Cadena de Transporte de Cadena de Transporte de Electrones Electrones CTECTE

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http://www.wiley.com/legacy/college/boyer/0470003790/animations/electron_transport/electron_transport.htm

Animaciones

Generalidades CTE (abrir esta en clase)http://vcell.ndsu.nodak.edu/animations/et

c/movie.htm

ATP Synthase (abrir esta en clase)http://vcell.ndsu.nodak.edu/animations/at

pgradient/movie.htm

DNA RNA Nucleótidos

Otras moléculas

Otras moléculas

Proteínas Aminoácidos

Lípidos Acidos grasos

CHO’s Azúcares

¿Dónde estamos?

Metabolismo

El alimento ingresa a la célula donde se incorpora a los ciclosmetabólicos. En lasmitocondrias se reúnenlas rutas de catabolismo de proteínas, grasas y carbohidratos

Ciclo de Krebs, Cadena de transporte de electrones y síntesis de ATP

Ruta de los electrones

Para entender paso a paso el camino de los electrones, revisar:

http://www.brookscole.com/chemistry_d/templates/student_resources/shared_resources/animations/oxidative/oxidativephosphorylation.html

Cadena de transporte de electrones

Electron transport chainAnatomia de MitoRESOLVER QUIZ…!!! *** Abrir esta en clasehttp://www.chem.purdue.edu/courses/chm333/

oxidative_phosphorylation.swf

Animaciones didácticas cadena de transporte e-http://www.sp.uconn.edu/~terry/images/a

nim/ETS.html

Sitio originalhttp://trc.ucdavis.edu/biosci10v/bis10v/week3/06electrontransport.html

Se genera un gradiente de H+

Generación del gradiente de protones

http://www.sp.uconn.edu/~terry/images/anim/ATPmito.html

Bombeo de H+

http://www.sp.uconn.edu/~terry/images/anim/ATPmito.html

Síntesis de ATP

Los protones regresanhacia la matrizmitocondrial por loscanales de ATP sintasa(complejo enzimático)

El retorno de protonesestá acoplado a la síntesise ATP a partir de ADP y Pi

http://www.sp.uconn.edu/~terry/images/anim/ATPmito.html

Liberación de energía en CTE

Durante la CTE, los e- pasan de acarreador en acarreador a través de una seriede rxn´s oxidación-reducción. Durante cada transferencia se libera algo de energía

http://student.ccbcmd.edu/~gkaiser/biotutorials/cellresp/etsar.html

Síntesis de ATP

http://student.ccbcmd.edu/~gkaiser/biotutorials/cellresp/atpsynthase_an.html

CTE y síntesis de ATP

NADH y FADH2 acarrean (H+) y electrones (e-) hacia la CTE de la mb interna.

La energía de la transferencia de electrones a lo largo de la cadena, genera un gradiente de protones.

Al final, se combinan dos protones, dos electrones y media molécula de O2 para formar H2O.

Mientras los protones del espacio intermembranal regresan a la matrizmitocondrial a través del complejo ATP sintasa, elmovimiento de protonesgenera la fuerza motriz necesaria para la síntesis de ATP a partir de ADP y Pi

http://student.ccbcmd.edu/~gkaiser/biotutorials/cellresp/chemioar.html

Dentro de la Mitocondria

http://employees.csbsju.edu/hjakubowski/classes/ch331/oxphos/olcouplingoxphos.html

Papel de las mitocondrias en la formación del ATP

Energía de moléculas orgánicas

Energía eléctricaMitocondria

**Gradiente iónico

Requiere

-Sistema de generación-Membrana que lo mantenga-Mecanismo de liberación del gradiente

Se utiliza para

Realizar actividades que requieran ATP

Definición y complejosFosforilación oxidativa: Se sintetiza ATP a partir de

energía liberada al oxidar un sustrato

Veremos de qué manera la oxidación de un sustrato puede generar energía libre

NOTA: Algunos textos consideran CUATRO complejos, otros TRES.

Complejo I NADH-Deshidrogenasa (pasa e- a las quinonas)

Complejo II Succinato deshidrogenasa (no contribuye directamente al gradiente de protones

Complejo III Cit bc1 (pasa e- al Cit c)

Complejo IV Citocromo oxidasa

Cadena de transporte de electrones

Tres ó cuatro complejos y una bomba ATP-sintasa

http://www.nature.com/nature/journal/v408/n6809/fig_tab/408239a0_F2.html

Potencial óxido-reducciónó Potencial redox

Agente reductor débil: sustancia con bajo potencial para transferir electrones.– Ejemplo: H2O

Agente reductor fuerte: sustancia con alto potencial para transferir electrones.– Ejemplo: NADH

☺

…potencial óxido-reducciónLos agentes oxidantes y reductores actúan en pares. Ej.: NAD+ y NADH

Los agentes reductores fuertes se unen a los oxidantes débiles y viceversa.

La afinidad por los electrones se mide comoPOTENCIAL REDOX.

Los pares cuyos agentes reductores son mejores donadores de electrones en comparación con el H2tienen POTENCIAL REDOX (-). Ej.:NADH-NAD+ = -0.32V

Los pares cuyos agentes reductores son mejores aceptores de electrones en comparación con el H2tienen POTENCIAL REDOX (+). Ej.:

FADH2 -FAD = +0.081V

Transporte de ElectronesGeneralidades

• El NADH formado en la matriz mitocondrial (se disocia de su respectiva deshidrogenasa) transfiere sus electrones al complejo NADH deshidrogenasa de la mb interna

• Cada transportador se reduce sucesivamente al ganar electrones del transportador precedente y luego se oxidaal donar sus electrones al transportador subsecuente.

• El aceptor final es el O2, se reduce al formar H2O

• La energía liberada por la transferencia de electrones genera un gradiente de protones Síntesis endergónica de ATP

Tipos de transportadoresExisten 4 tipos de transportadores y están enlazados a la membrana:- Flavoproteínas (gpo. prostético)- Citocromos (gpo. prostético)- Ubiquinona (proteína)* - Proteínas de Fe y S (gpo. prostético)

* Los centros redox dentro de la cadena que aceptan y donan electrones son grupos prostéticos (parte no proteica de las enzimas), excepto la ubiquinona (es una proteína)

Flavoproteínas y deshidrogenasasFlavoproteínas

Polipéptido fuertemente enlazado a uno de los grupos prostéticos (FAD o FMN). Se derivan de la riboflavina (prot. B12) y cada uno puede aceptar y donar 2 e- y 2 protones.

Las principales flavoproteínas de la mitocondria son:1. NADH-deshidrogenasa(Complejo I de la CTE)2. Succinato deshidrogenasa(del ciclo de Krebs).

Citocromos

Son proteínas con grupo Hemo(parecido a la hemoglobina)

Fe: capaz de transiciones reversibles entre estados de oxidación Fe+3 y Fe+2

CitocromosCon grupo prostético protoporfirínico de Fe. Los de la CTE difieren entre sí por las sustituciones efectuadas en el grupo Hemo y por la secuencia de aminoácidos del polipéptido

Citocromo-b

http://www.steve.gb.com/science/oxidative_phosphorylation.html

Ubiquinona

Ubiquinona (UQ o coenzima Q)

Molécula liposoluble que contiene una larga cadena hidrófoba compuesta por unidades isoprenoides de 5 carbonos.

Igual que las flavoproteínas, puede aceptar y donar dos e- y dos protones

Proteínas hierro - azufreLos átomos de Fe están unidos a átomos de S inorgánico como parte de un centro de hierro y azufre

Los centros más comunes contienen dos o cuatro átomos de Fe y S unidos a la proteína en los residuos de cisteína

Un solo centro puede tener varios átomos de Fe pero todo el complejo solo puede aceptar y donar un protón

Potencial de reducciónEl potencial de reduccióncambia a lo largo de la CTE están dispuestosespacialmente parafavorecer el transportede e- escalonado

Los grandes incrementosdel potencial ocurrenalrededor de las enzimasde la cadena respiratoriadebido al bombeo de protones

QuimiósmosisBombeo de protonesen la mitocondria.

Las entradasLos productosFlujo de electrones

E0 mas negativo

E0 mas positivo

Transportadores de electronesEn la membrana mitocondrial existen portadores de electrones que

forman parte de complejos asimétricos.El citocromo C y la ubiquinona no forman parte de los complejos.

El Citocromo-C se encuentra libre en el espacio intermb. asociado a la mb internaLa ubiquinona, es liposoluble y está en la mb interna de la mito.

http://www.elmhurst.edu/~chm/vchembook/596electransport.html http://www.sp.uconn.edu/~terry/images/anim/ETS.html

-Si el donador de electrones es NADH, los electrones entran a la cadena por la vía del complejo I, que transfiere electrones a la ubiquinona.

- Cuando el donador de e- es FADH2, los electrones pasan directamente de la succinato deshidrogenasa del ciclo de Krebs (complejo II) a la ubiquinona

Transportadores de electrones

http://hopes.stanford.edu/treatmts/ebuffer/j1.html

Eventos

La Cadena de Transporte de Electrones comprende dos procesos:

1. Los electrones son transportados a lo largo de la membrana, de complejo en complejo

2. Los protones son translocados a través de la membrana desde la matriz hacia el espaciointermembranal, lo que genra gradiente de protones. El oxígeno es el aceptor terminal de electrones paraproducir agua.

SecuenciaLos electrones pasan a través del primer complejo (NADH-Q

reductasa) hasta la ubiquinona, los iones H+ son bombeadoshacia el espacio intermembranal. Electrones pasan a Q

El segundo complejo, citocromo-bc reductasa, trasnsfiereelectrones desde la Q a el citocromo-c (libre en espaciointermb., con un bombeo de protones.

El tercer complejo, citocromo-c oxidasa, pasa los e- del citocromo-cal oxígeno, el oxígeno reducido (1/2 O2-) y se combina con dos iones H+ para formar H2O.

Balance neto: los electrones entran a la cadena desde portadorescomo el NADH o el FADH2, llegan a la oxígeno-reductasa dondese combinan con el oxígeno.

http://vcell.ndsu.nodak.edu/animations/etc/movie.htm

Gradiente electroquímicoEl gradiente electroquímico total de protones (H+) a través de la mb interna de la mitocondria consiste de:

una gran fuerzadebido al potencialde membrana y a

b) Una fuerzapequeña debido al gradiente de concentración de protones (pH)

Ambas fuerzas se combinan para producir el total de la fuerzamotriz de protones que regula el retorno de H+ hacia la matrizmitocondrial

Teoría quimiosmótica

El transporte de protones en la mb interna de la mitogenera un potencial eléctrico y un grandiente de protones = fuerza motriz de protones

Los protones regresan a favor de su gradiente de concentración por canales –ATP sintasa-termodinámicamente favorable, y se genera la síntesisde ATP

http://porpax.bio.miami.edu/~cmallery/150/phts/phts.htm

Gradiente de protones y fosforilación oxidativa

Hipótesis Quimiosmótica: A medida que los electrones fluyen por la cadena, a ciertas etapas los protones (H+) son transferidos desde el interior al exterior de la membrana. Esto construye un gradiente de protones , dado que las cargas + son retiradas del interior mientras que las cargas -, permanecen en el interior (en gran parte como iones OH- ). El pH en la cara externa de la membrana puede llegar a un pH 5,5, mientras que el pH justo en la cara interna de la misma puede llegar a 8,5 (3 unidades de pH significan una diferencia de concentración de H+ estimada en 1000 x entreambas caras de la membrana).

Y esto representa energía potencial acumulada como gradiente de protones = fuerza móvil de protones. Dado que la membrana es impermeable a losprotones, el gradiente no se desarma por una constante entrada de losmismos, y teniendo en cuenta que la ATP sintetasa (conocido también comocomplejo F1) contiene el único canal para la entrada del protón, por lo tanto a medida que los protones pasan por el canal, se produce la siguientereacción:

» ADP + Pi ---> ATP

Este proceso se llama: fosforilación quimiosmótica o fosforilación oxidativa.

ATP sintasa

Los protones regresan la matriz mitocondrial a través de los del complejo enzimático de la ATP sintetasa*. Esta entrada se acopla a la síntesis de ATP a partir de ADP y Fosfato (Pi)

Los iones H+ se acumulan en el compartimientomitocondrial externo (espacio intermembrana). Los electrones son transferidos a lo largo de las proteinasde la cadena, y el protón al espaciointermembrana,donde genera un gradiente. Los protones entran nuevamente pasando por el complejoATP-sintetasa, generando ATP.

*ACLARACION: El nombre correcto es SINTASA porque sintetiza ATP óhidroliza ATP en ADP + Pi

Puntos claveLos protones son bombeados a través de la mb interna

hacia el espacio intermb, desde la matriz mitocondrial, durante el transporte de electrones que inicia con el NADH que cede un hidrógeno. La continua producciónde esos protones genera un gradiente de protones.

La ATP sintasa es un complejo proteico un canal exclusivo para H+ que permite el retorno de protonesa la matriz mitocondrial

La síntesis de ATP se produce como resultado de la corriente de protones fluyendo a través de la membrana:

ADP + Pi ---> ATP

☺Cómo dona e- y H+ el NADH

Los e- de alta energía de un ión de hidruro (H con dos electrones) se desprenden del NADH, se forma un protón y dos electrones de alta energía (sólo se muestraparte de la molécula)

El FADH2 acarrea los electrones en forma similar

Inhibidores de la Fosforilación oxidativa

Numerosos productos químicos pueden bloquear la transferencia de electrones en la cadena respiratoria, o la transferencia de electrones al oxígeno. Todos ellos son potentes venenos, entre ellos:

Monóxido de Carbono -- se combina directamente con el complejo citocromo oxidasa terminal, y bloquea la entrada de oxígeno al complejo para la regeneración de agua.

Cianuro (CN-) se enlaza al hierro del citocromo y bloquea la transferencia de electrones.

Inhibidores

Antimicina A: Bloquea transf e- en Cit-b-c

Amital y Rotenona bloquean el transporte de e- del complejo NADH deshidrogenasa

CO, Azida (N3-) y Cianuro (CN-) inhiben al complejo citocromo oxidasa

Desacopladores:La gramidicina –transmembranal- abre un canal de fuga de protones(iones Na y K)

Dinitrofenol transporta protones de un lado a otro de la mb

Complejo II (succinato-Co-Q oxidoreductasa) también puede ser inhibida por OAA

Revisar la pregunta 10.1 p 306 McKee2

Ejercicio:

Relacionar el número de electrones que son acarreados y el número de protones queson transportados en cada proceso parallevar a cabo la regeneracion de agua y la síntesis de ATP.