Las reacciones de la cadena de transporte deelectrones se llevan a cabo en la membranamitocondrial interna.

Papel del oxígeno en el Metabolismo

Aceptor final de electrones en la cadena de transporte de electrones.

Campbell y Farrell (2010). Bioquímica; pp 580.

POTENCIAL DE REDUCCIÓN

Campbell y Farrell (2010). Bioquímica; pp 579.

El valor de ΔG° para una reacción redox se calcula:

Campbell y Farrell (2010). Bioquímica; pp 579.

Campbell y Farrell (2010). Bioquímica; pp 582.

COMPLEJO I

NADH-CoQoxidorreductasa.

Transferencia deelectrones del NADH ala coenzima Q (CoQ).

Incluye varias proteínasque contienen un grupode hierro-azufre y laflavoproteína que oxidaal NADH.

Campbell y Farrell (2010). Bioquímica; pp 581.

Paso 1

Transferencia de electrones del NADH a la porción de flavina de la flavoproteína.

Campbell y Farrell (2010). Bioquímica; pp 581.

Paso 2

La flavoproteína reducida se reoxida, y la forma oxidada de la proteína hierro-azufre se

reduce.

Campbell y Farrell (2010). Bioquímica; pp 581.

Paso 3

La proteína reducida de hierro-azufre dona sus electrones a la coenzima Q (Ubiquinona),

la cual se reduce a CoQH2.

Campbell y Farrell (2010). Bioquímica; pp 581.

Ecuación General para la reacción:

Campbell y Farrell (2010). Bioquímica; pp 581.

COMPLEJO II

Succinato-CoQoxidorreductasa.

Cataliza la transferenciade electrones a la CoQ.

El sustrato es elsuccinato del ciclo delácido cítrico.

Campbell y Farrell (2010). Bioquímica; pp 583.

Paso 1

El succinato es oxidado a fumarato por una enzima flavina.

Campbell y Farrell (2010). Bioquímica; pp 583.

Paso 2

El grupo flavina se reoxida , conforme otra proteína de hierro-azufre se reduce.

Campbell y Farrell (2010). Bioquímica; pp 583.

Paso 3

La proteína reducida de hierro-azufre dona electrones a la coenzima Q oxidada, y la

coenzima Q se reduce.

Campbell y Farrell (2010). Bioquímica; pp 583.

Ecuación General para la reacción:

Campbell y Farrell (2010). Bioquímica; pp 583.

Reacciones de oxido-reducción en los citocromos

Campbell y Farrell (2010). Bioquímica; pp 584.

COMPLEJO III

CoQH2-Citocromo c

oxidorreductasa.

Cataliza la oxidación de la CoQ reducida.

Los electrones que s eproducen son transferidos alcitocromo c en un proceso de pasos múltiples.

Campbell y Farrell (2010). Bioquímica; pp 584.

Ecuación General para la reacción:

Campbell y Farrell (2010). Bioquímica; pp 584

• La oxidación de la coenzima Q incluye dos electrones, mientras quela reduccción de Fe (III) a Fe (II) sólo requiere de un electrón. Por lotanto, se requieren dos moléculas de citocromo c por cada moléculade coenzima Q.

• El tercer complejo forma parte integral de la membrana mitocondrialinterna.

Ciclo Q

COMPLEJO IV

Citocromo c oxidasa.

Cataliza los pasos finales del transporteelectrónico, la transferencia de electrones delcitocromo c al oxígeno.

Campbell y Farrell (2010). Bioquímica; pp 585.

Reacciones de los Citocromos

Campbell y Farrell (2010). Bioquímica; pp 586.

Campbell y Farrell (2010). Bioquímica; pp 583.

Metabolismo Aeróbico

Método altamente eficiente para que elorganismo extraiga energía de losnutrientes.

Teoriaquimiosmótica: el gradiente de protones generado impulsa la sintesisde ATP mediante la ATP sintasa

Inhibidores de la ruta de transporte electrónico

Rotenonay Amitalbloqueantransferencia de electronesen la NADH-Qoxidorreductasa. Impidenutilización de NADH comosustrato pero no el flujo deelectrones correspondientea la utilización de succinato

AntimicinaAinterrumpe el flujo deelectrones a nivel del citocromo bH

de la citocromoc oxidorreductasa

Cianuro (CN-), azida(N3-) y monóxido de carbono (CO) bloquean el flujode electrones a nivel de la citocromoc oxidasa.-cianuro y azidabloquean la forma férrica (Fe3+) del hemoa3

-CO bloquea la forma ferrosa (Fe 2+) del hemoa3.

Sistemas mitocondriales de transporte

La mitocondria posee dos membranas:

•EXTERNA: bastante permeablea un gran número deiones y moléculas pequeñas. Debido a presencia demuchas copias de la purina mitocondrial(VDAC).

•INTERNA: impermeable a la mayoría de las moléculas,PERO deben producirse numerosos intercambios entrecitosoly matriz mitocondrial. Este intercambio estamediado por una serie de proteínas transportadoras demembrana:

•NADH citosólicoproducido por la glicolisis:-lanzaderaglicerol-3-fosfato-lanzadera malato-aspartato.

•Transporte ATP/ADP:-ATP/ADP translocasa-fosfatotranslocasa.

•otros transportadores:-transportador de compuestosdicarboxilicos-transportador de compuestostricarboxilicos-transportador de piruvato

Lanzaderas de electrones del NADH

•El NADH citosólico debe ser regenerado a NAD+ para que pueda continuar la glicólisis. En condicionesaerobias sus electrones deben entrar a la matriz mitocondrial para ser transferidos a la cadena detransporte electrónico. PERO la membrana interna mitocondriales impermeable a NADH y NAD+. LaSOLUCION que ha diseñado la célula son sistemas lanzadera donde se realiza la transferencia de loselectrones del NADH y no de la propia molécula•

En la lanzadera glicerol-3-fosfato:los electrones sontransferidos a glicerol-3-P, que los transfiere

posteriormente al FAD•

En la lanzadera malato-aspartato se usa el malato como transportador de los electrones a traves de la membrana.

Lanzadera glicerol-3-fosfato

•Con esta lanzadera el rendimientoenergético del NADH citósolicoesmenor ya que el aceptor final de loselectrones es Q: el resultado es unmenor bombeo de protones.

•En balance neto la utilización deesta lanzadera permite el transportede electrones pero implica un costetermódinamicode una móleculadeATP por cada dos electrones.

•La lanzadera glicerol-3-P es muyabundante en músculo, lo quepermite realizar la fosforilaciónoxidativa a velocidad muy alta.

Lanzadera malato-aspartato

•Sistema reversible: solo se producirá transporte deNADH a la matriz mitocondrial cuando la relaciónNADH/NAD sea mayor en el citosol que en la matrizmitocondrial.

•Lanzadera más compleja, pero más eficienteenergéticamente, el resultado final es NADHen la matriz mitocondrial.

•Sistema especialmente activo en hígadoy corazón.

Transporte ATP/ADP

El ATP que se genera en el proceso de lafosforilación oxidativa esta en el lado de lamatriz mitocondrial. No puede atravesar lamembrana interna mitocondrial, al igual queADP y la molécula de fosfato inorganico (Pi).Es necesario un sistema de transporte demembrana:

•ADP/ATP translocasa:realiza elintercambio antiporteentre ADPcitosolicoy ATP de la matrizmitocondrial.

•Transportador fosfato:realiza untransporte simportede fosfato y protones.Actuade manera coordinada con ATP/ADPtranslocasa.

Rendimiento neto de la fosforilaciónoxidativa.

•ATP sintasa requiere r la translocación de 3H+porcadaATP que produce.•El transporte al citosol de Pi, ADP and ATP requiere1 H+.•Rendimiento neto: 4 H+ transportados por cada ATP sintetizado

Para NADH: 10 H+ bombeados(10 H+/ 4 H+) = 2.5 ATPparaFADH2= 6 H+ bombeados(6 H+/ 4 H+) = 1.5 ATP

Control integrado de la síntesis de ATP

•Transporte electrónico y síntesis de ATPse encuentran íntimamente ligados: loselectrones no suelen desplazarse a lo largo de la cadena hasta el O2a menos que almismo tiempo ADP se fosforilepara formar ATP

•El factor más importante a la hora de determinar la velocidad de la fosforilaciónoxidativa es el nivel de ADP.

•La velocidad de consumo de oxígeno por lasmitocondrias AUMENTA cuando se añade ADP yrecupera su valor inicial cuando este ADP añadido seconvierte en ATP: CONTROL RESPIRATORIO ocontrol por medio del aceptor

•Significado fisiológico sencillo: el nivel de ADP aumenta cuandose consume ATP. Solo se realizara transporte electrónico hacia elO2cuando se necesite sintetizar ATP.

•En definitiva, la carga energética, la relación ATP/ADP es la quecontrola la producción de energía por parte de la célula.