Universidad de CaraboboFacultad de Ciencias de la Salud

Escuela de Medicina “Dr. Witremundo Torrealba”

Departamento de Bioquímica y FisiologíaNúcleo Aragua

Andrea Torres. Paola Torres. Wilson Torrealba.

Grupo #08

Profesora: Fabiola Sarco-Lira.

Noviembre, 2014.

Producción Aeróbica del ATP

Mitocondria y Cadena Respiratoria

Analizar la importancia de la cadena respiratoria en los procesos exergonicos en los organismos vivos.

- Secuencia de transportadores electrónicos y analizar la diferencia de los potenciales redox entre los intermediarios. Analizar la morfología de la mitocondria

haciendo hincapié en las funciones que cumple cada una de sus partes en el proceso de extracción de energía.

- Mitocondria: Estructura y función.

Agenda

Explicar el papel que juegan los transportadores de la cadena respiratoria en el metabolismo.

-Transportadores de electrones: Flavoproteínas. Citocromos. Ubiquinona. Proteínas Ferrosulfuradas.

Nombrar tres compuestos que inhiban a la cadena respiratoria. - Inhibidores de la cadena respiratoria.

Analizar la influencia de los inhibidores de la cadena respiratoria en el metabolismo central. - Efectos y mecanismos de acción de distintos inhibidores de la cadena respiratoria.

Agenda

ENGORDADO

¿En que lugar del organismo NO hay Mitocondrias?

Hígado

Hueso

Cerebro

Eritrocito

Mitocondria Estructura

Tomado de: Mathews, Bioquímica.

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Las dos membranas de la mitocondria delimitan un compartimiento:

Espacio Intermembranal

La membrana interna delimita otro compartimiento:

Cámara InternaLas dos membranas presentan zonas de fusión transitorias en las cuales se llevan a cabo intercambios entre el citosol y la mitocondria.

Mitocondria Estructura

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Membrana Externa PORINAS: forman poros acuosos que permiten el

transporte masivo de moléculas de talla inferior a los 10.000 daltons.

Interacción con proteínas motrices asociadas a los microtúbulos asociado al transporte o movimiento de las mitocondrias por el citoplasma.

Mitocondria

Membrana Interna

↑Proteínas. Crestas triplican superficie en proporción a la de la

membrana externa.

Cámara Externa Protones H+. Citocromo C, que circula entre las dos

membranas.

H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+

H+ cit c

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Cámara Interna

Contiene la matriz mitocondrial.

Gránulos ELECTRONDENSOS o gránulos de la matriz que poseen cationes (Ca++ y MG+++).

Ribosomas mitocondriales , constituidos por ARN ribosomal y proteínas.

Varias moléculas de ADN mitocondrial.

Sistemas enzimáticos.

Mitocondria Estructura

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Mitocondria Membrana Interna Es muy especializada. Cardiolipina: mantiene la membrana

impermeable a los iones.

Proteínas que realizan las reacciones de OXIDACIÓN en la cadena respiratoria.

Un complejo enzimático denominado ATP Sintetasa que fabrica el ATP en la matriz.

Proteínas de transporte específicas que controlan el pasaje de metabolitos en ambos sentidos.

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¿Qué Es?Es una serie de mecanismos de electrones, que

producen trifosfato de adenosina (ATP).Dos fuentes de energía son utilizadas por los organismos vivos: • Reacciones de óxido-reducción (redox) -

quimioautótrofos• Luz solar (fotosíntesis) - fotoautótrofos

Cadena Respiratoria

Es la tercera fase de la respiración celular.Proceso aeróbico que se da en las crestas mitocondriales. Su función es la de sintetizar ATP a partir de moléculas de NAD y FAD reducidos. 

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Complejos: proteínas con transportadores de e- (Transportadores de electrones)

Coenzimas: -NAD+, NADP+: Coenzimas SOLUBLES de enzimas deshidrogenasas.-FMN, FAD: Unidas covalentemente a flavoproteínas (grupo prostético) Quinonas: Transportadores en medio no acuoso (membranas)(Ubiquinona, Co Q, Q) Citocromos: Proteínas con grupo prostético hemo. Centros ferro-sulfurados: Proteínas con Fe asociado a átomos

de S.

¿Quienes la componen?Cadena Respiratoria 8

¿Qué Ocurre?

Síntesis de ATP (Fosforilación Oxidativa –Endergónico)

Crea un gradiente electroquímico mediante el flujo de electrones

entre diversas sustancias de esta cadena, que favorecen en último

caso la translocación de protones, para generar ATP.

Flujo de e- de menor E° a mayor E° (Exergónico) Bombeo de H+ de la matriz al espacio intermembranoso (Endergónico) Regreso de H+ a favor del gradiente (Exergónico)

Cadena Respiratoria 9

Componentes de la Cadena Respiratoria

Flavoproteínas

Proteínas Ferrosulfuradas

Ubiquinona

Citocromos

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FlavoproteínasTienen flavina como grupo prostético

firmemente unido.

Flavin Mononucleoti

do

Flavin Adenina

Dinucleotido

NADH Citocromo C Reductasa

Succinato Deshidrogenasa

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Proteínas Ferrosulfuradas Fe-S participan en

reacciones de transferencia de un solo electrón.

Uno, dos o cuatro átomos de Fe enlazados a átomos de azufre inorgánico.

Tomado de: Harper, Bioquímica Ilustrada.

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Ubiquinona

Semiubiquinona

Dihidroubiquinona (Ubiquinona

reducida)

Ubiquinona

10 unidades de Isopropeno.

No esta unido a una proteína.

Alojado en la zona apolar de la bicapa.

Portador móvil de electrones.

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Citocromos

Citocromo aa y a3

Complejo IV

Citocromo b

b566 y b562

Complejo III

Citocromo c

Hemoproteina de 13kDac y c1

Proteína periférica

asociada por atracciones

electrostáticas

Citocromo

Oxidasa

Complejo IV

Constituido por:

citocromos a y a3 , y dos Cu++

Reacciona con el O2

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Complejos de la Cadena

RespiratoriaComponentes de la Cadena RespiratoriaTransportador de Electrones Componentes Función

Complejo I (NADH ubiquinona reductasa) Dos tipos de proteínas redox: FMN reducido por NADH a FMNH2

Proteinas hierro-sulfuro 1-5 (FeS) reducidas por NADH a Fe3+

La enzima cataliza la oxidación de NADH por CoQ. Área de bombeo de protones.

Complejo II (Succinato ubiquinona reductasa)

Enzima del Ciclo del ATC: succinato deshidrogenasa.FAD.Proteinas hierro-sulfuro 1-3.

Cataliza la oxidación de FADH2 por CoQ.

CoQ (ubiquinona) Deriva de la quinona. Hace de lanzadera de electrones de los complejos I, II y III.

Complejo III (Ubiquinol-citocromo c reductasa)

Citocromos b (b562 y b566).Citocromo c1.Proteinas hierro-sulfuro.

Cataliza la oxidación de CoQ por el citocromo c.Área de bombeo de protones.

Citocromo C Citocromo c. Hace de lanzadera de electrones entre los complejos III y IV.

Complejo IV (Citocromo c oxidasa) Citocromo a y a1.Dos atomos de cobre.

Cataliza la reducción de cuatro electrones de oxígeno a agua.Área de Bombeo de Protones.

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ENGORDADO

¿En cuál complejo actúan el NADH y el FMN como intermediarios?

Complejo I

Complejo III

Complejo II

Complejo IV

Potenciales Redox de la

Cadena Respiratoria

Potenciales RedoxOxidante Reductor n E°'NAD+ + H+ NADH 2 -0,32

FMN (unido a la enzima) + 2H+

FMNH2 2 -0,30

FAD + 2H+ FADH2 2 -0,22

Fumarato + 2H+ Succinato 2 0,03CoQ + 2H+ CoQH2 2 0,04

Citocromo b (+3) Citocromo b (+2) 1 0,07Citocromo c1

(+3)Citocromo c1

(+2)1 0,23

Citocromo c (+3) Citocromo c (+2) 1 0,25Citocromo a (+3) Citocromo a (+2) 1 0.29

Citocromo a3 (+3)

Citocromo a3 (+2)

1 0,55

Fe+3 Fe+2 1 0,77½ O2 + 2H+ H2O 2 0,82

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Relación entre ΔG y los Potenciales

Redox Semi-reacciones E°' ΔG°' (KJ/mol)

Reductor NAD+ + H+ NADH -0,32 -3,86Oxidante FMN (unido a la enzima) + 2H+ FMNH2

-0,30Reductor FMN (unido a la enzima) + 2H+ FMNH2

-0,30-103,25

Oxidante Fe+3 Fe+2 0,77

Reductor Fe+3 Fe+2 0,7770,44Oxidante CoQ + 2H+ CoQH2

0,04

Reductor Fumarato + 2H+ Succinato 0,0348,25Oxidante FAD + 2H+ FADH2

-0,22Reductor FAD + 2H+ FADH2

-0,2217,37Oxidante CoQ + 2H+ CoQH2

0,04Reductor CoQ + 2H+ CoQH2 0,04

-70,44Oxidante Fe+3 Fe+2 0,77Reductor Fe+3 Fe+2 0,77

45,36Oxidante Citocromo c1 (+3) Citocromo c1 (+2) 0,23Reductor Citocromo c1 (+3) Citocromo c1 (+2) 0,23

-1,93Oxidante Citocromo c (+3) Citocromo c (+2) 0,25Reductor CoQ + 2H+ CoQH2

0,04-2,90Oxidante Citocromo b (+3) Citocromo b (+2) 0,07

Reductor Citocromo b (+3) Citocromo b (+2) 0,072,90Oxidante CoQ + 2H+ CoQH2

0,04Reductor Citocromo c (+3) Citocromo c (+2) 0,25

-110,01Oxidante ½ O2 + 2H+ H2O 0,82

Complejo IComplejo IIComplejo IIIComplejo IV

ENGORDADO

¿Qué ocurre si E°‘ es positivo?

Cede electrones

Tiende a reducirse

Se mantiene igual

Se oxida

Inhibidores 21

Influencia de Inhibidores

de la Cadena Respiratoria en el

Metabolismo

→ Cuando no hay O2, las coenzimas quedan reducidas, impidiendo que se complete el ciclo.→MODO DE ESCAPE: Degradación de glucosa a Piruvato, este se transforma en Lactato (por medio de la enzima Lactato Deshidrogenasa) permite la oxidación de NADH.

¿Qué sucede sí el Transporte de Electrones es bloqueado?

NADH FADH continúan reducidos, por lo que no pueden regresar al ciclo de Krebs.

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Diferentes Metabolismos23

Referencias Bibliográficas Appleton, Amber. Vanbergen, Olivia. Cursos Crash de Mosby: Lo

Escencial en Metabolismo y Nutrición. 4ª ed. Barcelona: Elsevier, 2013.

Hrycyna, Christine. Electron Transport Chain and Oxidative Phosphorylation [En línea]. Indiana: Purdue University, 2013. [Consulta: 05 de Noviembre 2014] Disponible en: http://www.chem.purdue.edu/courses/chm333/oxidative_phosphorylation.swf

Mathews, C.k.; Van Holde, K. E.; Ahern, K. G. Bioquímica. 3ª ed. Madrid: Pearson Educación, 2002.

Mckee, Trudy; Mckee, James. Bioquimica: La Base Molecular de la Vida. 3ª ed. Madrid: McGraw-Hill, 2003.

Murray, Robert; Bender, David; Botham, Kathleen; Kennelly, Peter; Rodwell, Victor; Weil P. Anthony. Harper: Bioquímica Ilustrada. 28ª ed. México: McGraw-Hill, 2010.

Nelson, David; Cox, Michael. Lehninger: Principios de bioquímica. 5ª ed. Barcelona: Omega, 2007.

Voet, Donald; Voet, Judith. Bioquímica. 3ª ed. Buenos Aires: Médica Panamericana, 2006.

¡Muchas Gracias!