CADENA RESPIRATORIA FOSFORILACIÓN OXIDATIVA

Bqca. Montserrat Solis Carnicer

Componentes de la cadena respiratoria mitocondrial Espacio intermembranas (Lado P)

pH = 7.0

Matriz (Lado N)

pH = 7.8

Reacciones de transferencia de e- se realiza a alta velocidad por estar los transportadores de eincorporados en la membrana interna (restringidos en sus movimientos) y asociados entre sí (uniones intermoleculares)

Fosforilación oxidativa Síntesis química de ATP impulsada por el proceso exergónico de transferencia de electrones desde el NADH + H⁺ y del FADH₂ al O2

 Cuando se suspenden mitocondrias en una solución amortiguadora, que contiene un sustrato oxidable, ADP y Pi, ocurren 3 procesos: (1) se oxida el sustrato (2) se consume O2 (hay respiración) (3) se sintetiza ATP

 Si el dador de e- es el NADH, las mitocondrias sintetizan 3 ATP por cada par de e- pasados al O2

 Si el dador es succinato (FADH2), se sintetizan 2 ATP  El consumo de O2 y la síntesis de ATP son dependientes de la presencia de un sustrato oxidable y de ADP y Pi

DISMINUCIÓN DE LA ENERGÍA

CI: 12,9 Kcal/mol

CIII: 9,9 kcal/mol CIV: 23,8 Kcal/mol

Total: 45,9 Kcal/mol E para sintetizar 1 mol ATP: 7,3 Kcal/mol Se sintetizan 3 ATP Se consume 42% de la E obtenida Bqca. Montserrat Solis Carnicer

La teoría quimiosmótica mitocondrial (P. Mitchell, 1961) El gradiente electroquímico de protones a través de la membrana interna mitocondrial (fuerza proto-motriz) es crucial para los procesos de transducción de energía y síntesis de ATP EIM

∆pH: 0,3

MATRIZ

∆G: 0,18 vol Bqca. Montserrat Solis Carnicer

Lugares de translocación de protones

Postulados de la teoría quimiosmótica mitocondrial (P. Mitchell, 1961) La membrana interna es impermeable a los H+ y OH‾

EIM

El transporte de e- a través de la c r está asociado al bombeo de H+ desde la matriz hacia el espacio intermembranas Se conserva la energía de oxidación de procesos metabólicos en forma potencial electroquímico, ya que genera un gradiente electroquímico H+

los de se de

La cadena respiratoria está acoplada a la síntesis de ATP Las [H+] en las 2 fases acuosas (EIM y M) separadas por la membrana interna, constituyen la fuerza responsable (fuerza proto-motriz) de la formación de ATP: el flujo de H+ a favor de su gradiente electroquímico proporciona la energía libre para la síntesis de ATP a partir de ADP y de Pi, por acción de la ATPsintasa de la membrana mitocondrial.

MATRIZ

1953- Slater- Hipótesis Química 1964- Boyer- Hipótesis Conformacional

ATP sintasa, ATPasa o Complejo V 



Las translocación de H+ a través de F0 provoca que el cilindro de sub. c y la subunidad  adjunta, roten alrededor del eje de  (perpendicular al plano de la membrana) El pasaje de H+ a través de F0 llevan a cambios conformacionales de la subunidad  de la F1-ATPsintasa

EIM

HEXÁMERO α₃β₃

-ADP  -ATP  -vacío Alta afinidad por ATP 

Baja afinidad por ATP

MATRIZ El proceso endergónico de rotación de la sub.  es impulsado por el proceso F1-ATPsintasa = Rotor molecular exergónico de la translocación de H+ desde el espacio IM a la Matriz El acoplamiento no es químico, sino electroquímico y físico

Hipótesis de la Máquina Rotatoria Subunidades α β

Vacío/Abierto ATP

αβ

αβ αβ

Laxo

Tenso/Cerrado

INHIBIDORES DEL TRANSPORTE ELECTRÓNICO (SÍNTESIS DE ATP) INHIBIDORES DE LA CADENA 



- Complejo I: rotenona (veneno de peces), amital (barbitúrico) y halotano (anestésico).

INHIBIDORES y DESACOPLANTES DE LA SÍNTESIS DE ATP 

El inhibidor de la ATP sintasa es la oligomicina, que bloquea a la F0. Frena la cadena y la síntesis de ATP.



Desacoplantes de la síntesis de ATP: Ionóforos de H, deshacen el gradiente de H+ sin frenar la cadena. Ej 2,4dinitrofenol, soluble en la membrana y su grupo OH se puede disociar. Esto libera energía en forma de calor. También el Dicumarol



Los desacopladores fisiológicos termogenina.

- Complejo II: malonato.



- Complejo III: antimicina A (antibiótico)



- Complejo IV: cianuro, CO, SH2 y azida.

OTROS DESACOPLANTES

Atractalósido: bloqueador del traslocador ATP/ADP  Ionósforos de K(valinomicina, nigericina) Bqca. Montserrat Solis Carnicer

Regulación del consumo de O2 mitocondrial Efecto del ADP  El ADP aumenta el consumo de O2  Control respiratorio

Consumo de O2 en presencia de ADP (Est. 3) Consumo de O2 en ausencia de ADP (Est. 4)

El control respiratorio, usualmente de 4 a 10, es el índice mas sensible para juzgar la integridad y el acoplamiento mitocondrial y, por lo tanto, la calidad de las mitocondrias aisladas.

Bqca. Montserrat Solis Carnicer

Regulación de la velocidad del transporte en la cadena NADH + H⁺ / NAD⁺ > 1  aumenta la velocidad < 1  disminuye la velocidad

ADP + Pi / ATP > 1  aumenta la velocidad < 1  disminuye la velocidad

ppO2 elevada: aumenta la velocidad ppO2 baja: disminuye la velocidad ∆pH elevado: disminuye la velocidad ∆pH bajo: aumenta la velocidad

SUSTRATOS OXIDABLES: factor limitante Bqca. Montserrat Solis Carnicer

PRODUCTOS DE REDUCCIÓN PARCIAL DE OXÍGENO Peróxidos de Hidrógeno Radicales libres Superóxidos

Catalasas Peroxidasasa Superóxido dismutasas

Son más reactivos

Efectos Nocivos • Ruptura del ADN y modificaciones • Oxidación de Grupos Sulfhidrilos

• Ataque de Ácidos Grasos Insaturados

Pulmón y Cerebro

Fosforilación a Nivel del Sustrato Transferencia Directa de Fosfatos al ADP Piruvato quinasa (glucólisis)

2- PEP + ADP

--

Piruvato + ATP

Transferencia Indirecta de Energía al ADP Succinato tioquinasa (Ciclo de Krebs)

Succinil-CoA + GDP + Pi --- Succinato + GTP + CoA-SH

Sistemas de Transporte Mitocondrias Translocador ATP/ADP

Sistemas de Transporte Mitocondrias Lanzadera de Glicerofosfato (músculo esq y neuronas)

Sistemas de Transporte Mitocondrias Lanzadera de Malato Aspartato

(hígado, corazón y riñón)

RESUMEN La FOSFORILACIÓN OXIDATIVA se refiere a la síntesis química de ATP impulsada por el proceso exergónico de TRANSFERENCIA DE ELECTRONES DESDE EL NADH + H+ AL O2

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Ocurre en la mitocondria La fosforilación oxidativa comienza con la entrada de e- en la cadena respiratoria Los e- pasan a través de una serie de transportadores incluídos en la membrana interna mitocondrial. Los e- fluyen espontáneamente desde los transportadores de Eo’ más bajo hacia los de Eo’ más elevado

Los transportadores electrónicos mitocondriales funcionan dentro de complejos proteicos ordenados en serie La transferencia mitocondrial de e- es un proceso exergónico, que libera energía suficiente para la síntesis de ATP

El transporte de e- está asociado al transporte de H+ desde la matriz hacia el EIM (fuerza proto-motriz) El flujo de H+ a favor de su gradiente electroquímico proporciona la energía libre para la síntesis de ATP, por acción de la ATP sintasa (rotor molecular)

MUCHAS GRACIAS