejo IV (citocromo oxidasa) Hemo, Cu
Cit.b /Centro Fe-S/ Cit c1
Coenzima Q
Fe/Cu
Fe/Cu
O2
IV
FAD
Fe-SII
Complejo III
CITOCROMO C –COENZIMA Q OXIDO REDUCTASA
Complejo IV
CITOCROMO OXIDASA
Cit.a
Cit a3
Cit.cFeFe-SFe Fe Fe
III
Fumarato
Succinato
Complejo II
SUCCINATO DESHIDROGENASA
NADH
FMN
Fe-SI
NAD+
e-
Complejo I
NAD UBIQUINONA REDUCTASA
e-
H2O
e-
REACCIONES DEL COMPLEJO I
NADH + H+ NAD+ + 2 e- + H+ (Eo= - 0,32 V)
FMN + 2 e- + 2 H+ FMNH2 (Eo= - 0,22 V)
NADH + H+ + FMN → FMNH2 + NAD+
Reacciones que proveen de NADH a la cadena respiratoria
• Piruvato deshidrogenasa
• Isocitrato deshidrogenasa
• Malato deshidrogenasa
• -cetoglutarato deshidrogenasa
Sustrato + NAD+ Producto + NADH + H CR
CICLO DE KREBS
Camino de los equivalentes de reducción en el Complejo I
COMPLEJO II
• Succinato-coenzima Q oxidorreductasa• Coenzima: FAD• Proteínas ferrosulfuradas• Transfiere equivalentes de reducción desde
succinato a la coenzima Q
Succinato + E-FAD Fumarato + E-FADH2
E-FADH2 + Prot-Fe+++ E-FAD + Prot-Fe++
Prot-Fe++ + CoQ Prot-Fe+++ + CoQH2
Deshidrogenasas que entregan electrones a la Ubiquinona
• Acil-CoA deshidrogenasa
• Glicerol-3-fosfato deshidrogenasa
FADH2 ETFP CoQ
ETFP-ubiquinona oxidorreductasa
FADH2 CoQ
CAMINO DE LOS ELECTRONES desde el COMPLEJO III al O2
CoQH2
CoQ
Cit.b566
Fe+++ Fe++Fe++ Fe+++ Fe+++
Fe++ Fe+++ Fe++ Fe+++ Fe++ Fe+++
Fe++½ O2 + H+
H2O
Cit.b562
Fe-SCit.c1
Cit.c
Cit.a.a3
Complejo IVComplejo III
SINTESIS DE ATP TEORIA QUIMIOSMOTICA
MATRIZ
ESPACIO INTERMEMBRANA
TRANSLOCACION DE PROTONES Y SINTESIS DE ATP
POSTULADOS DE LA TEORIA QUIMIOSMOTICA
• Membrana mitocondrial impermeable a protones• Expulsion de H+ durante el transporte de electrones • Formación de un gradiente electroquímico (H+ y
cargas positivas)• El pasaje de los H+ a través de Fo activan la ATP
sintasa
-NAD+ y ferrosulfoproteínas-Flavoproteína y citocromo b-Coerzima Q y citocromos c y a-a3
Esquema translocasa ADP-ATP y transportador de Pi.
Mitocondria
Citosol
Membrana mitocondrial
interna
ADP ATP Pi
ADP ATP Pi
INHIBIDORES
• Inhibidores del transporte electrónico Inhiben solamente el transporte de e-
• Inhibidores de la fosforilación Inhiben la síntesis de ATP , indirectamente eel
transporte de e-
• Desacoplantes Impiden la síntesis de ATP pero no inhiben el
transporte de electrones• Inhibidores de la translocasa Inhiben la entrada de ADP y la salida de ATP
desde la mitocondria
ACCION DE INHIBIDORES
Aceptores artificales de electrones
Azul de metileno
2,6 diclorofenol indofenol
Ferricanuro
Tetrametil p-fenilendiamina
Rotenona (insecticida)
Amital (barbitúrico)
Inhiben Fe-S/CoQ
Antimicina A (antibiótico)
bloquean citb/citc1
CN-
CO
Inhiben la citocromo oxidasa
NADH FMN Fe-S CoQ cyt b Fe-S cit c1 citc cit a cit a3 O2
(-0.32) (+0.82)
INHIBIDORES DE LA FOSFORILACIÓN
• Oligomicina: Bloquea el flujo de protones a través de Fo.
• Se inhibe la síntesis de ATP
• Se acumulan protones y se produce una fuerza inversa deteniéndose el transporte de electrones.
DESACOPLANTES
Actúan como ionóforos eliminando el gradiente de protones.
+ H+
O-
2,4 Dinitrofenol (DNP)Forma protonada que atraviesa la membrana
Relacion P/O en presencia de Inhibidores
• Sustrato: NADH
Sin Inhibidor
P/O = 3/1
c/Inh. del COMPLEJO II
c/Inh. del COMPLEJO I
C/ DESACOPLANTES
e- e- e-
P/O = 0
P/O = 3/1
P/O = 0/1
e- e- e- (Q al O2)
e- e- e-
e- e- e- e- e- e- e- e- e- (Q al O2)
c/Inh. del COMPLEJO II
c/Inh. del COMPLEJO I
C/ DESACOPLANTES
c/Inh. del COMPLEJO II
c/Inh. del COMPLEJO I
Sin Inhibidor
C/ DESACOPLANTES
c/Inh. del COMPLEJO II
c/Inh. del COMPLEJO I
• Sustrato: FADH2
P/O = 2
c/Inh. del COMPLEJO I
P/O = 2
P/O = 0
C/ DESACOPLANTES
P/O = 0
Sin Inhibidor
e- e- e- c/Inh. del
COMPLEJO II
e- e- e- (Q al O2)
e- e- e- (Q al O2)
e- e- e- e- e- e- e- e- e- (Q al O2)
c/Inh. del COMPLEJO I
c/Inh. del COMPLEJO II
C/ DESACOPLANTES
c/Inh. del COMPLEJO I
c/Inh. del COMPLEJO II
Sin Inhibidor
C/ DESACOPLANTES
c/Inh. del COMPLEJO I
c/Inh. del COMPLEJO II
Oxidaciones alternativas de transporte de electrones en plantas
NAD(P)H Deshidrogenasa
alternativa
NADH deshidrogenasa
Ubiquinonaoxidasa
O2
NADH
Calor
UQ
Funciones fisiologicas
• Producción de calor en algunas especies vegetales como por ej. Araceae species en un etapa anterior a la polinización para producción de compuestos aromáticos que atraen a los polinizadores.
• Es activa durante períodos de altas velocidades de oxidación de sustratos para evitar la producción de radicales libres.(Esqueletos carbonados C.Krebs)
• Es activa en situaciones de estrés (sequia, temperaturas extremas, tóxicos presentes en el suelo, falta de Pi, patógenos)( en estas situaciones disminuye la velocidad de la cadena respiratoria normal)
ESPECIES REACTIVAS DEL OXIGENO
• O2
• O2.-
• H2O2
• OH.-
• Oxígeno Molecular
• Radical Superóxido
• Peróxido de Hidrógeno
• Radical Hidroxilo
Eliminacion de EROS
• ENZIMAS ANTIOXIDANTES
• SUSTANCIAS QUIMICAS ANTIOXIDANTES
•Ascorbato
•Vitamina E
•Beta-caroteno
•GPx
•SOD
•Catalasa
2 O2.- + 2 H+
H2O2 + O2
Enzimas antioxidantes
CATALASA
GLUTATION PEROXIDASA
2 H2O2 2H2O + O2
2 GSH + H2O2 GSSG + 2H2O
SUPEROXIDO DISMUTASA
OXIDASAS Y OXIGENASAS
• Localización: Microsomas y peroxisomas
• No asociados a la producción de ATP
• Usan O2 como sustrato
OXIDASAS
OXIGENASAS
No incorporan O2
Oxid.
MONOXIGENASAS
DIOXIGENASAS
Incorporan un átomo del O2
Incorporan los 2 átomos del O2
OXIDASAS
• Oxidación peroxisómica de ácidos grasos
• Citocromo oxidasa
Flavoproteína: FADH2 FAD y O2 H2O2
Hemoproteína: Fe++ Fe+++ y O2 H2O
MONOOXIGENASAS u OXIGENASAS DE FUNCION MIXTA ó HIDROXILASAS
• AH + BH2 + O=O A-OH + B + H2O
1 O se incorpora al sustrato y el otro O forma agua
Sustrato principal Co-Sustrato NADH, NADPH, FMNH2,
FADH2, BH4
CITOCROMO P-450
Hidroxilación de esteroides
Hidroxilación de fármacos
Hidroxilación de xenobióticos
CITOCROMO b5 Desaturación de ácidos grasos
ESQUEMA DE REACCION Y UBICACIÓN CELULAR DEL CITOCROMO 450
CY P450H-OH
O2RH
R-OH
CITOPLASMA
MEMBRANA RETICULO ENDOPLASMICO
NADPH
NADP+
Esquema de reacción donde interviene un Citocromo P450
NADPH
NADP+
CytP450 (oxid)CytP450 (red)
Sustrato Sustrato hidroxilado
O2 H2O
Citocromo P-450Reductasa
(Fe-S)
Citocromo P-450reducido
RH
ROH
O2
H2O
Oxidado
Reducido
Reducido
Oxidado