bolilla 2- 1° parte
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BOLILLA 2- 1° parte
Transporte electrónico y fosforilación oxidativa. Mitocondrias. Cadena respiratoria. Localización. Balance energético. Desacoplantes: proteínas desacopladoras. Inhibidores. Síntesis de ATP. Hipótesis quimiosmótica. Translocasas. Regulación de la fosforilación oxidativa. Oxidasa alternativa en vegetales. Luciferina-luciferasa. Fotofosforilación y fotosíntesis: Proceso en plantas superiores. Reacciones luminosas. Captación de la energía luminosa. Cloroplastos y pigmentos. Transporte electrónico cíclico y no cíclico. Síntesis de ATP por fotofosforilación. Similitudes entre fosforilación oxidativa y fotofosforilación. Concepto unificador de la teoría quimiosmótica. Otros organismos fotosintetizadores. Sistema microsomal de transporte electrónico. Formación de compuestos oxígeno-reactivo. Radicales libres. Sistemas de protección.
Lípidos
ACIDOS GRASOS
Hidratos de carbono
GLUCOSA
Proteínas
AMINOACIDOS
OX
ID
AC
IO
N
Compuestos con
uniones ricas en energía
NADH
FADH2
ATP
O2
C6H12O6 +6O2 6CO2 + 6H2O
ΔG0
= -2870 Kj/mol ó -686 kcal/mol
OXIDACION COMPLETA DE LA GLUCOSA
VI
A
G
LI
C
O
LI
TI
C
A
O
XI
D
A
C
I
O
N
D
E
L
A
G
L
U
C
O
S
A
CH2
C – O – PO3
COO-
Fosfoenolpiruvato (PEP)
DGo’
= - 61,9 kJ/mol
װ
ו
O
C
O – PO3
C H2
C-O-PO3
H2
1,3-Bisfosfoglicerato
DG o’
= - 49,3 kJ/mol
װו
ו
ו
Ciclo de Krebs,
Ciclo de los ácidos tricarboxílicos,
Ciclo del ácido cítrico
1
2
2
• Hans Krebs,1937.
CH3
O
C – S-CoA
Acetil-CoA
DGo
’ = - 32,2 kJ/mol
ו װ
O2
O2
O2
O2
CR
CR
CR
CR
OXIDORREDUCTASAS (DESHIDROGENASAS)
- Deshidrogenasas nicotinamídicas, o ligadas a NAD.
- Deshidrogenasas flavínicas, o ligadas a FAD o a FMN.
AH2 + NAD+
A + NADH + H+
AH2 + FAD+
(FMN+
) A + FADH2 (FMNH2)
REACCION DE REDUCCION DE NAD+
R
│
│H
+
:H- (ion hidruro)
..
H H
+ H+
│R
NAD OXIDADO
(NAD+
)
NAD REDUCIDO
(NADH + H+
)
Ani
llo d
e ni
cotin
amid
a
REACCION DE REDUCCION DEL ANILLO FLAVINICO
.
H
+
-
R
R
H
H
e-
+ H+
Anillo isoaloxacina
R
e-
+ H+
FADH2 o FMNH2
Lípidos
ACIDOS GRASOS
Hidratos de carbono
GLUCOSA
Proteínas
AMINOACIDOS
OX
ID
AC
IO
N
Compuestos con
uniones ricas en energía
NADH
FADH2
ATP
O2
Adenosina Trifosfato (ATP)
Energía de Hidrólisis de los Compuestos de elevada Energía
Hidrólisis con eliminación de la repulsión de
cargas
IonizaciónEstabilización por
resonancia
• ATP
DGo’= - 32,2 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
AMP + PPi
2 Pi
Activación de Acidos grasos
Polimerización de ARN o ADN
Activación de Aminoácidos
Quimioluminiscencia
DGo’= - 33,4 kJ/mol
MECANISMOS DE SINTESIS DE ATP
• FOSFORILACION A NIVEL DE SUSTRATO
• FOSFORILACION OXIDATIVA CADENA DE TRANSPORTE
ELECTRONICO
HIDRÓLISIS DE UNA UNION DE
ALTA ENERGIA
O2
VI
A
G
LI
C
O
LI
TI
C
A
O
XI
D
A
C
I
O
N
D
E
L
A
G
L
U
C
O
S
A
CH2
C – O – PO3
COO-
Fosfoenolpiruvato (PEP)
DGo’
= - 61,9 kJ/mol
װ
ו
O
C
O – PO3
C H2
C-O-PO3
H2
1,3-Bisfosfoglicerato
DG o’
= - 49,3 kJ/mol
װו
ו
ו
Ciclo de Krebs,
Ciclo de los ácidos tricarboxílicos,
Ciclo del ácido cítrico
1
2
2
• Hans Krebs,1937.
CH3
O
C – S-CoA
Acetil-CoA
DGo
’ = - 32,2 kJ/mol
ו װ
O2
O2
O2
O2
CR
CR
CR
CR
MECANISMOS DE SINTESIS DE ATP
• FOSFORILACION A NIVEL DE SUSTRATO
• FOSFORILACION OXIDATIVA CADENA DE TRANSPORTE
ELECTRONICO
HIDRÓLISIS DE UNA UNION DE
ALTA ENERGIA
O2
Destino de los equivalentes de reducción
Memb.interna
Espacio
Intermem-brana
Memb.
interna
Memb.externa
Crestas
Mitocon-
driales
Matriz
CK
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 mitocondrial.
• El aceptor final de electrones es el oxígeno.• Los componentes se encuentran ordenados
en orden creciente de sus potenciales de reducción.
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 solo 1 e-.
POTENCIALES DE REDUCCIÓN ESTÁNDAR DE LOS TRANSPORTADORES DE LA CADENA RESPIRATORIA
Reacción redox (media reacción) E´0 (V)
2 H+
+ 2 e- → H2 - 0.414
NAD+
+ H+
+ 2 e-
→ NADH - 0.320
FMN + 2 H+
+ 2 e-
→ FMNH2 - 0.300
FAD + 2 H+
+ 2 e- → FADH2 - 0.220
Ubiquinona + 2 H+
+ 2 e-
→ ubiquinol + 0.045
Citocromo b (Fe3+
) + e- → citocromo b (Fe
2+) + 0.075
Citocromo c1 (Fe3+
) + e- → citocromo c1 (Fe
2+) + 0.220
Citocromo c (Fe3+
) + e- → citocromo c (Fe
2+) + 0.254
Citocromo a (Fe3+
) + e- → citocromo a (Fe2+
) + 0.290
Citocromo a3(Fe3+
) + e- → citocromo a3(Fe2+
) + 0.550
½ O2 + 2 H+
+ 2 e- → H2O + 0.820
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 (citocromos b y c1) Hemo, FeS
Citocromo c Hemo
Complejo IV (citocromo a-a3) Hemo, Cu
Cit.b /Centro Fe-S/ Cit c1
Coenzima
Q
Fe/Cu
Fe/Cu
O2
IV
FAD
Fe-S
II
Complejo III
CITOCROMO C –COENZIMA Q
OXIDO REDUCTASAComplejo IV
CITOCROMO OXIDASA
Cit.a
Cit a3
Cit.c
FeFe-SFe Fe Fe
III
Fumarato
Succinato
Complejo II
SUCCINATO DESHIDROGENASA
NADH
FMN
Fe-S
I
NAD+
Complejo I
NAD UBIQUINONA REDUCTASA
e-
H2O
Ciclo de Krebs
1
2
2
• Hans Krebs,1937.
O2
O2
O2
O2
CR
CR
CR
CR
Reacciones que proveen de NADH a la cadena respiratoria
Isocitrato
deshidrogenasa
α-cetoglutarato
deshidrogenasa
malato
deshidrogenasa
piruvato
deshidrogenasa
NADH + H+
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+
Camino de los equivalentes de reducción en el Complejo I
Ciclo de Krebs
1
2
2
• Hans Krebs,1937.
O2
O2
O2
O2
CR
CR
CR
CR
Reacciones que proveen de FADH2 a la cadena respiratoria
NADH + H+
Succinato
deshidrogenasa
Cit.b /Centro Fe-S/ Cit c1
Coenzima
Q
Fe/Cu
Fe/Cu
O2
IV
FAD
Fe-S
II
Complejo III
CITOCROMO C –COENZIMA Q
OXIDO REDUCTASAComplejo IV
CITOCROMO OXIDASA
Cit.a
Cit a3
Cit.c
FeFe-SFe Fe Fe
III
Fumarato
Succinato
Complejo II
SUCCINATO DESHIDROGENASA
NADH
FMN
Fe-S
I
NAD+
Complejo I
NAD UBIQUINONA REDUCTASA
H2O
e-
COMPLEJO II
• Succinato-coenzima Q oxidorreductasa• Coenzima: FAD• Proteínas ferrosulfuradas• Transfiere equivalentes de reducción desde
succinato a la coenzima Q
Succinato + FAD Fumarato + FADH2
FADH2 + Prot-Fe3+
FAD + Prot-Fe2+
Prot-Fe2+
+ CoQ Prot-Fe3+
+ CoQH2
REACCION DE LA UBIQUINONA
R
Ubiquinona (UQ)
e- + H
+
Radical semiquinona
R
H
R
H
H
Ubiquinol (UQH2)
e- + H
+
Otras deshidrogenasas que entregan electrones a la Ubiquinona
• Acil-CoA deshidrogenasa
• Glicerol-3-fosfato deshidrogenasa
FADH2CoQ
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
Estructura de los citocromos
Hemo A (Citocromo a y a3)
Estructura general de citocromo c y c1
SINTESIS DE ATP TEORIA QUIMIOSMOTICA
MATRIZ
ESPACIO INTERMEMBRANA
H+
H+
H+
H+ H
+
H+
H+
H+
H+
3 ATP
e-
e-
e-
e-
e-
e-e-
2 ATPH+
H+
H+
H+
H+
H+
TRANSLOCACION DE PROTONES Y SINTESIS DE ATP
Pi
Pi
POSTULADOS DE LA TEORIA QUIMIOSMOTICA
• Membrana mitocondrial impermeable a protones.
• Expulsión 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.
INHIBIDORES
• Inhibidores del transporte electrónico Inhiben solamente el transporte de e-
• Inhibidores de la fosforilación Inhiben la síntesis de ATP e indirectamente, el
transporte de e-.
• Desacoplantes Impiden la síntesis de ATP, y aceleran 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
metileno2,6 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 cit 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.
Desacoplan la fosforilación del transporte electrónico
+ 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 Inhibidore-
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
externa
NADH
deshidrogenasa
alternativa
Ubiquinona
oxidasa
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).
Control de la respiración
• Niveles de ADP
• Disponibilidad de sustrato en plantas
• Disponibilidad de oxígeno
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 O2Oxid.
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
principalCo-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
O2 RH
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-450
Reductasa
(Fe-S)
Citocromo P-450
reducido
RH
ROH
O2
H2O
Oxidado
Reducido
Reducido
Oxidado