fosforilaciÓn oxidativa
DESCRIPTION
componentes y proceso bioquimico de la fosforilación oxidativaTRANSCRIPT
INTRODUCCIÓN
La fosforilación oxidativa es un proceso metabólico que utiliza energía liberada por
la oxidación de nutrientes para producir adenosina trifosfato (ATP). Se le llama así
para distinguirla de otras rutas que producen ATP con menor rendimiento, llamadas
"a nivel de sustrato". Se calcula que hasta el 90% de la energía celular en forma de
ATP es producida de esta forma.
La fosforilación oxidativa se define como la transferencia de electrones de los
equivalentes reducidos NADH y FADH, obtenidos en la glucólisis y en el ciclo de
Krebs hasta el oxígeno molecular, acoplado con la síntesis de ATP. Este proceso
metabólico está formado por un conjunto de enzimas complejas, ubicadas en la
membrana interna de las mitocondrias, que catalizan varias reacciones de óxido-
reducción, donde el oxígeno es el aceptor final de electrones y donde se forma
finalmente agua.
Para que la fosforilación oxidativa continúe, se deben reunir dos condiciones
principales:
Primero, la membrana mitocondrial interna debe estar físicamente intacta de tal
manera que los protones solamente puedan re-ingresar a la mitocondria por el
proceso que esta acoplado a la síntesis de ATP.
En segundo lugar, un gradiente de protones debe ser desarrollado a través de la
membrana mitocondrial interna.
Este proceso consta de dos etapas: en la primera, la energía libre generada
mediante reacciones químicas redox en varios complejos multiproteicos se emplea
para producir, por diversos procedimientos como bombeo, ciclos quinona/quinol o
bucles redox, un gradiente electroquímico de protones a través de una membrana
asociada en un proceso llamado quimiosmosis. La cadena respiratoria está formada
por tres complejos de proteínas principales (complejo I, III, IV), y varios complejos
"auxiliares", utilizando una variedad de donantes y aceptores de electrones. Los
tres complejos se asocian en supercomplejos para canalizar las moléculas
1
transportadoras de electrones, la coenzima Q y el citocromo c, haciendo más
eficiente el proceso.
La energía potencial de ese gradiente, llamada fuerza protón-motriz, se libera
cuando se translocan los protones a través de un canal pasivo, la enzima ATP
sintasa, y se utiliza en la adición de un grupo fosfato a una molécula de ADP para
almacenar parte de esa energía potencial en los enlaces anhidro "de alta energía"
de la molécula de ATP mediante un mecanismo en el que interviene la rotación de
una parte de la enzima a medida que fluyen los protones a través de ella.
Existen también proteínas desacopladoras que permiten controlar el flujo de
protones y generar calor desacoplando ambas fases de la fosforilación oxidativa.
Aunque las diversas formas de vida utilizan una gran variedad de nutrientes, casi
todas realizan la fosforilación oxidativa para producir ATP, la molécula que provee
de energía al metabolismo. Esta ruta es tan ubicua debido a que es una forma
altamente eficaz de liberación de energía, en comparación con los procesos
alternativos de fermentación, como la glucólisis anaeróbica.
2
FOSFORILACIÓN OXIDATIVA
Se define la fosforilación oxidativa como la síntesis de ATP a partir de ADP y Pi
(fósforo inorgánico) acoplada a la transferencia de electrones desde un donador
reducido a un aceptor final. La energía del proceso deriva precisamente de
reacciones de óxido reducción.
La cadena respiratoria en las células eucariotas ocurre en mitocondrias:
• La mitocondria es un organelo presente en las células de vegetales, animales y
hongos, es decir en todas las eucariotas. Su número por célula es variable, y está
limitada por dos membranas, una externa y otra interna. Estas membranas
delimitan dos espacios: la cámara externa o espacio intermembrana y la matriz.
• En la membrana interna se localiza la cadena respiratoria, que consta de una
serie de transportadores de electrones como el NAD, CoQ, citocromos y diversas
enzimas. En las bacterias la cadena respiratoria está asociada a la membrana
celular.
• La cadena respiratoria siempre está asociada a una membrana, porque para su
funcionamiento es necesario un ordenamiento espacial bien definido de los
transportadores y proteínas que la integran.
Se consideran dos apartados diferentes en la Fosforilación oxidativa:
a) La cadena transportadora de electrones desde el donador inicial al aceptor final.
b) La síntesis de ATP propiamente dicha empleando la energía liberada de la
transferencia de electrones.
1. CADENA TRANSPORTADORA DE ELECTRONES (Cadena respiratoria):
Es una serie de reacciones redox exergónicas (los e- fluyen desde los
transportadores más electronegativos a los más electropositivos) consecutivas en la
que se registra transferencia de electrones.
3
La cadena respiratoria, colecta y transporta equivalentes reductores dirigiéndolos a
su reacción final con el oxígeno para formar agua. (Ver Anexo 01)
1.1. Componentes de la cadena transportadora de electrones:
Los componentes de la cadena respiratoria o cadena transportadora de electrones
están presentes funcional y estructuralmente en la membrana mitocondrial interna
como cuatro complejos (Tabla - 1) proteína – lípido que van de lado a lado de la
membrana.
Tabla 1 – Componentes de la cadena respiratoria
Otros componentes:
Flavoproteínas y componentes ferrosulturados: Las flavoproteínas
contienen mononuclétido de flavina (FMN) o FAD fuertemente unidos. Los
grupos prostéticos de las flavoproteínas al reducirse aceptan hidrógenos.
Ejemplos de flavoproteínas son: FpD y FpS.
Las proteínas ferrosulfuradas pueden sufrir oxidación o reducción, pues son
agentes accesorios que transfieren electrones en la cadena respiratoria.
Citocromos: Son proteínas que transfieren electrones y contienen hierro
unido a un anillo de porfirina, similar al grupo hemo de la hemoglobina (Ver
anexo 02). Los citocromos pueden cambiar reversiblemente de Fe3+ a Fe2+.
4
Complejos Número de
subunidades
Grupos prostéticos
I NADH – coenzima Q
reductasa
26 FMN, Fe-S
II Succinato
deshidrogenasa
4 FAD, Fe-S
III CoQ - citocromo c
reductasa
10 Hemo, Fe-S
Citocromo C 1 Hemo
IV Citocromo oxidasa 6 - 13 Hemo, Cu A, Cu B
El citocromo c es una pequeña proteína que puede extraer fácilmente de la
mitocondria (se encuentra unida electroestáticamente a la cardiolipina) a
diferencia de los citocromos a.a3, c1 y b que son intrínsecos de la membrana
y que actúan como puentes en la membrana mitocondrial interna.
Ubiquinona o Coenzima Q (CoQ), que es una quinona isoprenoide no
proteica. La CoQ relaciona las flavoproteínas de los complejos I y II con los
citocromos. La CoQ es una pequeña molécula móvil débilmente asociada a
la membrana mitocondrial interna. Actúa como colector de los átomos que
entran a la cadena respiratoria en forma de NADH y FADH2. Cuando la CoQ
es reoxidada, son electrones los que pasan al siguiente componente de la
cadena. Los protones son liberados hacia la matriz mitocondrial.
Acetil CoA deshidrogenasa, transfiere electrones a la flavoproteína
transferidora de electrones (ETFP), los cuales pasan a la ubiquinona vía
ubiquinona oxido reductasa (ETFP).
Glicerol-3-fosfato deshidrogenasa, esta enzima se emplea para reoxidar
el NADH citosólico mediante la lanzadera de glicerol-3-fosfato.
1.2. Complejos y mecanismo de la cadena transportadora de electrones:
En la cadena transportadora los electrones fluyen sucesivamente a lo largo de
ella hasta que finalmente son trasferidos al oxígeno para formar agua. Existen
dos puntos de entrada al sistema. En ambos participan las coenzimas
reducidas NADH y FADH2 que se producen en la matriz mitocondrial en el ciclo
de Krebs. El NADH, que se produce también en el citosol, tiene como punto de
entrada al complejo I y el FADH2 tiene como punto de entrada al complejo II.
El Complejo I (NADH – coenzima Q reductasa) es por donde ingresan la
mayoría de los electrones a la cadena. Los electrones son transferidos
desde el NADH + H+ a la CoQ, a través del FMN (flavín mononucleótido) que
es parte del Complejo I. (Ver Anexo 03)
Las enzimas que aportan elementos reductores al Complejo I son la
Glutámico Deshidrogenasa, Isocitrato Deshidrogenasa, α-Cetoglutarato
5
Deshidrogenasa, Malato Deshidrogenasa, L-OH-Acil-SCoA Deshidrogenasa
entre otras.
Figura 1 - Reacción global del Complejo I
El Complejo II (succinato deshidrogenasa) es el otro punto de entrada de
electrones a la cadena, y en su transferencia entre el FAD y la CoQ no libera
energía suficiente para bombear protones. Por esto se genera un ATP
menos cuando la cadena comienza por el FAD respecto a cuando comienza
por el NAD. El paso de electrones se realiza a través de un centro [4Fe-4S],
dos centros [2Fe-2S] y el citocromo b560 de función desconocida. (Ver
Anexo 4)
Figura 2 - Reacción global del Complejo II
El Complejo III (CoQ - citocromo c reductasa) recibe electrones de los
Complejos I y II. A partir de este paso se transportan electrones, y quedan
libre los H+. Está formado por tres centros redox:
- El citocromo b556, ubicado hacia el centro de la membrana, y citocromo b562,
ubicado hacia el exterior de la membrana.
- Una proteína Ferrosulfurada llamada también proteína de Rieske.
6
NADH + H+ + Q + nH (matriz) ↔ NAD+ + QH2 + nH (citosol)(n: probablemente 4)
FADH2 + CoQ(ox) ↔ FAD + CoQ(red)
- Citocromo C1, que consiste en una proteína integral la cual se une
fácilmente al Citocromo c y le transfiere sus electrones. (Ver Anexo 05)
La Ubiquinona en el ciclo Q, es reducida por la Deshidrogenasa en el lado
de la matriz mitocondrial formando Ubiquinol o QH2 (Ver Anexo 06) que al
no tener carga es translocado o migra por lo ancho de la membrana
hidrofóbica hacia el lado del espacio intermembrana, para donar aquí un
electrón hacia uno de los centros de baja potencial representado por la
proteína Ferrosulfurada más el Citocromo C1 y liberar uno de sus dos
protones.
La Ubiquinona al quedar como semiquinona (hidroquinona) o QH con carga
negativa, se convierte en una molécula fuerte y entrega el otro electrón al
otro centro de bajo potencial representado por los Citocromos b562 y b566.
La semiquinona queda entonces como CoQ, sin carga y nuevamente vuelve
al lado de la matriz mitocondrial para recibir el electrón transportado por
medio de ambos Citocromos b formando nuevamente en este lado
semiquinona (QH). Esta recibirá nuevamente otros dos protones desde la
matriz para ser llevados hacia el espacio intermembrana. El grupo Heme del
Citocromo b retiene la carga, mientras que la Ubiquinona reducida atraviesa
la membrana.
En resumen, a medida que una molécula de Ubiquinol es oxidada a
Ubiquinona dos moléculas de Citocromo c se reducen y dos protones del
lado de la matriz más dos protones previos en el QH2 son transportados
hacia el espacio intermembrana. En total cuatro protones para permitir un
flujo de dos electrones.
Figura 3 - Reacción global del Complejo III
7
QH2 + 2 Cyt C(ox) + 2 H (matriz) → Q + 2 Cyt C(red) + 4 H (citosol)
El Complejo IV (citocromo oxidasa) Este complejo está formado por al
menos 14 polipéptidos, de los cuales las Subunidades I y II, son
estrictamente necesarias para la transferencia de electrones, paso de
protones desde la matriz mitocondrial al espacio intermembrana y la
reducción del Oxígeno. Los otros polipéptidos constituyentes del Complejo
IV, ejercen supuestamente un papel de regulación sobre los dos primeros.
(Ver Anexo 07)
El Citocromo C reducido como Fe+2, llega al Complejo IV para unirse al sitio
de baja afinidad provocando al mismo tiempo la salida de otro Citocromo C
oxidado como Fe+3, perteneciente al sitio de alta afinidad del Complejo IV.
Este último viaja en sentido opuesto, es decir hacia el Complejo III para ser
reducido nuevamente. Una vez que se le ha entregado el primer electrón al
Complejo IV, se repite el proceso tres veces para se formen dos moléculas
de agua. El Citocromo C es retenido electrostáticamente a la bicapa por la
Cardiolipina (Lípido polar) y a los residuos acídicos del Complejo IV. El
electrón transferido desde el Citocromo C llega al Cu A de la Subunidad II y
desde allí, migra al grupo Heme a de la Subunidad I para alcanzar
finalmente al centro binuclear de esta última subunidad. Ahora, la forma
oxidada de este centro binuclear (Heme a3 con Fe+3 y centro Cu+2), recibe al
primer electrón y se reduce parcialmente a Heme a3 con Fe+3 y centro Cu+1.
A continuación con la llegada del segundo electrón se reducen ambos
componentes a Heme a3 con Fe+2 y centro Cu+1. En este estado se produce
la unión del Oxígeno formándose el compuesto Heme a3 con Fe+2 - O2 y
centro Cu+1.
Este complejo puede seguir dos caminos, uno de ellos consiste en formar
los intermediarios Peroxi, donde el primero de ellos es Heme a3 con Fe+3 –
O- – O- y con centro Cu+2, mientras que el segundo se produce después de
entrar el tercer electrón, para quedar con la forma Heme a3 con Fe+3- O- - O-
y centro Cu+1. En el primer camino se asume que la unión O – O ya no existe
y que el siguiente electrón es aportado por un anillo de porfirina o un residuo
de aminoácido dando una serie de 4 compuestos posibles.
8
Sin embargo, al final ambas vías forman estructuras reconocidas como el
oxoferrilo (con formación de agua) y el hidroxiferrilo. Este último se forma
después de la protonación y última reducción o entrada de un electrón al
átomo de Oxígeno unido al hierro en el Oxoferrilo. Finalmente se libera agua
y se regenera el estado oxidado inicial. (Ver Anexo 08)
Figura 4 - Reacción global del Complejo IV
Lanzadera del glicerol-3-fosfato: Este medio alternativo para transportar
equivalentes de reducción desde el citosol a la matriz mitocondrial actúa en
el músculo esquelético y en el cerebro. La dihidroxiacetona fosfato del
citosol acepta dos equivalentes de reducción del NADH en una reacción
catalizada por la glicerol 3-fosfato deshidrogenasa citosólica.
Un isozima de la glicerol 3-fosfato deshidrogenasa ligado a la cara exterior
de la membrana interna transfiere dos equivalentes de reducción desde el
glicerol 3-fosfato del espacio intermembrana a la ubiquinona.
Esta lanzadera no necesita sistemas de transporte de membranas.
Figura 5 – Mecanismo de la Lanzadera del glicerol-3-fosfato
9
4 Cit C (red) + O2 + 8 H (matriz) → 4 Cit C (ox) + 2 H2O + 4 H (citosol)
Lanzadera del malato - aspartato: Esta lanzadera se emplea para
transportar equivalentes de reducción desde el NADH citosólico a la matriz
mitocondrial. Se utiliza en hígado, riñón y corazón. El NADH del citosol
(espacio intermembrana) pasa dos equivalentes de reducción al oxalacetato
produciendo malato. El malato es transportado a través de la membrana
interna por el transportador de malato-α-cetoglutarato. En la matriz el
malato pasa dos equivalentes de reducción al NAD+; el NADH resultante es
oxidado por la cadena respiratoria. El oxalacetato formado a partir de
malato no puede pasar directamente al citosol. Primero se ha de
transaminar formando aspartato que puede salir vía el transportador
glutamato-aspartato. En el citosol se regenera el oxalacetato con lo que se
completa el ciclo.
Figura 6 – Mecanismo de la Lanzadera del malato - aspartato
2. FOSFORILACIÓN OXIDATIVA (Formación de ATP):
2.1. Teoría quimiosmótica:
El mecanismo de la fosforilación oxidativa se explica mediante la teoría
quimiosmótica de Mitchell.
10
Esta teoría plantea que la energía proveniente de la oxidación de los sustratos
en la cadena respiratoria está vinculada a la translocación de iones hidrógeno
(protones H+) desde dentro hacia afuera de la membrana mitocondrial interna. La
diferencia de potencial electroquímico que resulta de la distribución asimétrica de
los iones hidrógeno se utiliza para impulsar el mecanismo con el que se forma el
ATP.
Es decir, como consecuencia del bombeo de H+, el pH de la matriz se vuelve
alcalino respecto al del espacio intermembrana y se genera un gradiente químico
y eléctrico. La fuerza protón motriz, consecuencia del gradiente, hace posible
que los protones vuelvan a la matriz, de manera que el pH tiende a igualarse a
ambos lados de la membrana.
Para que se pueda mantener este gradiente electroquímico a través de la
membrana interna, se deben dar las siguientes condiciones:
- Que la membrana mitocondrial interna se mantenga intacta y no se haya
hecho permeable con agentes físicos o químicos.
- Que la transferencia de electrones sea continua, es decir que sustratos como
el NADH, el FADH y el oxígeno se hallen disponibles.
2.2. ATP sintasa:
La ATP-sintasa es una ATPasa de tipo F que contiene 2 subcomplejos:
- F0: Canal de H+ transmembrana hidrofóbico. Posee de 10 – 14 subunidades C.
- F1: Proteína periférica hidrosoluble, compuesta de 5 tipos de subunidades: α
(3), β (3), γ, δ y ε.
Ambos subcomplejos están conectados a través de un tallo (γ, ε).
2.3. Mecanismo de producción de ATP:
La diferencia de potencial electroquímico se utiliza para impulsar a la ATP
sintasa localizada en la membrana, la cual forma ATP en presencia de Pi + ADP.
11
El paso de protones a través de F0 ocaciona que las subunidades “C” y la
subunidad γ adjunta giren. La subunidad γ se ajusta dentro del subcomplejo F1
de las tres subunidades α y tres subunidades β, que están fijas a la membrana y
no giran. Las subunidades β seleccionan de manera secuencial ADP y Pi para
formar ATP. (Ver anexo 9)
Los giros cíclicos de la subunidad “γ” son los responsables de los cambios
conformacionales de las subunidades β:
- O (open), abierta: Se abre para permitir el ingreso de ADP + Pi y para liberar
ATP.
- L (loose), relajada. Conformación cerrada, mantiene unidos ADP y Pi sin
liberarlos pero no los convierte en ATP.
- T (tight), apretada: Conformación cerrada, convierte ADP + Pi en ATP.
Por consiguiente cada revolución libera tres moléculas de ATP.
Las estimaciones hacen pensar que por cada NADH oxidado el complejo I
transfiere cuatro protones y entre los complejos II y III se transfieren seis
protones.
Debido a que se depositan cuatro protones del espacio intermembrana por cada
ATP exportado, la relación P:O (Síntesis de ATP en relación al consumo de
oxígeno) no necesariamente sería un entero completo, es decir, 3, sino quizás
2.5. Pero para simplificar se utiliza un valor de 3 para la oxidación del NADH y 2
para la oxidación del FADH2.
Figura 8 - Reacción global de la síntesis de ATP
12
ADP + Pi + nH+ → ATP + H2O + nH+
3. INHIBIDORES Y DESACOPLANTES:
Algunos de los principales compuestos que se han empleado para el estudio del
comportamiento de la Cadena de Transporte de Electrones, son los desacoplantes
e inhibidores. Estos compuestos se han utilizado para separar el funcionamiento de
la Cadena de Transporte de Electrones en sus distintos Complejos así como para
estudiar la integración con el proceso de Fosforilación Oxidativa. Ambos procesos
se pueden inhibir en conjunto o por separado al desacoplarlos. Así tenemos a:
3.1. Inhibidores de la cadena respiratoria: Estos inhibidores bloquean las
reacciones específicas asociadas a los complejos de transporte de electrones.
En ocasiones los inhibidores de la cadena respiratoria (tabla 2) son utilizados como
fármacos, aunque los efectos farmacológicos alcanzados a las concentraciones
más bajas no están necesariamente relacionados con su acción como inhibidores
de la fosforilación oxidativa.
Complejo Inhibidor Mecanismo de acción
Complejo I RotenonaAmitalPiericidina A
Impiden la transferencia electrónica desde un centro Fe – S a la ubiquinona.
Complejo II Malonato
Carboxina TTFA
Inhibidor competitivo de la succinato deshidrogenasa.Impiden la transferencia electrónica desde el FAD a la ubiquinona.
Complejo III Antimicina A Bloquea la transferencia de electrones desde el citocromo b al citocromo c1.
Complejo IV CianuroAzida de sodioH2SCO (Monóxido de carbono)
Inhiben la citocromo oxidasa por lo que evita que el oxígeno pueda unirse.
Tabla 2 – Inhibidores de la cadena respiratoria
13
3.2. Inhibidores de la Fosforilación: Impiden el consumo de Oxígeno después de
agregar ADP, pero no tienen efecto en el consumo de Oxígeno estimulado por
desacopladores. Se encuentran aquí Oligomicina y la Venturicidina que se une a un
polipéptido en la base de la ATP sintasa en la subunidad Fo y no deja pasar los
protones.
Otro inhibidor es la Diciclohexilcarbodiimida (DCCD), un reactivo soluble en lípidos,
que también inhibe el transporte de protones por Fo al reaccionar con un residuo de
glutámico en una de las subunidades de Fo de mamíferos.
Figura 9 – Sitios propuestos de inhibición de la cadena respiratoria
3.3. Desacoplantes e ionóforos: Los agentes desacoplantes debilitan o destruyen
completamente el firme acoplamiento normal entre la Cadena de Transporte de
Electrones y la Fosforilación Oxidativa. Así la proporción P/O disminuye en gran
medida, a veces hasta cero. Con el desacoplamiento aumentan las velocidades de
oxidación, mientras que la fosforilación disminuye. El resultado es la producción de
calor extra, que puede manifestarse en forma de fiebre. La menor formación de
ATP resultante del desacoplamiento puede afectar en forma indirecta a muchos
14
procesos celulares, como el transporte de iones y la permeabilidad de la
membrana.
Los agentes desacoplantes producen poros por los cuales entran los protones sin
ejercer trabajo o sintetizar ATP., se encuentran formados por moléculas amfipáticas
que se diluyen en las bicapas fosfolipídicas. Forman túneles aislantes de los iones
cuando estos pasan por las bicapas. Entre los desacoplantes más comunes se
encuentra el 2,4- dinitrofenol, el dicumarol, ciertas salicilanilidas sustituidas y el
salicilato libre, un metabolito de la aspirina.
Entre los desacoplantes naturales están la bilirrubina, los ácidos grasos y
posiblemente la tiroxina; sin embargo, estos compuestos no están normalmente en
las mitocondrias a concentraciones lo suficientemente altas como para actuar como
desacoplantes. A veces las toxinas microbianas actúan como desacoplantes,
constituyendo ésta una vía a través de la cual la infección puede contribuir a la
fiebre.
Otro desacoplante es la termogenina también llamada Proteína desacopladora 1
(UCP-1) que está ubicada en el adipocito marrón, forma una canal por donde los
protones son conducidos de regreso a la matriz, sin pasar a través de la ATP
sintasa, desacoplando la CTE de la Fosforilación Oxidativa, esto permite la
oxidación continua de combustible, sin síntesis de ATP, y disipando la energía en
forma de calor. Este proceso de denomina termogénesis y es necesario para
mantener la temperatura corporal en animales recién nacidos, animales hibernantes
y animales de hábitat frio.
Los ionóforos son moléculas lipofílicas que forman complejos con cationes
específicos y facilitan su transporte a través de las membranas biológicas, por
ejemplo la valinomicina y el 2,4 - dinitrofenol.
4. CONTROL RESPIRATORIO:
La velocidad respiratoria de las mitocondrias se controla mediante la disponibilidad
de ADP. Esto es así porque la oxidación y la fosforilación están fuertemente
15
vinculadas; es decir, la oxidación no prosigue por la cadena respiratoria sin la
fosforilación concomitante de ADP. En la tabla 3 se muestran las cinco condiciones
que controlan la velocidad respiratoria de las mitocondrias. La mayor parte de las
células en estado de reposo está en el estado 4, y mediante la disponibilidad de
ADP se controla la respiración.
Cuando se realiza trabajo, el ATP se convierte en ADP, lo que permite que se
respire más, lo cual abastece a su vez el almacén de ATP. En ciertas condiciones,
la concentración de fosfato orgánico afecta también el funcionamiento de la cadena
respiratoria. Cuando se incrementa la respiración (como durante el ejercicio), la
célula se aproxima al estado 3 o al estado 5 debido a que la capacidad de la
cadena respiratoria se satura. También existe la posibilidad de que el transportador
de ADP/ATP que facilita la entrada del ADP citosólico a la mitocondria y la salida de
ATP, se convierta en limitante de la velocidad.
Por consiguiente, la manera en que los procesos oxidativos biológicos permite que
la energía libre resultante de la oxidación de los alimentos esté disponible y sea
captada y controlada.
La energía libre restante que no se capta como fosfato de alta energía se libera en
forma de calor.
Tabla 3 – Estado de control respiratorio
Condiciones que limitan la velocidad respiratoria
Estado 1 Disponibilidad de ADP y sustrato
Estado 2 Sólo disponibilidad de sustrato
Estado 3 La capacidad de la cadena respiratoria por sí
misma, cuando los sustratos y componentes están
presentes en cantidades saturantes.
Estado 4 Sólo disponibilidad de ADP
Estado 5 Sólo disponibilidad de oxígeno
16
CONCLUSIONES
Casi toda la energía liberada de la oxidación de carbohidratos, grasas y
proteínas se transforma en las mitocondrias en equivalentes reductores.
Los equivalentes reductores fluyen a lo largo de un gradiente redox de
portadores a su reacción final con el oxígeno para formar agua.
Los portadores redox se agrupan en los complejos de la cadena respiratoria en
la membrana mitocondrial interna, y utilizan la energía liberada en las
reacciones redox para bombear protones al exterior de la membrana.
La acumulación de protones en el espacio intermembrana de las mitocondrias,
genera una diferencia de potencial electroquímico el cual impulsa el
mecanismo de formación de ATP.
El potencial electroquímico producido por el mecanismo de la cadena
respiratoria impulsa la acción de la ATP sintasa para formar ATP a partir de
ADP y Pi.
La oxidación se acopla estrechamente con la fosforilación para satisfacer las
necesidades de energía de la célula
El NADH citosólico no puede penetrar la membrana mitocondrial requiere de
lanzaderas que faciliten su transporte hacia el interior de la matriz mitocondrial.
Muchas sustancias pueden inhibir la cadena respiratoria y la fosforilación
oxidativa, o destruir el acoplamiento entre ambos.
17
FUENTES BIBLIOGRÁFICAS
1. Montgomery R, Conway T, Spector A, Chappel D. Bioquímica: Casos y texto. 6ª
ed. Iowa City: University of Iowa College of Medicine; 1996.
2. Murray R, Mayas P, Granner D, Rodwell V. Bioquímica Ilustrada de Harper. 16ª
ed. México: El Manual Moderno; 2004.
3. Rocha H. Bioquímica. 2ª ed. Chile: Universidad de La Frontera; 1999.
4. Academia. Edu. Cadena Respiratoria Fosforilación Oxidativa. http://www.
academia.edu/8630521/CADENA_RESPIRATORIA_FOSFORILACION_OXIDAT
IVA [Fecha de acceso 26 abril 2015]
5. Slideshare. Metabolismo Energético. http://es.slideshare.net/nancyesteve5/
metabolismo-energtico-48549450 [Fecha de acceso 26 abril 2015]
6. Universidad Católica de Valparaíso. Curso de Química Biológica. http://www.
bioquimicaqui11601.ucv.cl/unidades/cte/traselectfofox4fid.html [Fecha de acceso
23 abril 2015]
7. Universidad de la Laguna, Dpto. Bioquímica y Biología Molecular. Bioquímica.
http://bioquibi.webs.ull.es/bioquimica%20estructural/antonio/fosforoxidativa.pdf
[Fecha de acceso 23 abril 2015]
8. Universidad de la República de Uruguay, Facultad de Agronomía. Cadena
Respiratoria. http://www.fagro.edu.uy/~bioquimica/docencia/material
%20nivelacion/CADENA%20RESPIRATORIA.pdf [Fecha de acceso 23 abril
2015]
9. Wikibooks. Cadena de Transporte de Electrones. http://es.wikibooks.org/wiki/
Bioqu%C3%ADmica/Cadena_de_Transporte_de_Electrones [Fecha de acceso
26 abril 2015]
18
19
ANEXO 01
ANATOMÍA DE LA CADENA RESPIRATORIA Y COMPONENTES DE LOS COMPLEJOS
ANEXO 02
GRUPOS HEMO PRESENTES EN LOS CITOCROMOS
ANEXO 03
COMPLEJO I: NADH – COENZIMA Q REDUCTASA
1