bioenergética de los carbohidratos cadena respiratoria (1)
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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
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