fosforilaciÓn oxidativa

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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. 1

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Page 1: FOSFORILACIÓN OXIDATIVA

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

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Page 2: FOSFORILACIÓN OXIDATIVA

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.

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Page 3: FOSFORILACIÓN OXIDATIVA

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.

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Page 4: FOSFORILACIÓN OXIDATIVA

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

Page 5: FOSFORILACIÓN OXIDATIVA

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

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Page 6: FOSFORILACIÓN OXIDATIVA

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.

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NADH + H+ + Q + nH (matriz) ↔ NAD+ + QH2 + nH (citosol)(n: probablemente 4)

FADH2 + CoQ(ox) ↔ FAD + CoQ(red)

Page 7: FOSFORILACIÓN OXIDATIVA

- 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

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QH2 + 2 Cyt C(ox) + 2 H (matriz) → Q + 2 Cyt C(red) + 4 H (citosol)

Page 8: FOSFORILACIÓN OXIDATIVA

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.

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Page 9: FOSFORILACIÓN OXIDATIVA

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

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4 Cit C (red) + O2 + 8 H (matriz) → 4 Cit C (ox) + 2 H2O + 4 H (citosol)

Page 10: FOSFORILACIÓN OXIDATIVA

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.

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Page 11: FOSFORILACIÓN OXIDATIVA

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.

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Page 12: FOSFORILACIÓN OXIDATIVA

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

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ADP + Pi + nH+ → ATP + H2O + nH+

Page 13: FOSFORILACIÓN OXIDATIVA

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

Page 14: FOSFORILACIÓN OXIDATIVA

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

Page 15: FOSFORILACIÓN OXIDATIVA

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

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Page 16: FOSFORILACIÓN OXIDATIVA

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

Page 17: FOSFORILACIÓN OXIDATIVA

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.

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Page 18: FOSFORILACIÓN OXIDATIVA

FUENTES BIBLIOGRÁFICAS

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Bioqu%C3%ADmica/Cadena_de_Transporte_de_Electrones [Fecha de acceso

26 abril 2015]

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ANEXO 01

ANATOMÍA DE LA CADENA RESPIRATORIA Y COMPONENTES DE LOS COMPLEJOS

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ANEXO 02

GRUPOS HEMO PRESENTES EN LOS CITOCROMOS

ANEXO 03

COMPLEJO I: NADH – COENZIMA Q REDUCTASA

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