FosforilaciFosforilacióón oxidativan oxidativa

Proceso por el cual los electrones se transfieren desde el NADH y FADH2 al O2 a

través de tres complejos proteicos de la membrana mitocondrial interna

Estructura de las mitocondriasEstructura de las mitocondrias

Las membranas externas y sus respectivas caras son diferentes

NADH

NADH-Qoxidorreductasa

Q Succinato DH-Q reductasa

Q-citocromo coxidorreductasa

Cit c

Citocromo coxidasa

O2

.

Esquema del transporte de ēa través de los tres complejos

La teorLa teoríía a quimiosmquimiosmóóticatica• Fue desarrollada por Peter Mitchell (1920-1992)• Le valió el Nobel de 1978• En los comienzos de la década del 60 se conocía el papel del ATP como moneda de energía, pero se suponía que su síntesis era por fosforilación a nivel de sustrato. En consecuencia, se buscaba un hipotético intermediario de alta energía capaz de fosforilar al ADP.• La teoría postula que la energía para la síntesis de ATP proviene de la formación de un gradiente químico por el cual los H+ son bombeados fuera de la mitocondria.

MM Ext

MM Int

FumaratoSuccinato

CuA y CuBHemo a3

Citocromo cHemo a10200Citocromo c oxidasa

Fe-SHemo c1

Hemo bL

Citocromo cQHemo bH10250Q-citochromo c oxidoreductasa

Fe-S

QSuccinatoFAD4127Succinato-Q reductasa

Fe-S

QNADHFMN≥34

880NADH-Q oxidoreductasa

Ladocitosólico

En la membrana

Lado de la matriz

Gr. prostético

SUMasa(kd)

Complejo

Oxidante o reductor

Componentes del sistema de transporte de ē

Estructura y estados de reducciEstructura y estados de reduccióón de quinonasn de quinonas

Estructura y estados de reducciEstructura y estados de reduccióón de n de flavinasflavinas

(A) 1 Fe unido a 4 Cisteínas(B) Centro 2Fe-2S con puentes sulfuro de Cis(C) Centro 4Fe-4S

Centros hierroCentros hierro--azufre: Fe no azufre: Fe no hemhemííniconico + S + S áácc. l. láábilbil

El grupo El grupo hemohemo: integrante de los : integrante de los citocromoscitocromos

Hemo c

Citocromo Citocromo cc

Hemo b

Hemo a

605

444

420

Ox

Red

El espectro de absorción de los citocromos permite su identificación y da información sobre su estado

BioqUímica - FCByF

La estructura de los citocromos está conservada en especies diferentes

AtúnAtún Rhodospirillum rubrum Paracoccus denitrificans

La secuencia de los citocromos se usa en estudios filogenéticos

0.816½ O2 + 2 H+ + 2 ē H2O

0.550Cit a3 (Fe3+) + ē Cit a3 (Fe2+)

0.290Cit a (Fe3+) + ē Cit a (Fe2+)

0.254Cit c (Fe3+) + ē Cit c (Fe2+)

0.220Cit c1 (Fe3+) + ē Cit c1 (Fe2+)

0.077Cit b (Fe3+) + ē Cit b (Fe2+)

0.045UQ + 2 H+ + 2 ē UQH2

-0.300NADHDH(FMN) + 2 H+ + 2 ēNADDH(FMNH2)

-0.320NAD + + H+ + 2 ē NADHΔE0´

Determinación de la secuencia de los transportadores de electrones

0.816½ O2 + 2 H+ + 2 ē H2O

1.14½ O2 + NADH + H+ H2O + NAD+

-0.320NAD + + H+ + 2 ē NADH

ΔE0´

ΔG´0 = -n FΔE´0 = -52.6 kcal/mol

ADP + Pi ATP + H2O ΔG´0= 7.3 kcal/mol

Para el bombeo de 1 H+

ΔG = 2.3 RT [pHin – pHex] + Z F Δψ

En hepatocitos el potencial es aprox. 0.168V,da un ΔG = 21.5 kJ/mol. Comparado con alred. de 40 a 50 kJ/mol para la sint. de 1 ATP ⇒ al menos 2 H+, las estimaciones son que casi 3

% Citred

Succ

t

O2

a + a3

c

c1

b

BioqUímica

- FCByF

NADH UQ Cit b Cit c1 Cit c Cit (a + a3) O2

rotenona

NADH UQ Cit b Cit c1 Cit c Cit (a + a3) O2

Antimicina A

NADH UQ Cit b Cit c1 Cit c Cit (a + a3) O2

CN-

• 880 kDa (43 SU)• FMN• 5 FeS• Aceptor: Q

2 x

1 ē

2 x 1 ē

2 H+

2 H+

NADH + H+

NAD+

Q

QH2

FMN + 2 H+ + 2 H- FMNH2 - H+ - ē FMNH - H+ - ē FMN

Q + ē Q + ē + 2 H+ QH2

4 H+in 4 H+

ex

-..

Matriz

Espacio interm.

COMPLEJO ICOMPLEJO I((NADH-Q oxidoreductasa)

BioqUím

ica- F

CByF

• 127 kDa• FAD• 3 FeS (2/2;4/4 y 3/4)• cit b560•Aceptor: Q

COMPLEJO II COMPLEJO II (Succinato-Q reductasa)

FAD

SuccinatoFumarato

FeS

FADH2

2 H+

Q

QH2b560FeS

FeS

b560

Matriz

Espacio interm.

BioqUímica- FCByF

• 500 kDa(dím. 11 SU)• 3 cit (b562, b566, c1)• 1 FeS

• Aceptor: cit c

4 H+in 4 H+

ex

Cit c1

Cit c

FeSCit b562

Cit b566

QH2

4 H+

4 H+

COMPLEJO III COMPLEJO III (Q-citochromo c oxidoreductasa)

Ciclo Q

Matriz

Espacio interm.

BioqUímica - FCByF

CICLO QCICLO Q

QH2

QH2QH

QH Q

Q

H+ H+

H+ H+

.Cit b562

Cit b566

ēē

.

Cit c

1 ē

Matriz

Espacio interm.

2 1

BioqUím

ica- FCByF

• 400 kDa (dím. 8-13 SU)• cit (a y a3)• CuA y CuB• Aceptor: O2

4 H+in 4 H+

ex

Cit c2 H+

Cit a3

Cit a ↔ CuA

Cit a3 ↔ CuB

2 x 1 ē

2 x 1 ē

½ O2 + 2 H+

H2O

Matriz

Espacio interm.

COMPLEJO IVCOMPLEJO IV((citcit cc oxidasa)oxidasa)

BioqUím

ica- F

CByF

SSííntesis de ATPntesis de ATP

• Fo: transmembrana, 8 SU diferentes (3 en E. coli), ab2c10-12, canal de H+

• F1: 9 SU, α3β3γδε, β es la catalítica

T

O L

T

O L

TO

L T

O

L

O

TL L

O

T O

LL

OT T

ΔG

Coordenada de reacción

ATP aq

ATP unidoADP + PiBioqUímica - FCByF

Pi

ADP 3-

ATP 4-

H+

Adenilato Adenilato translocasatranslocasa

BioqUímica - FCByF

Esp. IM Matriz

Mal

OAA

Asp Asp

OAA

Mal

Glu

αKG

NADH

NAD+

MDH

AAT

Glu

αKGAAT

NADH

NAD+

Lanzadera malato/Lanzadera malato/αα−−cetoglutaratocetoglutarato

Bio

qUím

ica

-FC

ByF

Esp. IM Matriz

DHAPNADH

NAD+

GliceroP

FADH2

FAD

Q

QH2

Lanzadera de glicerofosfatoLanzadera de glicerofosfato

BioqUím

ica- FCByF

DesacoplantesDesacoplantes

•• Sustancias que disipan el gradiente de Sustancias que disipan el gradiente de HH++

•• Aumentan el flujo de Aumentan el flujo de ēē•• CesaCesa la la producciproduccióónn de ATPde ATP•• PuedenPueden ser ser naturalesnaturales ((valinomicinavalinomicina) o ) o sintsintééticosticos (DNF)(DNF)

Noradrenalina

Receptor β-adrenérgico

Proteína GGTP

Proteína kinasa dep.

de AMPc

Proteína kinasa dep. de AMPc

Adenilato ciclasa

ATP AMPc

+

Lipasa sensible a hormonas

Lipasa sensible a

hormonas

P

ADPATP

Ac. graso libre

Activación de termogeninabloqueda por

ATP, ADP, GTP, GDP

BioqUím

ica- FCByF

Inhibidores del transporte de Inhibidores del transporte de ēē

•• Sustancias inhiben algSustancias inhiben algúún componente n componente de la cadena de TEMde la cadena de TEM•• Cesa el flujo de Cesa el flujo de ēē•• CesaCesa la la producciproduccióónn de ATPde ATP•• ActActúúanan en en diferentesdiferentes lugareslugares::

Complejo IComplejo I: : RotenonaRotenona, , amitalamital, , piericidinapiericidinaComplejoComplejo III: III: antimicinaantimicina, , mixotiazolmixotiazol, , estigmatelinaestigmatelinaComplejoComplejo IV: IV: cianurocianuro, , sulfurosulfuro, CO, , CO, azidaazida (N(N33

--))

Inhibidores de la ATP sintasaInhibidores de la ATP sintasa

•• CesaCesa la la producciproduccióónn de ATPde ATP•• Cesa el flujo de Cesa el flujo de ēē•• EjemplosEjemplos: : oligomicinaoligomicina, , diciclodiciclo hexilhexilcarbodiimidacarbodiimida (DCCD)(DCCD)

Inhibidores de la Inhibidores de la translocasatranslocasa

•• CesaCesa la la producciproduccióónn de ATPde ATP•• Cesa el flujo de Cesa el flujo de ēē•• EjemplosEjemplos: : atractilatractilóósidosido