UNIVERSIDAD NACIONAL “PEDRO RUIZ GALLO”FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS ALIMENTARIAS

ESCUELA PROFESIONAL DE INDUSTRIAS ALIMENTARIAS

ALUMNOS:

Elías Portocarrero Edwin

Guevara Coronel Nancy Pamela

Sánchez Estela Franklyn

Taboada García Zuzetti

CURSO: Bioquímica General

CADENA RESPIRATORIA

INTRODUCCIÓN• La mitocondria es la

fuente de energía de lacélula, en su interior tienelugar la captura de laenergía derivada de laoxidación respiratoria.

• El sistema mitocondrialque acopla la respiracióncon la generación delintermediario de altaenergía el ATP, sedenomina fosforilaciónoxidativa.

• La mitocondria ha sidollamada apropiadamente,“CASA DE FUERZA” de lacélula.

• Dentro de este organeloen donde se captura lamayor parte de la energíaderivada de la oxidaciónrespiratoria.

INTRODUCCIÓN

• En las mitocondrias, elsistema que aporta laenergía para la síntesis deATP por la ATPsintetasautiliza el flujo de protonesH+ para su activación, lo quese conoce como cadenarespiratoria o cadena detransporte de electrones.

• La cadena está formada poruna serie de enzimasdiseñadas por la evoluciónpara aceptar y cederelectrones

INTRODUCCIÓN

• La función de la cadenarespiratoria es la de reducirseu oxidarse.

• El aceptor final de loselectrones que viajan por lacadena respiratoria es eloxígeno.

• La mayor parte del oxígenoque nosotros respiramos seusa para aceptar los electronesque pasan por la cadenarespiratoria.

INTRODUCCIÓN

• Después de que un átomo de oxígenorecibe dos electrones, éste reacciona condos H+ y forma una molécula de agua.

INTRODUCCIÓN

• La respiración se desarrolla endos etapas:

• El ciclo de Krebs• Eltransporte terminal de

electrones .• En el curso de la respiración,

las moléculas de trescarbonos de ácido pirúvicoproducido por la glucólisis sondegradadas a grupos acetilode dos carbonos, que luegoentran al ciclo de Krebs.

• En el curso de la oxidación decada grupo acetilo se reducencuatro aceptores deelectrones (tres NAD+ y unFAD) y se forma otra moléculade ATP.

RESUMEN

• Casi toda la energía liberada a partir de laoxidación de los carbohidratos, grasas yproteínas se pone a disposición en lasmitocondrias como equivalentes reductores(-H o electrones), los cuales se encauzan haciala cadena respiratoria, donde pasan por ungradiente de redox de acarreadores hacia sureacción final con oxígeno para formar agua.

• Los acarreadores redox están agrupados encuatro complejos de cadena respiratoria en lamembrana mitocondrial interna. Tres de loscuatro complejos rienen la capacidad parausar la energía liberada en el gradiente redoxpara bombear protones hacia el exterior de lamembrana, lo que crea un potencialelectroquímico entre la matriz y el espacio dela membrana interna.

RESUMEN

• La ATP sintasa abarca la membrana yactúa como un motor rotatorio usando laenergía potencial del gradiente de protóno fuerza motríz de protón para sintetizarATP a partir de ADP y fosfato. De estemodo, la oxidación está estrechamenteacoplada a la fosforilación para satisfacerlas necesidades de energía de las células.

RESUMEN

• Dado que la membrana mitocondrialinterna es impermeable a protones yotros iones, los transportadores deintercambio especiales abarcan lamembrana para permitir que los ionescomo OH-, ATP 4-, ADP 3- ymetabolitos, pasen sin descargar elgradiente electroquímico a través de lamembrana.

RESUMEN

• Muchos venenos bien conocidos, comoel cianuro, suspenden la respiraciónmediante inhibición de la cadenarespiratoria.

RESUMEN

Los organismos aerobios pueden captar una proporción mucho mayor de la energía libre disponible de los

sustratos respiratorios que los organismos anaerobios.

La mayor parte de este proceso tiene lugar dentro de las mitocondrias, que se han denominado “centrales de

energía” de la célula.

Casi toda la energía que se libera durante la oxidación decarbohidratos, ácidos grasos y aminoácidos quedadisponible dentro de mitocondrias como equivalentesreductores (-H o electrones).

Las enzimas del ciclo de ácido cítrico y β-oxidación (enmitocondrias), junto con la cadena respiratoria reúne ytransporta equivalentes reductores hacia su reacción finalcon oxígeno:

FORMA: H2O y MAQUINARIA PARA FOSFATO DE

LA FOSFORILACIÓN OXIDATIVA ALTA ENERGÍA

LOS ELECTRONES:

Fluyen por la cadena respiratoria a través de un intervalo redox

desde NAD+/NADH hacia O2/2H2O.

Pasan por 3 complejos proteínicos grandes:

1. NADH-Q oxidorreductasa o ubiquinona (complejo I):

Transferencia de electrones desde NADH hacia coenzima Q (Q)

2. Q-Citocromo c o oxidorreductasa (complejo III): Pasa

electrones hacia el citocromo c.

3. Citocromo c oxidasa (complejo IV): completa la cadena, pasa

electrones hacia O2 y hace que se reduzca a H2O.

4. Algunas sustancias con potenciales redox más positivos queNAD+/NADH (succinato) pasan electrones hacia Q por mediode un cuarto complejo, la succinato-Q reductasa (complejo II).

Los cuatro complejos

están embebidos en la

membrana mitocondrial

interna, pero Q y

citocromo c son

móviles.

El flujo de electrones a

través de los complejos I, III

y IV da por resultado el

bombeo de protones desde

la matriz mitocondrial hacia

el espacio intermembrana.

Q acepta electrones mediante el

complejo I y el complejo IIA. La NADH-Q oxidorreductasa o complejo I es una proteína grande,

en forma de L, que cataliza la transferencia de electrones desdeNADH hacia Q, junto con la transferencia de 4 H+ a través de lamembrana:

NADH + Q + 5 H+ NAD + QH2 + 4H+

Matriz Espacio Intermembrana

B. En el complejo II (succinato-Q reductasa), se forma FADH2

durante la conversión de succinato en fumarato en el ciclo delácido cítrico y luego los electrones pasan por centros Fe-S hacia Q.

• El glicerol-3-fosfato y la acil-Co-A también pasan electrones haciaQ con participación de flavoproteínas.

El ciclo Q acopla transferencia de

electrones al transporte de protones en el complejo III

Los electrones se pasan desde QH2 hacia citocromo c por medio del complejo III:

QH2 + 2cIT c oxidado + Q+ 2Cit c reducido +

2H+ MATRIZ 4H+ espacio intermembrana

Se cree que el proceso incluye: Citocromos c1, bL, y bH, y un Fe- S Riesk.

Q puede existir en tres formas: quinona oxidada, quinol reducido o semiquinona.

El oxígeno molecular se reduce

hacia agua por medio del complejo IV

El complejo IV oxida el citocromo c reducido, con la reducciónconcominante de O2 hacia dos moléculas de agua:

4Cit c reducido + O2 + 8H+ matriz 4Cit c oxidado+ 2H2O + 4H+ espacio

intermenbrana

De las ocho H+ eliminados de la matriz, cuatro se usan para formar dosmoléculas de agua, y cuatro se bombean hacia el espaciointermembrana.

De este modo por cada par de electrones que pasa por la cadena desdeNADH o FADH2, el complejo IV bombea 2H+ a través de la membrana.

EL

TRANSPORTE

DE

ELECTRONES

CREA UNA

GRADIENTE DE

PROTÓN PARA

LA SINTESÍS

DE ATP

El flujo de electrones por la cadena respiratoria genera ATP por medio de fosforilaciónoxidativa.

La teoría quimiosmótica (Peter Mitchell-1961) postula que los dos procesos están acoplados mediante un gradiente de protón a través de la membrana mitocondrial. La fuerza motriz de protón impulsa el mecanismo de síntesis de ATP.

Los complejos I, III y IV actúan como bombas de protones. Dado que la membrana mitocondrial interna es

impermeable a iones en general, y en especial a protones.

Estos de acumulan en el espacio intermenbrana, lo que crea la fuerza motriz de protón predicha por la teoría

quimiosmótica.

El ADP capta, en forma de fosfato de alta energía, una proporción importante de energía libre de los procesos

catabólicos.

El ATP resultante se denomina “moneda” de energía de la célula (impulsa procesos que requieren energía).

La fosforilación oxidativa comienza con la entrada de electrones en la cadenarespiratoria. La mayoría de esos electrones provienen de la acción de ciertas enzimasllamadas deshidrogenasas que colectan los electrones de diferentes vías catabólicas ylas canalizan en los aceptores universales de electrones que son los: (1) nucleótidos de nicotinamida (NAD+ ó NADP+) y (2) los nucleótidos de flavina

COENZIMAS DE OXIDO REDUCCION

Mecanismo por el cual los electrones liberados por los sustratos que

se han oxidado en las fases

previas del catabolismo, pasan por una serie de intermediarios hasta

llegar al O2 y producir H2O.

En su forma mas simple , la cadena respiratoria se puede

esquematizar así :

S

H2

NA

DH

succin

ato

Co

Q

Citocro

mo C

O

2

Comp

. I

Comp

. II

Comp.

III

Comp.

IV

COMPLEJOS ENZIMÁTICOS DE LA CADENA RESPIRATORIA

Además de la parte proteínica, el COMPLEJO I posee los

siguientes grupos prostéticos :

- FMN ( flavina mononucleótido ) : acepta dos electrones y

dos protones.

- Conglomerados Fe - S (4) : transporta electrones por medio

del átomo de hierro.

COMPLEJO I : NADH - CoQ oxidorreductasa : cataliza la

transferencia de electrones

entre NADH y CoQ :

NADH + H+ + CoQ CoQ H2

+ NAD+

Comp. I

La NADH- ubiquinona oxidorreductasa, también conocidacomo NADH deshidrogenasa ocomplejo I, es elprimer complejo proteico en la cadena de transporte deelectrones. Es uno de ensamblajes enzimáticos de membranade mayor tamaño, y el mayor de la cadena respiratoria.

COMPLEJO II : Succinato - CoA oxidorreductasa : cataliza

la transferencia de

electrones entre succinato y CoA :

CH2 CH2

CO2-

CO2-

C C

CO2-

CO2-

H H+ Co

Q

CoQ

H2

+

succinat

o

fumar

ato

Comp. II

La enzima succinato-Q oxidorreductasa, también conocidacomo complejo II o sucinato deshidrogenasa, es el segundopunto de entrada en la cadena de transporte de electrones.Es inusual debido a que esta enzima es la única que formaparte de los procesos del ciclo de Krebs y de la cadena detransporte de electrones.

El COMPLEJO II tiene los siguientes grupos prostéticos :

- FAD ( flavina- adenina dinucleótido ) : acepta dos

electrones y dos protones .

- Conglomerados Fe - S : transporta los electrones por

medio del átomo de hierro.

COMPLEJO III : CoQ - Citocromo C oxidorreductasa :

cataliza la transferencia de

electrones desde la CoQ hasta el Citocromo

C :

CoQH2 + 2 Fe3+ ( 2 cit. C ) CoQ + 2

Fe2+ ( 2 cit. C ) + 2H+

Complejo

III

El COMPLEJO III tiene los siguientes componentes :

-Citocromos b y C1: proteínas que tienen el grupo HEMO

como grupo prostético.

-Conglomerados Fe - S.

La reacción catalizada por el complejo III es la oxidación deuna molécula de ubiquinol y la reducción de dos moléculasde citocromo c, una proteína hemo libremente asociada conla mitocondria. A diferencia de la coenzima Q, quetransporta dos electrones, el citocromo c transporta solouno.

COMPLEJO IV : Citocromo C oxidasa : cataliza la

transferencia de los electrones

desde el citocromo C hasta el oxígeno

molecular :

2Fe2+ ( 2 cit. C ) + 2H+ + 1/2 O2 2Fe3+ (

2 cit. C ) + H2O

Complejo

IV

Los componentes del COMPLEJO IV son :

-Dos proteínas con grupo HEMO :

citocromos a y a3 .

-El átomo de cobre : se alterna entre las

formas Cu+ y Cu2+ .

ATP sintasa (complejo V)

ATP sintasa, también llamada complejo V, es la enzimafinal del proceso de la fosforilación oxidativa. Estaenzima se encuentra en todas las formas de vida yfunciona de la misma manera tanto en procariotascomo en eucariotas. Esta enzima usa la energíaalmacenada en un gradiente de protones a través de lamembrana para llevar a cabo la síntesis de ATP desdeADP y fosfato (Pi).

La ATP-Sintasa es un complejo enzimático localizado en la membrana mitocondrialinterna, que está formado por dos componentes principales llamados fracción F1 y fracción Fo.

El componente F1 proyecta hacia la matriz mitocondrial yel Fo forma un poro o canal través de la membrana mitocondrial interna.

ALGUNOS COMPUESTOS QUE

INTERFIEREN EN LA CADENA

RESPIRATORIA Y LA EN LA CADENA

RESPIRATORIA Y LA FOSFORILACION

OXIDATIVATipo de interferencia: Inhibición de la transferencia

de electrones

• Cianuro (CN-)

• Monóxido de carbono (CO)

• Monóxido de carbono (CO)

• Azida sódica (Na3N)

• Antimicina A

• Rotenona

• Amital

• Piercidina A

• Malonato

Inhiben la citocromo oxidasa (Complejo IV)

Bloquea la transferencia de electrones desde el

citocromo b al citocromo c1

Inhiben la transferencia de electrones desde un centro

Fe-S de la NADHdeshidrogenasa (Complejo I) a

laubiquinona (CoQ)

Inhibe la transferencia de electrones anivel de la

succinato deshidrogenasa(Complejo II)

bibliografia

• http://www.cobach-elr.com/academias/quimicas/biologia/biologia/curtis/libro/c8c.htm

• http://benitobios.blogspot.com/2009/05/cadena-respiratoria-y-fosforilacion.html

• HARPER. (2010). Cadena respiratoria y fosforilaciónoxidativa . En HARPER, Bioquímica ilustrada (págs. 103-112). México: McGRAW-HILL INTERAMERICANA EDITORES, S.A. de C.V.

HARPER “Bioquímica Ilustrada” Edic. 28 a.LANGE