Clases fosforilación oxidativa PDF

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_ El sistema de la fosforilación oxidativa de la mitocondria tiene un rol clave en la producción de energía(síntesis de ATP), la generación de radicales libres y la apoptosis (muerte celular programada). _ Es la vía más importante de las células para producir ATP, utiliza el poder reductor que fue g...

Description

_ El sistema de la fosforilación oxidativa de la mitocondria tiene un rol clave en la producción de energía(síntesis de ATP), la generación de radicales libres y la apoptosis (muerte celular programada). _ Es la vía más importante de las células para producir ATP, utiliza el poder reductor que fue generado en las vías metabólicas (glicolisis, ciclo de Krebs, oxidación de lípidos y aa). _ Ocurre en la mitocondria en las células eucariontes y ocurre asociada a la membrana interna de la MP en las células procariontes. _ Hay dos mecanismos para la producción de ATP: fosforilación a nivel de sustrato y fosforilación oxidativa. . Se forman por molécula de glucosa 2 ATP en la glicolisis y 2 GTP en el ciclo de Krebs. -En la fosforilación oxidativa se sintetizan 38-36 ATP

- Hay tres componentes importantes: la membrana externa, la membrana interna y el espacio intermembrana - El NADH y el FADH2 (se oxidan) se utilizan para sintetizar ATP en la fosforilación oxidativa, los electrones pasan a través de una vía metabólica llamada cadena transportadora de electrones. ➢ Los electrones van pasando por las diferentes moléculas que forman parte de la cadena para llegar finalmente al O2, el cual se va a reducir a agua. (El oxígeno O2 es el aceptor final de los electrones del NADH o del FADH2) ➢ Durante el proceso de movimiento de electrones ocurre otro proceso, el cual es el transporte de protones o la traslocación de protones desde la matriz mitocondrial al espacio entre las dos membranas (se realizan a través de las proteínas que se encargan del movimiento de electrones). ➢ El movimiento de electrones va a generar una diferencia de concentración de protones entre el espacio de las 2 membranas (más protones) y la matriz mitocondrial. ➢ Las enzimas de la membrana interna además de catalizar la transferencia de electrones, son proteínas transportadoras que mueven protones en contra de un gradiente de concentración ➢ La gradiente de protones o la diferencia de potencial que se genera es aprovechada por la enzima ATP sintasa para sintetizar ATP (ADP + P → ATP + H2O). ➢ El movimiento de electrones entre NADH/FADH2 al oxígeno favorece la translocación de protones. Y la concentración alta de protones en el espacio intermembrana favorece la síntesis de ATP. ➢ El oxígeno es el aceptor final de electrones (hay bacterias que utilizan otras moléculas, en ausencia de oxígeno, como aceptoras finales de electrones, como: sulfato-> ácido sulfhídrico, nitrato-> nitrito). ➢ Respiración anaeróbica: ocurre la cadena transportadora de electrones, pero en ausencia de oxígeno. ➢ Fermentación (ocurre glicolisis, y luego una reacción extra de reducción ) ≠ Respiración anaeróbica (ocurre glicolisis, piruvato deshidrogenasa, ciclo de Krebs y fosforilación oxidativa). Ambos procesos ocurren en ausencia de oxígeno _ La fosforilación oxidativa se puede separar en dos procesos: transporte de electrones y síntesis de ATP. Estos dos procesos están acoplados. ➢ Son dependientes uno del otro. ➢ Para que ocurra síntesis de ATP debe ocurrir el transporte de electrones y viceversa.

. Q = ubiquinona o coenzima Q. Se encuentra en la membrana interna de la mitocondria y es un lípido que circula libremente por la membrana . Los electrones que provienen del NADH (se oxida) van a la CoQ que se reduce, esta reacción esta catalizada por una proteínas que se llama NADH-ubiquinona oxido reductasa (o complejo I). . Después, la CoQ se va a oxidar y le va a entregar sus electrones a una proteína que se llama citocromo C (Cyt c, se reduce, está asociado a el espacio intermembrana), esta reacción esta catalizada por una proteína que se llama ubiquinol-citocromo C oxidorreductasa (o complejo III). . Luego, el cyt c que estaba reducido se va a oxidar y los electrones van a llegar al oxígeno y este se reduce a agua, la reaccion esta catalizada por una proteína llama citocromo c oxidasa (o complejo IV). . Si los electrones provienen desde el FADH2 (es un grupo prostético, por lo tanto, siempre está unido a una enzima). ➢ El FADH2 está unido a la enzima succinato deshidrogenasa (complejo ll) que participa en el ciclo de Krebs. ➢ El FADH2 se va a oxidar y entregando los electrones a la CoQ, reacción catalizada por la succinato-ubiquinona oxidorreductasa (o complejo II). - En este proceso participan 2 transportadores de electrones : CoQ y Cyt C, y 4 enzimas : Complejos l,ll, lll y lV.

- NADH y FADH2 se producen en la matriz mitocondrial . La CoQ y el cyt c son los transportadores de electrones y los complejos son los que lo catalizan. . El NADH se oxida y los electrones pasan a través del complejo I (está inserto en la membrana interna de la mitocondria) y llegan a la CoQ (molécula pequeñas con características lipídicas, se puede mover entre complejos). ➢ Durante este proceso simultáneamente el complejo I es capaz de translocar 4 protones desde la matriz mitocondrial hacia el espacio entre membranas. ➢ El complejo I es una proteína de transmembrana y es una bomba de protón. . La CoQ se oxida, los electrones pasan desde el complejo III hasta el cyt c (proteína que no está inmersa en la membrana) que se reduce. ➢ El movimiento de electrones a través del complejo l permite la traslocación de 4 protones. Por cada NADH se translocan 4 protones. ➢ El complejo III también es una proteína de transmembrana y es una bomba de protón. . Por último, el cyt c va a entregar los electrones por el complejo IV hacia el oxígeno, el cual se reduce agua. ➢ El complejo IV también es una proteína de transmembrana y es una bomba de protón. . Se genera un alta concentración de protones entre el espacio de las dos membranas. . El FADH2 va a entregar sus electrones a través el complejo II y llegan también a la CoQ ➢ El complejo II no es una proteína transmembrana y no es una bomba de protones. . Se sintetizan 3 moléculas de ATP por cada molécula de NADH que se oxida. . Cuando los electrones provienen desde el FADH se sintetiza aprox 2 moléculas de ATP, porque hay menos bombas de protones. - El FADH2 adentro del complejo ll le entrega sus electrones a la COQ, y como bomba de protones participan solo el complejo lll y lV.

. Los protones se acumulan en el espacio entre membranas y luego regresan a la matriz mitocondrial a través de la ATP sintasa (a favor del gradiente), y esta energía generada por el movimiento de protones se usa para la síntesis de ATP. ➢ Se genera una diferencia de potencial y potencial químico (permite la síntesis de ATP mediante un proceso llamado fuerza protón motriz).

- Complejo l: tiene flavina mononucleótido y centros Fe-S - Complejo ll: tiene grupos HEM(citocromos) y centros Fe-S - Complejo lV: tiene grupos HEM y centros de Cu . Cualquier proteína que tiene FAD como cofactor puede ser complejo II.

. Cuando el NADH se oxida transfiere dos electrones y un proton. . Estos dos electrones pasan a la flavina mono nucleotido (FMN), despues los electrones van pasando por los centros de FeS hasta que llegan a la CoQ (en este proceso se traslocan 4 protones por dos electrones).

- La CoQ se oxida y entrega sus electrones en el complejo lll: ➢ Una lineal, donde va desde la CoQ al centro de FeS y a una proteina cyt c1 o HEM C y despues llega el citocromo c (1 electron). ➢ El otro electron va por una via ciclica a traves de grupos HEM b. Se entregan 2 electrones y se mueven 4 protones. Al llegar al complejo lV el cyt c reducido posteriormente se oxida, los electrones van a pasar por esstos centros de Cu A a los grupos HEM a, despues a otro centro de cobre B y ocurre la reducion de oxigeno a agua. ➢ Por oxigeno que se produce se traslocan 4 protones. .

➢ NAD+, nicotina amida dinucleotido. ➢ Un nucleotido seria de adenina (adenosina) que esta unido al otro nucleotido, pero primero antes al azucar, y la azucar en el carbono 1 esta unido a la nicotina amida (posee carga positiva el nitrogeno). ➢ Cuando se reduce el NAD+ acepta dos electrones y un protón, se forma la especie reducida (NADH) que tiene un hidrogeno mas que la forma oxidada. .

ó

➢ Flavina mono nucleótido, el C1 de la ribosa está unida la base nitrogenada llamada flavina (que posee 3 ciclos). ➢ Los dos nitrógenos que se oxidan y se reducen. ➢ Cuando se reduce acepta dos electrones y dos protones (FMNH2). ➢ Transfiere de dos electrones. ➢ FAD : flavina dinuceleótido .

➢ Tienen un Fe que esta acomplejado con residuos de cisteína, el hierro se mantiene y se reduce. ➢ Se acepta un electrón. ➢ Fe+3 +1e ↔ Fe2+

ó

.

➢ Es un lípido, es una quinona, la cual se refiere un anillo que tiene 2 cetonas en posición para, además de tener una cola de isopreno (hidrofóbica), la que permite estar inserto en la membrana interna de la mitocondria. ➢ Acepta dos protones y dos electrones en la oxidación (QH2). ➢ CoQ + 2e + 2H+ ↔CoQH2 es reversible, al oxidarse sería al revés .

í

➢ Tenemos grupos HEM a , HEM b y HEM c. ➢ Cada grupo HEM está unido a una proteína, eso le da el nombre de citocromo. ➢ El grupo HEM, son 4 anillos pirrólicos, cada uno con un N, que están acomplejando un Fe, estos difieren en los sustituyentes. ➢ Los citocromos cuando se oxidan y se reducen también pasa de un electrón. ➢ Fe+3 +1e ↔ Fe+2 : ➢ Cu 2+ + 1e ↔ Cu+

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. Estos inhiben a los complejos, esto se realizó para la investigación de la cadena. . También se utilizaron unas partículas sub mitocondriales, la mitocondria se aísla y se somete a ultrasonido (sonicación) y se forman estas pequeñas partículas sub mitocondriales. .-Estos inhibidores de la cadena transportadora de e bloquean el paso de los electrones . Inhibidores que se han usado: ➢ La rotenona o amital que inhibe el complejo I. ➢ Antimicina A inhibe al complejo III. Cytb->Fe-S. Si la agrego, las moléculas anteriores van a estar reducidos y lo que sigue estarán oxidados. ➢ Cianuro, azida y el monóxido de carbono que inhiben al complejo IV. ➢ Los inhibidores bloquean la cadena transportadora de electrones, en los lugares específicos en donde actúan. _ . Cataliza la transferencia de electrones del NADH a la CoQ. . Evidencia experimental sugiere que transporta 4 protones y dos electrones desde la matriz al citosol. . NADH + 4H+N + Q → NAD+ + QH2 + 4H+P, en donde N= lado de la matriz mitocondrial, menos

concentración negativa =carga negativa y P= lado del espacio intermembrana en donde hay una mayor concentración de protones, por esto una carga positiva.

➢ Brazo periférico contienen FMN y 8 centros de FeS. ➢ 100.000 KDa.

➢ Existen dos dominios: uno que está en la membrana interna y otro que se encuentra en la matriz mitocondrial. ➢ Los electrones pasan por FMN (cuando la mitocondria está haciendo fosforilación oxidativa de manera rápida, se pueden perder electrones( la FMN entrega 2 e y los centros iones azufre van aceptando de a uno solo ), los que pueden llegar al oxígeno y generar especies reactivas de oxígeno(superóxido)), después pasan por todos los centros de FeS y llegan finalmente a la CoQ. ➢ El dominio que está inserto en la membrana es donde se translocan los protones, desde la matriz al espacio de las dos membranas. ➢ Mediante un espectroscopía electrónica se vio que la proteínas sufre cambios conformacionales, al pasar los electrones. • Estos cambios permiten la traslocación de los 4 protones (mediante reacciones acido base, solo 3 de los 4). _

. El complejo II es cualquier proteína que está en la membrana mitocondrial, que tiene FAD como grupo prostético. - No transloca protones. . La succinato deshidrogenasa, la acil CoA deshidrogenasa son complejo II y la glicerol-3-fosfato deshidrogenasa, estas poseen una pequeña cadena trasportadora de electrones en su interior.

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1

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. Cataliza la transferencia de electrones de la CoQ al cyt c vía el ciclo Q. . Contiene dos citocromos b(bh, bL), un citocromo c y centro FeS. . Es una bomba de protones. . 10-11 subunidades. . 2 QH2 + 2cyt c+ + 2H+N → Q + 2cyt c + 2H+P + 2H+P + QH2 ➢ Se translocan 4 protones, dos provenientes de la matriz mitocondrial y dos de la CoQ. .

: ➢ Ocurre en dos etapas

➢ La Q reducida entrega se une al complejo III en un sitio de unión que se llama sitio Qp (estas más cerca del espacio entre las dos membranas) y entrega dos electrones: • Un electron va a ir a través de un centro de FeS, un grupo HEM y llega al cyt c (formación de una molécula de cyt c, además el mismo proceso la coenzima Q entrega dos protones). • El otro electron se va por una vía cíclica, va a los grupos HEM b, y llega a un sitio donde se une CoQ oxidada, la Q oxidada recibe el electron y queda de forma de radical libre (con electron desapareado), el sitio de unión de esta Q se llama Qn (más cerca de la matriz)

➢ Entra una segunda molécula de Q reducida, la cual se une al sitio Qp transloca los otro dos protones, uno de los electrones se va por la vía lineal (se forma la segunda molécula de cyt c reducida) y otro por la cíclica (igual que en la primera etapa), acá como se tenía la Q como radical libre esta recibe el segundo e- y va a captar dos protones de la matriz mitocondrial para formar una molécula de Q reducida.

: . Etapa final de la cadena transportadora de electrones.

. Contiene 4 centros redox: ➢ Un par de átomos de Cu (centro CuA). • Aceptan cada un electron. ➢ Citocromo a. • Aceptan cada un electron. ➢ Citocromo a3. ➢ Un átomo de Cu (centro CuB). • Aquí ocurre la reducción del oxígeno a agua. . CuA → cyta → cyta3 → CuB → O2 . Movimiento de electrones lineal. . Los 8 protones se van moviendo, algunos pasan al centro CuB para formar agua y los otros llegan al espacio entre dos membranas. - La reacción necesita 4 citocromo c reducido y genera 4 citocromo c oxidado - De los 8 protones captados transloca 4 protones al espacio intermembrana y los otros 4 forman agua...