Modulo ix..

Instituto Politécnico NacionalEscuela Nacional de Ciencias Biológicas

Departamento de MicrobiologíaLaboratorio de Bioquímica Microbiana

BIOQUÍMICA MICROBIANA

M en C. Carlos Jorge Martínez Canseco.

MODULO IX. MECANISMOS DE CAPTACIÓN DE ENERGÍA.

METABOLISMO ENERGÉTICO MICROBIANO.

RESPIRACIÓN, OXIDACIÓN Y FOSFORILACIÓN OXIDATIVA

Metabolismo energético microbiano.

¿ Cual es el significado bioquímico de la frase: para Escherichia coli cultivada en aerobiosis, la glucosa es la mejor fuente de carbono y energía?

El catabolismo (oxidación total) de la glucosa a través de las vías centrales, generan intermediarios carbonados (anfibolitos),las reacciones enzimáticas de oxido reducción son la unidad funcional metabólica.

¿ Cual es el papel de las reacciones enzimáticas en la conservación de la energía?

¿ que es una reacción química exergónica?

¿ que se necesita para que ocurra una reacción química? Energía de activación

¿ que es una reacción química endergónica?

Definir el papel catalitico de las enzimas

Qué son y cual es la importancia de las coenzimas.• Proteínas de bajo peso molecular, se unen a la enzima para

favorecer su actividad.• Se derivan de las vitaminas.• Ejemplos:

– NAD+ – FAD+ – biotina

• NAD+ + ED → EDox + NADH

• NADH + EA → EAred + NAD+

• Reacción neta: -ED +EA → EDox + EAred

NAD como acarreador de electrones, acarreadores redox

Ácido láctico a acido pirúvico + 2 H++ 2 e-

Nota: esta oxidación también es una reacción de deshidrogenación , ya que 2H = 2 H+ + 2 e-. La reducción: NAD+ 2 H+ + 2 e- NADH + H+

NADH + H+

OXIDACIÓN Y REDUCCIÓN. REDOX

2H++ 2e- H2 -0.42

NAD+ + 2H+ + 2e- NADH + H+ -0.32

S + 2H+ + 2e- H2S -0.274

SO4-2 + 8H+ + 8e- H2S -0.22

piruvato + 2H+ + 2e- lactato -0.185

FAD + 2H+ + 2e- FADH + H+ -0.18

citocromo b (Fe3+) + e- citocromo b (Fe+2) 0.075

ubiquinona + 2H+ + 2e- ubiquinona H2 0.10

citocromo c (Fe+3) + e- citocromo c (Fe+2) 0.254

NO3- + 2H+ + 2e- NO2

- + H2O 0.421

NO2- + 8H+ + 6e- NH4 0.44

Fe+3 + e- Fe+2 0.771

O2 + 4H+ + 4e- 2H2O 0.815

EL POTENCIAL DE OXIDACIÓN Y REDUCCIÓN. REDOX

Los potenciales redox Eo' se

pueden medir bajo condiciones estandard (1 M concentraciones, pH 7) Esto permite comparar entre dos pares químicos de una reacción:

Las reacciones exergónicas tienen un potencial electronegativo, las endergónicas electropositivos

H2 + O2 H2O Use tower to determine amount of Energy available from any pair or redox reactions. Go' = (- Eo') n F, where Eo' = (Eo' acceptor - Eo' donor), n = # of electrons transferred, and F = Faraday

constant, 96 kjoules/mole Example: for H2 + O2 H2O

o Eo' = + 0.82 - (-0.43) v. = 1.25 v.; n = 2 o Go' = (- 1.25 v. )(2)(96) kjoules = - 241 kJ/mole

QUÉ ES EL LLAMADO PODER REDUCTOR?

MOLÉCULAS QUE POSEEN DE MANERA TEMPORAL, ENERGÍA POTENCIAL PRODUCTO DE LA OXIDACIÓN METABÓLICA.

LAS COENZIMAS REDUCIDAS SON ENERGETICAMENTE ELECTRONEGATIVAS,

TIENDEN A DONAR ELECTRONES Y /O PROTONES.

¿ CUAL ES EL CAMINO QUE SIGUEN LOS ELECTRONES Y PROTONES DEL PODER

REDUCTOR?

Uso del ATP para almacenar energía

Obtención de energía por el metabolismo.1.Quimiotrofía orgánica e inorgánica.2.Fototrofía

Liberación de energía por el metabolismo.1.Fermentación.2.Respiración aerobia.3.Respiración anaerobia.

La hidrolisis de ATP es fuertemente exergónica

(-30.5 kJ/mol)1.Ocurre en todas las células.2.No hay un sistema enzimático capaz de originarlo.3.La actividad anabólica depende en beuna parte de él.

1932, Bensley y Hoerr fracción granular de hígado de cobayo,identificaron como mitocondrias. Claude 1940. Aisló fracción enriquecida en mitocondrias pero contaminada con gránulos secretorios. 1939 Leloir y Muñoz. Centrífuga de mesa refrigerada con una cámara de neumático de automóvil llena con hielo y sal. una fracción granular de hígado de rata que oxidaba ácido butírico, primer informe de oxidación de ácidos grasos por una preparación subcelular. 1948 Hogeboom, Schneider y Palade. Mitocondrias como las organelos responsables de las oxidaciones celulares productoras de energía. 1948 Green, Loomis, y Auerbach. demostraron que el sistema del ácido cítrico esta asociado a la fracción mitocondrial, y Lehninger describió la localización del ciclo del ácido cítrico y la oxidación de ácidos grasos en las mitocondrias.

La mitocondria como modelo para el estudio de la síntesis de ATP

Antecedentes históricos

• La simbiosis va mas allá de una simple ingestión.• El genoma del mtDNA humano contiene 37 genes, la mayoría tRNAs y algunas de las proteínas de la fosforilación oxidativa:

7/27 del Complejo I 0/4 del Complejo II 1/9 del Complejo III 3/13 del Complejo IV 2/12 del Complejo V

El resto se esta codificado y se importavia sistema de transporte TOM/TIM.Esto muestra que los genes mitocondriales o se perdieron o se pueden transferir al genoma nuclear.

Estructura y función mitocondrial

A General Theory of Membrane Transport from Studies of Bacteria (1957)

Coupling of Phosphorylation to Electron and Hydrogen Transfer by a Chemiosmotic Type of Mechanism (1961)

Chemiosmotic Coupling in Oxidative and Photosynhetic Phosphorylation ("First Book", 1966)

Translocations through Natural Membranes (1967)

Chemiosmotic Coupling and Energy Transduction ("Second Book", 1968)

Vectorial Chemistry and the Molecular Mechanics of Chemiosmotic Couplig: Power Transmission by Proticity (1976)

David Keilin's Respiratory Chain Concept and Its Chemiosmotic Consequences (Nobel lecture, 1978)

PETER MITCHELL

Y LA

TEORIA QUIMIOSMÓTICA

La teoría quimiosmótica de Peter Mitchell es

generalmente aceptada para explicar el mecanismo

de acoplamiento de los procesos respiratorio,

oxidativo y la fosforilación. Esta teoría consiste en tres

postulados:

a) la membrana interna es impermeable a protones y

a hidroxilos.

b) En la membrana existen acarreadores que forman

una cadena respiratoria que transloca protones hacia

el medio extramitocondrial citosólico (dos protones

por cada dos electrones) en un proceso vectorial

acoplado al transporte de electrones a través de los

sitios de conservación de energía.

c) la ATPasa (ATPsintetasa) es una enzima que

transporta vectorial y, reversiblemente, protones con

una estequiometría característica: dos protones por Pi

incorporado (o liberado) del ATP. La síntesis de ATP se

relaciona con la entrada de protones a la matriz

mitocondrial.

POSTULADOS DE LA TEORÍA QUIMIOSMÓTICA DE PETER MITCHELL

SISTEMA DE TRANSPORTE DE ELECTRONES: Mecanismo mediante el cual los electrones pasan a lo largo de una serie de moléculas acarreadoras liberando energía para la síntesis de ATP.

QUIMIO-OSMOSIS: La producción de ATP utilizando la energía liberada cuando los iónes de hidrógeno (protones) fluyen a través de un complejo llamado ATP sintetasa.FUERZA MOTRIZ DE PROTONES: Estado energizado de la membrana que ocurre cuando el lado externo de una membrana tiene una carga eléctrica positiva y la parte interna tiene una carga negativa.

Componentes de la cadena respiratoria

Localización Grupos prostéticos

Función

NADPH / NADP (CASI 100% REDUCIDO)

Matriz mitocondrial Ninguno Acarreador movil

Transhidrogenasa ligada a energía NADPH + NAD+=> NADH + NADP+

Proteína membranal Ninguno Bomba de protones 2H+/2e-1

NADH/ NAD (MENOS DEL 30% EN FORMA REDUCIDA)

Matriz mitocondrial Niniguno Acarreador movil

NADH Deshidrogenasa (complejo 1)

Proteina transmembranal, multi subunidades

Hierro no hemo y FMN

Bomba de protones 4H+/2e-1

Succinato deshidrogenasa (complejo 2)


Hierro no hemo y FAD

No bombea protones

Ubiquinol- Ubiquinona Disuelto en lípidos de membrana interna

- Acarreador movil.

Ubiquinol-citocromo c reductasa (complejo 3)


Hierro no hemo, hemo b y hemo c1


Citocromo c (ferroso / férrico)

Espacio intermembranal hemo c Acarreador movil

Citocromo c oxidasa (complejo 4)


Cobre, hemo ay hemo a3


ATPasa F0/F1 (ATP sintetasa)


Ninguno Bomba de protones3H+ / ATP

COMPONENTES DE LA CADENA RESPIRATORIA MITOCONDRIAL

http://www.bmb.leeds.ac.uk/illingworth/oxphos/complex3.htm

• La mitocondria realiza reacciones químicamente favorables (oxidación de sustratos).• Las reacciones están constreñidas y acopladas a una reacción química desfavorable (formar ATP)• Si la mitocondria se daña mecanicamente, el acoplamiento se pierde.

• El efecto del ADP sobre la respiración puede repetirse hasta que se termine el oxígeno.• La cantidad extra de oxígeno durante cada etapa es proporcional a la cantidad de ADP adicionada.• El radio P:O es 2.5 para sustratos dependientes de NAD o 1.5 para succinato.• Radio P:O es el número de moles de ADP convertido ATP por átomo de oxígeno

reducido a agua.• Succinato no es un buen agente reductor como el piruvato y otros intermediarios de Krebs • Hay menor energía liberada.

Comprobando la teoría de Mitchell. El enfoque respiratorio

Moléculas que afectan la función mitocondrial:

1. Bloqueadores de cadena respiratoria: cianuro, antimicina, rotenona y TTFA,

bloquean la respiración en presencia de ADP o desacoplantes.

2. Inhibidores de la fosforilación: Oligomicina, elimina la grafica de consumo de

oxígeno después de agregar ADP, pero no tiene efecto sobre la respiración

estimulada por un desacoplante.

3. Agentes desacoplantes: 2,4 dinitrofenol, CCCP, FCCP, disipan el acoplamiento

entre cadena respiratoria y el sistema de fosforilación

4. Inhibidores del transporte: ácido atractilosido, ácido bongkrekico , NEM.

Evitan la salida del ATP, u otras moléculas a través de la membrana.

5. Ionóforos: valinomicina, nigericina, hacen permeable a la membrana a

compuestos que ordinariamente no pasan por ella.

6. Inhibidores del ciclo de Krebs: arsenito, aminooxiacetato, bloquean una o más

reacciones del ciclo.

Comprobando la teoría de Mitchell. El enfoque funcional

Agentes desacoplantes. • Compuestos que no permiten el consumo de oxígeno.• No se captura energía liberada durante la oxidación, se disipa como calor.• Daño mecánico de la mitocondria también causan desacoplamiento.La respiración desacoplada procede hasta un máximo y hasta que se consume de todo el oxígeno.2,4 Dinitrofenol: ionóforo.DNOC: dinitro ortho cresol, insecticida. Relativamente débiles.CCCP: carbonyl cyanide phenylhydrazones

Valinomicina: ionoforo de potasio, destruye ∆Em pero no ∆pH Nigericina ionóforo antiporte H+ por K+. destruye ∆pH pero no ∆Em.

Inhibidores de la respiración.Asociados a cambios espectrales en los componentes de las cadenas transportadoras quedando oxidados o reducidos. El patrón de inhibición puede ser muy revelador y difiere de un compuesto a otro.

Cianuro• bloquea la respiración con todos los sustratos haya o no ADP. • La mayoría de los componentes quedan reducidos. • Esto sugiere que inhibe el grupo hemo muy cerca del oxígenoAntimicina A • bloquea la respiración con todos los sustratos. EXCEPTO los artificiales (ascorbato + TMPD (tetramethyl phenylenediamine) que pasa electrones vía citocromo c. • Citocromos a y c muestran su espectro oxidado, pero los otros componentes permanecen reducidos.• Bloquea del lado del sustrato del cit c

Rotenona (insecticida orgánico)• Bloquea sustratos dependientes de NAD•Permite la oxidación del succinato.•Todos los citocromos muestran espectro oxidado.

TTFA (thenoyl trifluoroacetone) • bloquea la oxidación de succinato pero permite la oxidación de sustratos asociados a NAD. • La cadena se ramifica en canales a nivel del lado del sustrato donde la antimicina bloquea cit b

Componentes de las cadenas transportadoras de electrones. El modelo mitocondrialCitocromos.

Hemoproteinas que transfieren electrones pertenecen a la familia de los citocromos. Keilin,1925 describe un grupo de hemoproteinas intracelulares que pueden someterse a oxidación-reducción.Exhiben bandas de absorción entre 510 y 615 nm. Se incluyen a todas las hemoproteínas intracelulares excepto hemoglobina, mioglobina, las peroxidasas, catalasa, triptofano 2,3-dioxigenasa, proteínas hemo-tiolato (P-450) y las nitrito y sulfito reductasas. En consecuencia, en esta familia se encuentran también proteínas con funciones muy diferentes. Varias enzimas también se conocen como citocromos: citocromo –oxidasa c (EC 1.9.3.1), L-lactato deshidrogenasa (yeast cytochrome b2, EC 1.1.2.3) y el citocromo P-450 (EC 1.4.14.1).

Tipos de citocromos. Actualmente se conocen cuatro grupos de citocromos: Citocromos a: grupo prostético hemo a, el quelato del fierro es citoporfirina IX. Citocromos b: protohemo [quelato: protoporfirina IX] carece de enlace covalenteentre la proteína y la porfirina. Citocromos c: enlaces covalente tioeter entre uno o ambas cadenas del protohemo y la proteína. Citocromos d. Quelato tetrapirrolico como grupo prostético en el cual el grado de conjugaciónde los dobles enlaces es menor que con las porfirinas, tetrahidroporfirina[isobacteriochlorins; heme d1, siroheme].

Grupo del Citocromo a. Citocromo aa3. complejo proteínico con dos hemos a, uno de bajo spin (cit a)y uno de alto spin (cit a3).banda alfa 605 nm.Membranal,cataliza la oxidación por oxigéno, del cit c mitocondrial y de algunas bacteriasEn la mayoría las posiciones 5 y 6 estan rodeados por aminoacidos y se evita la reacción con el oxígeno.En la Hb hay una histidina en la posición 5 la posición 6 esta libre y permite la unión con el O2Lo mísmo ocurre con este citocromo, reacciona con oxigeno molecular. En E. coli tanto cit d como cit o son oxidasas terminales.

Grupo del Citocromo b Citocromos b (cyt b) proteínas transportadoras de electrones con uno o dos grupos hemo b, unidos no cavalentemente a la proteína. El quinto ligando siempre es una histidina. Posee un amplio rango de propiedades y funciones en diversos proceso de oxidoreducción.P450 y sintasa del oxido nitrico (NOS), también se conocen como `citocromos b' Aunque su principal función es catalítica. Deben llamarse `proteínas hemo-tiolato)Citocromo b, presenta grupos vinil en laqs posiciones 2 y 4 Citocromo b1 en Escherichia coliCitocromo b2 en levaduras. Cytochrome b5 en microsomas eucariotes y citoplasma de eritrocitos.

Citocromo grupo c.Es el más pequeño, (PM 12,000), en mitocondriaes el sustrato de la oxidasa terminal (EC 1.9.3.1) en la fosforilación oxidativa. Soluble, de bajo spin, monohemoproteina (103-112 aa´s).Potencial redox es 250 mV. Reducido tiene banda alfa 550 nm, beta 520 nm.Cit c1, 30 kDa membranal mitocondrial, reducido tiene banda alfa 553.Funciona como donador de electrones al cit c en mitocondria y bacterias.La proteina que se encuentra en el complejo bc de las plantas verdes se conoce como citocromo f.Cit c pueden definirse como proteínas transportadoras de electrones con uno o mas grupos hemo c, unidos a la proteína comunmente por dos enlaces tioeter por grupos SH de cisteina. El quinto ligando del hemo siempre es una histidina.

Grupo Citocromo d.Se describio al principio como citocromo/hemo a2. Presente en muchas bacterias aeróbicas, especialmente cuando crecen en suministros limitados de oxigeno.Escherichia coli y Aerobacter aerogenes. En los complejos proteínicos de multisubunidades, 636 nm (oxidado) o 628 nm (reducido).Esta asociado con otros grupos prostéticos.

Estructuras de centros Fe-S.A.- 2S-2Fe. B. 4S-4Fe.Aunque contienen varios átomos de Fe, cada centro solo puede acarrear un electrón a la vez. En las cadenas transportadoras hay hasta 6 centro Fe-S

Proteínas Fierro-Azufre (Iron-Sulfur Proteins, FeS Proteins).

Poseen Fierro pero no grupo hemo, en su lugar se encuentra unido a azufre inorgánico.Algunas veces se denominan genericamente como proteínas fierro no hemo (non-heme-iron,NHI proteins). Acarreadores de electrones, solo pueden transportar un solo electrón,aún cuando tengan uncentro con 2 o 4 átomos de hierro.El eloectrón es compartido entre los átomos de hierro: e- + Fe2+ = Fe3+Variantes estructurales,la mas común Fe2S2 plana, la cuboide Fe4S4Ambos se encuntran unidos a la proteína por 4 residuos de cisteina.

Ubiquinona Coenzyme Q10 (CoQ 10) Liposolubles,tipo vitamina, coenzima o precursores de coenzimas.Se sietiza a partir de tirosinaQ10 es la coenzima de por lo menos tres complejos mitocondriales (I, II y III).Los complejos mitocondriales Su función es la transferencia de protones y electrones.Se encuentra en todos los sistemas respiratorios celulares: ubiquinona en mitocondria, plastoquinona en cloroplastos y menaquinona en bacterias.

CoQ10 aislada por Dr. Frederick Crane,Wisconsin, U.S.A., in 1957.1957, Professor Morton,England definio un compuesto obtenido del higado de rata deficiente en vit A, como CoQ10. Morton introdujo el termino ubiquinone, ubiquitous quinone. 1958, Karl Folkers en Merck, Inc., sintetizó y determinó la estructura química precisa de CoQ10: 2,3 dimethoxy-5 methyl-6 decaprenyl benzoquinone.

Quinonas. Toman un H+ del medio acuoso por cada electrón que aceptan.pueden acarrear ya sea uno o dos electroenes de cada a´tomo de hidrógeno.Cuando donan sus electrones al siguiente aceptor, liberan protones. Mitocondria ubiquinona (coenzima Q), plastoquinona en plantas

El tallo hidrofóbico son unidades de isoprenos (6-10)

Quinonas Ubiquinona (UQ) acarrea electrones de I y II al complejo III. La cola hidrofobico: UQ/UQH2 puede migrar en la membrana. La reducción parcial de UQ genera un radical ubisemiquinona (UQH·), que es muy inestable y debe ser reducido rapidamente a UQH2.Complejos I y II desembocan en la poza de ubiquinol (UQH2)

Complejo I.NADH dehydrogenase. Remueve 2 e´s y los transfiere a la ubiquinona.Los 2 e´s pasan a través de varias flavinas (FMN), centros FeS y quinonas (UQ).4 protones son bombeados a través de éste complejo por cada NADHCuando los electrones llegan a la UQ, estyas toman otros 2 protones del medio forman ubiquinol (UQH2) (son diferentes de los del NADH.Se produce 1 UQH2/ NADH oxidado.NADH poder reductor del C Krebs

Complejo II.Succinato deshidrogenasa. Es la única membranal del CK.La oxidaciçon del succinato tiene un ∆G pequeño para bombear protones.Genera 1 UQH2 por succinato. Los electrones pasan a Fe S Y LOS PROTONES A FAD a la poza de UQH2 pool.

Complejo III.Citocromo reductasa ( oxidoreductasa).Bombea 4 H+ / UQH2 (incluyendo los 2 de los complejos I o II a UQ).Produce 2 cit-c RED (citocromo c reducido) por UQH2 oxididado. El fierro del grupo hemo de cit b y c Fe3+ a Fe2+. El complejo bombea 4 protones acoplandose al ciclo Q, el cual le proporciona los 2 electrones de 1 UQH2 a 2 moleculas de cit-c, que solo reciben 1 electron.

Complejo IV.Citocromo oxidasa (cyt-ox). Bombea 2 H+ / 2 cit-cRED, y produce 1 H2O / 2 cit-cRED oxidado. Recibe electrones del cit c, el cual es una proteçina pequeña y movil que difunde de III a IV. Los electrones pasan a traves de citocromos a y centros de ion cobre.CuB y cit-a3 realizan la reducciçon de oxigeno a agua.Cada NADH originalmente oxididado rinde 2 electrones, y son suficientes para reducir media molçecula de O2 a H2O. Se requieren 4 electrones, 2NADH, para reducir una molecula completa de dioxigeno.

Complejo V.ATP sintasa (ATPasa F-tipo). Convierte un gradiente de H+ en ATPProduce ATP por 3 o 4 H+ Actúa como un motor: subunidad FO gira a medida que pasan los protones y se sintetiza el ATP debido a los cambios conformacionales que causa en F1. Probablemente requiere 3 protones par formar una molécula deATP, pero uno mas se requiere para traslocar el ATP de la matriz, y ADP/fosfato

CADENA RESPIRATORIA BACTERIANA Ó

SISTEMAS RESPIRATORIOS BACTERIANOS

Los Sistemas Transportadores de Electrones (STE) en los procariotes básicamente están formados por los mismos tipos bioquímicos de moléculas.

La diferencia es estructural, no funcional.

Los principios de la teoria de Mitchell se aplican a todas las membranas biológicas.

Esto ha originado una gran diversidad de sistemas transportadores en las diferentes especies de procariotes (archea y eubacteria).

Más aún, una misma especie es capaz de modificar sus STE de acuerdo a las condiciones en las que se encuentre.

Los anaerobios facultativos son capaces de emplear Sistemas Respiratorios específicos para condiciones muy particulares.

LOS SISTEMAS RESPIRATORIOS DE Escherichia coli.

Deshidrogenasas.

Componentes: Flavinas, centros Fe-S,

citocromos proteínas con molibdeno.

Quinonas o ubiquinonas en la mayoría

de los casos.

Principales oxidasas: cit o, cit d.

Una oxidasa potencial,hidrogenasa,

también es una deshidrogenasa la cual

funciona con la formiato deshidrogenasa

para dar la actividad de formiato:H2-

liasa.

La presencia y concentraciones de

diferentes sistemas respiratorios estan

regulados por las condiciones de

crecimiento, permitiendo la ganancia

neta de energía.

Inducibles

Modularidad de los sistemas respiratorios bacterianos (E.coli).Los electrones de los sustratos donadores viajan a través de las deshidrogenasas a una poza de quinonas común (Q,ubiquinona; DMK dimetil metaquinona; MK menaquinona), de los cuales pasan a los aceptores finales vía reductasas, de esta manera son capaces de ensamblar por la síntesis de las deshidrogenasas y reductasas específicas en respuesta a la disponibilidad de sustratos y condiciones de cultivo específicos.

LOS SISTEMAS RESPIRATORIOS BACTERIANOS. Diversos constituyentes Flavoproteínas, Proteínas Fe-S, Quinonas y Citocromos. Cada bacteria expresa un solo tipo de quinona:Ubiquinona y Menaquinona.

SDH

FDH

HGasa

Succinato

Formiato

H2

Q/QH2 bc1

Quinol oxidasas

c

ba bb bo d bd aa1

Citocromo c oxidasas

aa1 ba baa caa1 cbb caa ca

Reductasas

O2

NO3, NO2, NO, S2O3, S, SO2,SO3, FUMARATO

Sección Quinona Reductora

Amplia divergencia

SDH

FDH

HGasa

Succinato

Formiato

H2

Q/QH2 bc1

Quinol oxidasas

c

ba bb bo d bd aa1

Citocromo c oxidasas

aa1 ba baa caa1 cbb caa ca

Reductasas

O2

NO3, NO2, NO, S2O3, S, SO2,SO3, FUMARATO

Sección Quinona Reductora

Amplia divergencia

Sección Quinona Reductasa.Sector de las Deshidrogenasas. Permiten oxidar un amplio grupo de sustratos sin mediación del NAD+ excepto NADH DHasa Para cada sustrato existe una Deshidrogenasa membranal que transporta 2 e´s a la poza de quinonas Asociadas a la membrana y la mayoría a una quinona como aceptor. Poseen grupos prostéticos variables: Fe-S, FAD, FMN, citc, cit b, etc. Inducibles por diversas condiciones de cultivo: Succinato, Formiato.La succinato deshidrogenasa: Complejo II, Membranal multimérica, oxida succinato a fumaratoLa Quinol Citocromo c Reductasa (complejo bc1): Presente en casí todas las bacterias,oxida quinol y reduce metalo proteínas, esta enzima funciona como Bomba de Protones

El complejo V es la FoF1ATPasa que acopla la síntesis de ATP a la re-entrada de H+

Guerra G. y cols. BEB 2001 20 (2): 85-92

E.coli.F1: 33 33 hexámero globular hueco ocupado por .F0: ab2c12 a 5 trans (30kD), b 1 transmembranal (17 kD), c 1 c/u (8kD).

F1: Síntesis de ATP, F0: transporte de H+

F1 y la Síntesis de ATP.6 sitios de unión a nucleótidos en 33

Sitios catalíticos. papel incierto, la no unión de nucleótidos, inhibe hidrólisis pero no la síntesis de ATP.

MECANISMO DE SITIOS ALTERNANTES. Boyer 1997. sitios catalíticos cambian de conformación.Diferentes afinidades por nucleótidos.Open (O), Laxo (L), (T) Compacto.O = vacío, L = ADP + P, T = ATP fuertemente unido.T cambia a O debido a la energía del gradiente H+ y libera ATP, O en L.

Mecanismo del cambio de conformación de la ATP sintetasa.

The binding change mechanism - Paul Boyer y John Walker (Nobel 1997)

· El gradiente de H+ origina un cambio de forma en el complejo F!.

· Tanto el ATP y ADP se unen a las tres subunidades beta

· Ocurren tres cambios de conformación para el complejo completo(F1F0),

abierto (O), flojito (loose) (L) y apretado (tight, T) en los sitios de unión.

· El flujo de protones origina que en cada subunidad cambie y se forma un enlace fosfoanhidrido entre el Pi y ADP.

El potencial de membrana ayuda a crear un gradiente de alta concentracion dentro del poro F0.

· La energía libre de la concentración de protones convierte al estado O, liberando ATP.

Acoplando la entrada de H+a la síntesis de ATP en OXPHOS

Acoplando la entrada de 3 moles de H+a la sintesis de un mol de ATP:

Es favorable ?

Copyright 1999. ASM Digital Image Collection. Terry

Animation of Electron transport in Bacteria

Go to Animation of ATP synthesis in Bacteria

http://www.microbelibrary.org/images/Tterry/anim/ETSbact.html

http://www.microbelibrary.org/images/Tterry/anim/ATPsynthbact.html

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