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