CLASE: FOSFORILACIN OXIDATIVAIntroduccin. Las mitocondriasLas mitocondrias son orgnulos que estn separados del resto del citoplasma por dos membranas. La que est en contacto con el citoplasma se conoce como membrana externa. Esta rodea a otra membrana, llamada membrana interna. La parte interna de esta ltima membrana limita el espacio interno de las mitocondrias que se denomina matriz mitocondrial. La membrana interna presenta invaginaciones hacia la matriz mitocondrial que se conocen como crestas mitocondriales. Dada la presencia de dos membranas, en las mitocondrias hay dos espacios. El que est entre la membrana interna y la externa, el espacio intermembranal, y finalmente, el otro espacio lo forma la matriz mitocondrial:

Toda la energa til liberada durante la oxidacin de los nutrimentos energticos se aprovecha en las mitocondrias bajo la forma de equivalentes reductores (hidrgeno o electrones). El ms importante de los sistemas de xido-reduccin en las clulas es la cadena respiratoria que es un sistema de transferencia de hidrgenos y electrones catalizada por protenas enzimticas ordenadas en forma secuencial en la membrana mitocondrial interna. El nmero de mitocondrias de un tejido es variable y refleja el grado de actividad metablica aerbica del mismo. Los eritrocitos carecen de mitocondrias. El tejido cardiaco es un tejido muy aerbico, as como tambin el hgado.La mitocondria contiene las enzimas que median el proceso formador de ATP, incluidas la piruvato deshidrogenasa, las enzimas del ciclo del cido ctrico, las enzimas que catalizan la oxidacin de los cidos grasos y las enzimas y las protenas redox involucradas en el transporte de electrones y la fosforilacin oxidativa. La membrana interna de las mitocondrias a diferencia de la membrana externa es prcticamente impermeable a sustancias polares. Existen protenas transportadoras especficas que permiten el paso en forma controlada. Todos los organismos requieren energa para vivir, y el nico tipo de energa que los seres vivos utilizan, directa o indirectamente, es la que se encuentra en el ATP. En otras palabras, el ATP es la moneda con la que se pagan todos los procesos endergnicos que ocurren en todos los organismos vivientes. El ATP es una molcula relativamente simple, que est formada por una adenina, una ribosa y tres fosfatos:

En todo momento de la vida de un organismo se llevan a cabo funciones que requieren energa, es decir, sntesis de protenas o cidos nucleicos, transporte de iones a travs de sus membranas, transmisin nerviosa, absorcin de molculas necesarias, excrecin de sustancias indeseables, contraccin muscular. Formar el ATP que se gasta constituye la funcin fundamental de las mitocondrias. En las mitocondrias, el sistema que aporta la energa para la sntesis de ATP, se conoce como cadena respiratoria o cadena de transporte de electrones. La cadena est formada por una serie de enzimas diseadas para aceptar y ceder electrones, o sea que su funcin es la de reducirse (aceptar electrones) y oxidarse (perder electrones). El aceptor final de los electrones que viajan por la cadena respiratoria es el oxgeno. De hecho, la mayor parte del oxgeno que se respira se usa para aceptar los electrones que pasan por la cadena respiratoria; despus de que un tomo de oxgeno recibe dos electrones, ste reacciona con dos protones y forma una molcula de agua.

Importancia biolgica del ATPEl ATP es un nucletido que desempea una funcin muy importante dentro de las clulas. La elevada energa de hidrlisis del ATP es consecuencia de que su estructura sea muy improbable. Esto se debe a las cuatro cargas negativas tan prximas, que originan repulsiones electroestticas por el impedimento estrico entre los tomos contiguos de oxgeno, y por los enlaces fosfoanhidro que dificultan las formas resonantes. Todos estos factores son los responsables de que su hidrlisis suponga un aumento de entropa, por conducir a formas ms estables para liberar tensin.El G resultante de la hidrlisis del ATP vara en funcin de cmo transcurra la hidrlisis. La hidrlisis de los dos primeros fosforilos, unidos por enlace fosfoanhidro, presenta un valor de G mucho menor (ms negativo) que la hidrlisis del fosforilo unido por enlace fosfoster. Es decir, el ATP y el ADP son compuestos ricos en energa, mientras que el AMP y el pirofosfato inorgnico (PPi) no pueden ser considerados como tales.La hidrlisis ms frecuentemente utilizada en los acoplamientos energticos con reacciones endergnicas es la de ATP a ADP y Pi. Sin embargo, cuando se requiere impulsar una reaccin muy endergnica, la reaccin que se utiliza es la hidrlisis de ATP a AMP y PPi, debido no al G que es muy similar, sino a la posterior e inmediata escisin del PPi a travs de la enzima pirofosfatasa, que lo hidroliza a dos molculas de fosfato inorgnico (Pi).Esta hidrlisis del ATP es utilizada, por tanto, en numerosas reacciones endergnicas entre las que se encuentran la biosntesis de biomolculas, el transporte activo a travs de membranas celulares y en procesos como la contraccin muscular. A su vez, el ATP es producido a partir de las reacciones ms exergnicas que se desarrollan en los procesos de degradacin de sustratos energticos a partir de ADP y Pi. El proceso de regeneracin del ATP puede producirse por dos mecanismos: fosforilacin a nivel de sustrato fosforilacin oxidativa (ms importante).

Aunque el ATP es el compuesto rico en energa que se puede considerar ms importante, no se debe olvidar el resto de nucletidos trifosfato (NTP), ya que aunque su actuacin no es tan generalizada, s es especfica e imprescindible en determinados procesos metablicos. As, por ejemplo, el trifosfato de uridina (UTP), participa en el metabolismo del glucgeno, el trifosfato de guanidina (GTP) en la biosntesis ribosomal de protenas o en las cascadas de transduccin de seales, o el trifosfato de citidina (CTP) en la biosntesis de fosfolpidos. El ATP ocupa un lugar intermedio entre los compuestos ricos en energa que transfieren grupos fosforilo, ya que es capaz tanto de transferir dichos grupos como de aceptarlos en su sntesis. El 1,3-bisfosfoglicerato y el fosfoenolpiruvato (PEP) son compuestos ricos en energa que transfieren sus grupos al ADP, que a su vez lo har en su forma de ATP a aquellos compuestos que lo requieran segn las necesidades celulares, presentando por tanto un papel central en la transferencia de grupos en el interior de la clula.Fosforilacin oxidativaLa fosforilacin oxidativa es la culminacin del metabolismo productor de energa en los organismos aerbicos. Todos los pasos oxidativos en la degradacin de glcidos, grasas y aminocidos convergen en esta etapa final de la respiracin celular en la que la energa de la oxidacin impulsa la sntesis de ATP. En la fosforilacin oxidativa se produce la reduccin de O2 a H2O gracias a los electrones cedidos por el NADH y el FADH2. Existen tres aspectos mecnicamente similares entre la oxidacin fosforilativa y la fotofosforilacin:1. En ambos procesos interviene un flujo de electrones a travs de una cadena de transportadores ligados a membrana2. La energa libre puesta a disposicin por este flujo de electrones cuesta abajo (exergnico) est acoplada al transporte cuesta arriba de protones a travs de una membrana impermeable a los protones, conservndose la energa libre de oxidacin de los combustibles metablicos en forma de potencial electroqumico transmembrana.3. El flujo transmembrana de protones a favor de su gradiente de concentracin mediante canales proteicos especficos proporciona la energa libre para la sntesis de ATP, catalizada por un complejo proteico asociado a la membrana (la ATP sintasa) que acopla el flujo de protones a la fosforilacin del ATP.

Reacciones de transferencia de electrones en las mitocondrias:Las mitocondrias, al igual que las bacterias gram-negativas, tienen dos membranas. La membrana mitocondrial externa es fcilmente permeable a pequeas molculas e iones, que se mueven libremente a travs de canales transmembrana compuestos por una familia de protenas integrales de membrana llamadas porinas. La membrana interna es impermeable a la mayora de molculas pequeas e iones, incluido el protn (H+); las nicas especies que cruzan esta membrana lo hacen a travs de transportadores especficos. La membrana interna aloja a los componentes de la cadena respiratoria y la ATP sintasa. La matriz mitocondrial, el espacio acotado por la membrana interna, contiene el complejo de la piruvato deshidrogenasa y las enzimas del ciclo del cido ctrico, de la ruta de la beta-oxidacin de los cidos grasos y de las rutas de oxidacin de los aminocidos, es decir, todas las rutas de oxidacin de combustibles excepto la gluclisis, que tiene lugar en el citosol. Debido a que la membrana interna tiene una permeabilidad selectiva, separa los intermediarios y enzimas de las rutas metablicas citoslicas de las de los procesos metablicos que se producen en la matriz. Sin embargo, el piruvato, los cidos grasos y los aminocidos o sus derivados alfa-ceto son llevados por transportadores especficos a la matriz para poder acceder a la maquinaria del ciclo del cido ctrico. El ADP y el Pi son transportados especficamente al interior de la matriz al mismo tiempo que el recin sintetizado ATP es transportado al exterior.

Anatoma bioqumica de una mitocondria Las crestas de la membrana interna le confieren una gran rea superficial. La membrana interna de una sola mitocondria de una clula heptica puede tener ms de 10,000 conjuntos de sistemas de transferencia de electrones y de molculas de ATP sintasa, distribuidas por toda la superficie de la membrana interna. Las mitocondrias del corazn, con gran profusin de crestas y, por tanto, un rea de la membrana interna mucho mayor, tienen ms de tres veces el nmero de conjuntos de sistemas de transferencia electrnica que las mitocondrias hepticas. La reserva mitocondrial de coenzimas e intermediarios est separada funcionalmente de la del citosol.

La fosforilacin oxidativa empieza con la entrada de electrones en la cadena respiratoria. La mayor parte de dichos electrones provienen de la accin de deshidrogenasas que captan electrones de vas catablicas y los canalizan hacia aceptores universales de electrones: nucletidos de nicotinamida (NAD+ o NADP+) o nucletidos de flavina (FMN o FAD).Las deshidrogenasas ligadas a nucletidos de nicotinamida catalizan reacciones reversibles de los tipos generales siguientes:

La mayora de deshidrogenasas que participan en el catabolismo son especficas para el NAD+ como aceptor electrnico. Algunas estn localizadas en el citosol y otras en la mitocondria, existiendo tambin otras con isozimas tanto mitocondriales como citoslicos.Las deshidrogenasas ligadas al NAD eliminan dos tomos de hidrgeno de sus sustratos. Uno es transferido en forma de ion hidruro (: H--) al NAD+ mientras que el otro aparece como H+ en el medio. El NADH y el NADPH son transportadores electrnicos hidrosolubles que se asocian reversiblemente con deshidrogenasas. El NADH transporta los electrones que provienen de reacciones catablicas a su punto de entrada en la cadena respiratoria. El NADPH generalmente suministra electrones a reacciones anablicas. Las clulas mantienen reservas separadas de NADPH y NADH, con potenciales redox diferentes. Esto se consigue manteniendo las razones [forma reducida]/ [forma oxidada] relativamente alta para el NADPH y relativamente baja para el NADH. Ni el NADH ni el NADPH pueden atravesar la membrana interna de la mitocondria, pero los electrones que transportan pueden ser lanzados a su travs indirectamente. Las flavoprotenas contienen un nucletido de flavina, FMN o FAD, fuertemente unido, a veces de manera covalente. El nucletido de flavina oxidado puede aceptar un electrn (dando la forma de semiquinona) o dos (produciendo FADH2 o FMNH2). La transferencia electrnica se da gracias a que la flavoprotena tiene un potencial de reduccin mayor que el del compuesto oxidado. El potencial de reduccin estndar de un nucletido de flavina, a diferencia de lo que sucede con el NAD o el NADP, depende de la protena a la que est asociado. Interacciones locales con grupos funcionales de la protena distorsionan los orbitales electrnicos del anillo de flavina, con lo que vara la estabilidad relativa de las formas oxidada y reducida. Debido a que las flavoprotenas pueden participar en transferencias de uno o de dos electrones, pueden actuar como intermedios entre reacciones en las que se ceden dos electrones (como sucede en las deshidrogenaciones) y en aquellas en las que se acepta un solo electrn (como en la reduccin de una quinona a hidroquinona).La cadena respiratoria mitocondrial consta de una serie de transportadores electrnicos que actan secuencialmente, la mayora de ellos protenas integrales con grupos prostticos capaces de aceptar y ceder uno o dos electrones. Hay tres tipos de transferencias electrnicas en la fosforilacin oxidativa: 1) transferencia directa de electrones, tal como sucede en la reduccin de Fe3+ a Fe2+; 2) transferencia de un tomo de hidrgeno y 3) transferencia de un ion hidruro (: H--) portador de dos electrones. El trmino equivalente de reduccin se usa para designar el equivalente de un electrn sencillo que se transfiere en una reaccin de oxidacin-reduccin.Adems del NAD y de las flavoprotenas, hay otros tres tipos de molculas transportadoras de electrones que funcionan en la cadena respiratoria: una quinona hidrofbica (ubiquinona) y dos tipos diferentes de protenas con hierro (citocromos y protenas ferro-sulfuradas). La ubiquinona (tambin llamada coenzima Q o sencillamente Q) es una benzoquinona liposoluble que contiene una larga cadena lateral isoprenoide. La ubiquinona puede aceptar un electrn, transformndose en el radical semiquinona (*QH), o dos electrones, formando ubiquinol (QH2). Al igual que las flavoprotenas transportadoras es, por tanto, capaz de actuar como puente entre un dador de dos electrones y un aceptor de un electrn. Debido a que la ubiquinona es al mismo tiempo, pequea e hidrofbica, puede difundir libremente dentro de la bicapa lipdica de la membrana mitocondrial interna y puede hacer de lanzadera de equivalentes de reduccin entre otros transportadores electrnicos de la membrana menos mviles. Adems, debido a que transporta tanto electrones como protones, juega un papel central en el acoplamiento del flujo electrnico al movimiento de protones. Los citocromos son protenas con una intensa absorcin de la luz visible caracterstica, debida a la presencia del grupo prosttico hemo que contiene hierro.Las mitocondrias contienen tres clases de citocromos que se distinguen por diferencias en su espectro de absorcin de la luz y que se designan a, b y c. Cada tipo de citocromo en su estado reducido (Fe2+) tiene tres bandas de absorcin en el espectro visible. La banda de longitud de onda ms larga est cerca de 600 nm en los citocromos del tipo a, cerca de 560 nm en los del tipo b y cerca de 550 nm en los del tipo c.

Grupos prostticos de los citocromos. Cada grupo est formado por cuatro anillos pentaatmicos que contienen nitrgeno en una estructura cclica llamada porfirina. Los cuatro tomos de nitrgeno estn coordinados con un ion Fe central que puede ser Fe2+ o Fe3+. La ferro-protoporfirina IX se encuentra en los citocromos de tipo b y en la hemoglobina y la mioglobina:

El hemo c est unido covalentemente a la protena del citocromo c mediante enlaces tioter con dos residuos Cys.

El hemo a, que se encuentra en los citocromos de tipo a, tiene una cola isoprenoide larga unida a uno de los anillos pentaatmicos. El sistema de dobles enlaces conjugados del anillo de la porfirina explica la absorcin de luz visible por estos hemos.

Los cofactores hemo de los citocromos a y b estn unidos muy fuertemente, aunque no de manera covalente, a sus protenas asociadas; los grupos hemo de los citocromos del tipo c estn unidos de forma covalente a travs de residuos Cys. Al igual que en las flavoprotenas, el potencial de reduccin estndar del tomo de hierro en el hemo de un citocromo depende de su interaccin con las cadenas laterales de la protena, por lo que es diferente para cada citocromo. Los citocromos de los tipos a y b, as como algunos del tipo c, son protenas integrales de la membrana mitocondrial interna. Una excepcin es el citocromo c de la mitocondria, que es una protena soluble que se asocia mediante interacciones electroestticas con la parte exterior de la membrana mitocondrial interna. En las protenas ferro-sulfuradas, el hierro est presente no en forma de hemo sino en asociacin con tomos de azufre inorgnico o con tomos de azufre de residuos Cys de la protena, o con los dos al mismo tiempo. Estos centros ferro-sulfurados (FeS) van desde estructuras sencillas con un solo tomo de Fe coordinado a cuatro residuos CysSH con centros FeS ms complejos con dos o cuatro tomos de Fe. Las protenas ferro-sulfuradas de Rieske son una variante de las anteriores en las que un tomo de Fe est coordinado con dos residuos His en lugar de con dos residuos Cys. Todas las protenas ferro-sulfuradas participan en transferencias de un electrn en las que se oxida o reduce uno de los tomos de Fe de la agrupacin ferro-sulfurada. En la transferencia de electrones mitocondrial actan como mnimo ocho protenas FeS.En la reaccin global catalizada por la cadena respiratoria mitocondrial se transportan electrones desde el NADH, el succinato u otro dador electrnico primario a travs de las flavoprotenas, la ubiquinona, las protenas ferro-sulfuradas y los citocromos y, finalmente, al O2. Se han determinado experimentalmente los potenciales de reduccin estndar de los transportadores electrnicos individuales. Es de esperar que los transportadores funcionen en orden de potenciales de reduccin creciente, porque los electrones tienden a fluir espontneamente desde los transportadores de E ms bajo hacia los transportadores con E ms elevado. El orden de los transportadores deducido segn este mtodo es NADH Q citocromo b citocromo c1 citocromo c citocromo a citocromo a3 O2.

Los transportadores de electrones actan en complejos multi-enzimticos: Los transportadores de electrones de la cadena respiratoria estn organizados en complejos supramoleculares incrustados en membranas que se pueden separar fsicamente. En la membrana interna hay cuatro complejos distintos de transportadores electrnicos, siendo cada uno de ellos capaz de catalizar la transferencia electrnica a travs de una porcin de la cadena: Componentes proteicos de la cadena de transporte electrnico mitocondrial:

Complejo enzimtico/protenaNmero de subunidadesGrupos prostticos

NADH deshidrogenasa

Succinato deshidrogenasa

Ubiquinona: citocromo c oxidorreductasa

Citocromo c

Citocromo oxidasa43

4

11

1

13FMN, FeS

FAD, FeS

Hemos, FeS

Hemo

Hemos; Cu A, Cu B

Los complejos I y II catalizan la transferencia de electrones a la ubiquinona a partir de dos dadores electrnicos diferentes: NADH (complejo I) y succinato (complejo II). El complejo III transporta electrones desde la ubiquinona reducida al citocromo c, y el complejo IV completa la secuencia transfiriendo electrones desde el citocromo c al O2.Complejo I: NADH deshidrogenasa. Tambin llamado NADH: ubiquinona oxidorreductasa, es una enzima enorme compuesto por 42 cadenas polipeptdicas diferentes, entre las que se encuentra una flavoprotena que contiene FMN y como mnimo seis centros ferro-sulfurados. El complejo I tiene forma de L, con un brazo de la L en la membrana y el otro prolongndose hacia la matriz.

El complejo I cataliza dos procesos simultneos forzosamente acoplados: 1) la transferencia exergnica hacia la ubiquinona de un ion hidruro del NADH y un protn de la matriz, expresado por:

y 2) la transferencia endergnica de cuatro protones de la matriz hacia el espacio intermembrana. Por lo tanto, el complejo I es una bomba de protones impulsada por la energa de la transferencia electrnica, y la reaccin que cataliza es vectorial: mueve los protones en una direccin especfica desde una localizacin (la matriz, que se carga negativamente con la salida de los protones) hacia otra (el espacio intermembrana, que se carga positivamente). El amital (un barbiturato), la rotenona (producto vegetal utilizado frecuentemente como insecticida) y el antibitico piericidina A inhiben el flujo electrnico desde los centros FeS del Complejo I a la ubiquinona, con el consecuente bloqueo global del proceso de la fosforilacin oxidativa.El ubiquinol (QH2, la forma reducida) difunde por la membrana mitocondrial interna desde el Complejo I al Complejo III, donde se oxida a Q en un proceso acompaado de la salida de H+ hacia el exterior.

En resumen: El complejo I cataliza la transferencia de un ion hidruro desde el NADH al FMN, a partir del cual pasan dos electrones a travs de una serie de centros FeS a la protena ferrosulfurada N2 situada en el brazo del complejo orientado hacia la matriz. La transferencia de electrones desde N2 a la ubiquinona, que se encuentra en el brazo situado en la membrana, genera QH2, el cual difunde por la bicapa lipdica. Esta transferencia de electrones tambin promueve la expulsin desde la matriz de cuatro protones por par de electrones. El flujo protnico provoca un potencial electroqumico a travs de la membrana mitocondrial interna (N lado negativo, P lado positivo), que conserva parte de la energa liberada por las reacciones de transferencia electrnica. Este potencial electroqumico impulsa la sntesis de ATP.

Complejo II: Succinato a ubiquinona. La succinato deshidrogenasa, es la nica enzima del ciclo del cido ctrico ligado a membrana. Aunque ms pequeo y ms sencillo que el complejo I, contiene cinco grupos prostticos de dos tipos y cuatro subunidades proteicas diferentes. Las subunidades C y D son protenas integrales de membrana, cada una de ellas con tres hlices transmembrana. Contienen un grupo hemo (hemo b) y un sitio de unin para la ubiquinona, que es el aceptor final de electrones en la reaccin catalizada por el Complejo II. Las subunidades A y B se extienden hacia la matriz; contienen tres centros 2Fe2S, FAD unido y un sitio de unin para el sustrato succinato. El hemo b del complejo II no se encuentra, aparentemente, en la ruta directa de transferencia electrnica; en su lugar podra servir para reducir la frecuencia con la que los electrones se pierden fuera del sistema, desplazndose del succinato al oxgeno molecular para producir las especies reactivas de oxgeno (ROS) perxido de hidrgeno (H2O2) y el radical superxido (O2--).Otros sustratos de las deshidrogenasas mitocondriales tambin pasan electrones a la cadena respiratoria a nivel de la ubiquinona, pero no a travs del Complejo II: el primer paso en la -oxidacin de los acil graso-CoA, catalizado por la flavoprotena acil-Coa deshidrogenasa, implica la transferencia de electrones desde el sustrato al FAD de la deshidrogenasa y a continuacin a la flavoprotena transferidora de electrones (ETF), que, a su vez, pasa sus electrones a la ETF: ubiquinona oxidorreductasa. Esta enzima pasa electrones a la cadena respiratoria al reducir la ubiquinona:El glicerol 3-fosfato, formado tanto a partir del glicerol liberado en la hidrlisis del triacilglicerol como de la reduccin de la dihidroxiacetona fosfato en la gluclisis, es oxidado por el glicerol 3-fosfato deshidrogenasa. Esta enzima es una flavoprotena localizada en la cara externa de la membrana mitocondrial interna y, al igual que la succinato deshidrogenasa y la acil-CoA deshidrogenasa, canaliza electrones hacia la cadena respiratoria, reduciendo la ubiquinona.

En resumen: Los electrones del NADH pasan a travs de una flavoprotena a una serie de protenas ferro-sulfuradas (en el complejo I) y seguidamente a Q. Los electrones pasan desde el succinato a travs de una flavoprotena y varios centros FeS (en el complejo II) en su camino hacia Q. El glicerol 3-fosfato cede electrones a una flavoprotena (glicerol 3-fosfato deshidrogenasa) en la cara externa de la membrana mitocondrial interna desde la que pasan a Q. La acil-CoA deshidrogenasa (primer enzima de la -oxidacin) transfiere electrones a la flavoprotena transferidora de electrones (ETF), de la que pasan, va ETF: ubiquinona oxidorreductasa, a Q.

Complejo III: ubiquinona a citocromo c. El Complejo III, tambin denominado complejo citocromo bc1 o ubiquinona: citocromo c oxidorreductasa, acopla la transferencia de electrones desde el ubiquinol (QH2) al citocromo c con el transporte vectorial de protones de la matriz al espacio inter-membrana. La unidad funcional del Complejo III es un dmero con las dos unidades monomricas del citocromo b rodeando una caverna en el centro de la membrana, en la que la ubiquinona tiene libertad para moverse desde el lado de la matriz de la membrana (sitio QN en un monmero) al espacio intermembrana (sitio QP del otro monmero) a medida que lanza electrones y protones a travs de la membrana mitocondrial interna. El complejo III es un dmero de monmeros idnticos, cada uno constituido por 11 subunidades diferentes. El ncleo funcional de un monmero consta de tres subunidades: el citocromo b con sus dos hemos (bH y bL); la protena ferro-sulfurada de Rieske con sus dos centros 2 Fe2S, y el citocromo c1 con su hemo. El citocromo c1 y la protena ferro-sulfurada de Rieske se proyectan desde la superficie P, y pueden interaccionar con el citocromo c del espacio intermembrana (aunque no forma parte del complejo funcional). El complejo presenta dos sitios de unin diferenciados para la ubiquinona, QN y QP, que son los sitios de inhibicin por dos frmacos que bloquean la fosforilacin oxidativa. La estructura dimrica es esencial para la funcin del Complejo III. La interfase entre monmeros forma dos cavernas, cada una con un sitio QP de un monmero y otra con un sitio QN del otro. Los intermedios de la ubiquinona se mueven en el interior de estas cavernas protegidas.

La antimicina A, que bloquea el flujo de electrones desde el hemo bH a Q, se une a QN, cercano al hemo de bH en el lado N (matriz) de la membrana.El mixotiazol, que impide el flujo de electrones desde QH2 a la protena ferro-sulfurada de Rieske, se une en QP, cercano al centro 2Fe2S y al hemo bL del lado P de la membrana.

Se ha propuesto un modelo razonable para el paso de electrones y protones a travs del Complejo III a partir de su estructura y de detallados estudios bioqumicos de las reacciones redox, el ciclo Q. El ciclo Q, se muestra en dos etapas en la imagen.

En la primera etapa (izquierda) Q en el lado N se reduce al radical semiquinona, que en la segunda etapa (derecha) se convierte en QH2. Mientras tanto, en el lado P de la membrana se oxidan dos molculas de QH2 a Q, liberando dos protones por Q (cuatro protones en total) en el espacio intermembrana. Cada QH2 cede un electrn (va el centro FeS de Rieske) al citocromo c1, y un electrn (va citocromo b) a una molcula de Q cerca del lado N, reducindolo en dos pasos a QH2. Esta reduccin tambin utiliza dos protones por Q, tomados de la matriz. La ecuacin neta de las reacciones redox del ciclo Q es:

El ciclo Q adapta el cambio entre el transportador de dos electrones, la ubiquinona, y los transportadores de un electrn, los citocromos b562, b566, c1 y c, y explica la estequiometra medida de cuatro protones translocados por cada par de electrones que pasan del complejo III al citocromo c. Aunque la va de los electrones por este segmento de la cadena respiratoria es complicada, el efecto neto de la transferencia es simple: QH2 se oxida a Q, al tiempo que se reducen dos molculas de citocromo c.El citocromo c es una protena soluble del espacio intermembrana. Despus de que su nico hemo acepte un electrn del complejo III, el citocromo c se desplaza hacia el Complejo IV para ceder el electrn a un centro de cobre binuclear.

Complejo IV: citocromo c a O2. En el ltimo paso de la cadena respiratoria, el Complejo IV, tambin llamado citocromo oxidasa, transporta electrones desde el citocromo c al oxgeno molecular, reducindolo a H2O. El complejo IV es una enzima muy grande (13 subunidades) de la membrana mitocondrial interna. La subunidad II mitocondrial contiene dos iones Cu que forman complejo con los grupos SH de dos residuos Cys en un centro binuclear que se parece a los centros 2Fe2S de las protenas ferro-sulfuradas. La subunidad I contiene dos grupos hemo, designados a y a3, y otro ion cobre (CuB). El hemo a3 y el CuB forman un segundo centro binuclear que acepta los electrones del hemo a y los transfiere al O2 unido al hemo a3. La transferencia de electrones a travs del complejo IV va del citocromo c al centro CuA, al hemo a, al centro hemo a3CuB y finalmente al O2:

Por cada cuatro electrones que pasan a travs del complejo, la enzima consume cuatro H+ sustrato de la matriz (lado N), convirtiendo el O2 en 2H2O. Tambin utiliza la energa de esta reaccin redox para bombear un protn hacia el espacio intermembrana (lado P) por cada electrn que pasa, aadindose al potencial electroqumico producido por el transporte del protn impulsado por el potencial redox a travs de los complejos I y III. La reaccin global catalizada por el complejo IV es: