ppt-cont-resp-curv-consum-oxi
TRANSCRIPT
CONTROL RESPIRATORIO CONTROL RESPIRATORIO
CURVAS DE CONSUMO DE OXIGENOCURVAS DE CONSUMO DE OXIGENO
Prof. Dra. Silvia González-CalvarProf. Dr. Héctor Coirini
InstruccionesInstrucciones
En la siguiente presentación encontrará En la siguiente presentación encontrará cuadros con textocuadros con texto y y
cuadros con gráficoscuadros con gráficos. .
Para favorecer la lectura de los primeros, cada cuadro está Para favorecer la lectura de los primeros, cada cuadro está
preparado para avance manual, es decir cuando termine de leer preparado para avance manual, es decir cuando termine de leer
este cuadro, deberá pulsar la tecla o bien AvPag para avanzar este cuadro, deberá pulsar la tecla o bien AvPag para avanzar
y si desea retroceder o RePag. y si desea retroceder o RePag.
En los cuadros con gráficos, espere a que aparezca una flecha En los cuadros con gráficos, espere a que aparezca una flecha
verde en el ángulo inferior derecho, antes de pulsar las teclas de verde en el ángulo inferior derecho, antes de pulsar las teclas de
avance o retroceso.avance o retroceso.
En condiciones fisiológicas, el transporte de electrones En condiciones fisiológicas, el transporte de electrones
en la cadena respiratoria mitocondrial está acoplado a la en la cadena respiratoria mitocondrial está acoplado a la
fosforilación de ATP. Recordemos que, desde el punto de fosforilación de ATP. Recordemos que, desde el punto de
vista termodinámico, dos procesos están acoplados cuando la vista termodinámico, dos procesos están acoplados cuando la
energía libre liberada por uno de ellos (proceso exergónico) es energía libre liberada por uno de ellos (proceso exergónico) es
utilizada por el otro (proceso endergónico), el cual, de otra utilizada por el otro (proceso endergónico), el cual, de otra
manera, no podría ocurrir espontáneamente. Esto se pone en manera, no podría ocurrir espontáneamente. Esto se pone en
evidencia cuando observamos que en la cadena respiratoria evidencia cuando observamos que en la cadena respiratoria
(proceso exergónico), los electrones pueden fluir sólo si el (proceso exergónico), los electrones pueden fluir sólo si el
ADP es simultáneamente fosforilado a ATP (proceso ADP es simultáneamente fosforilado a ATP (proceso
endergónico). Así, el consumo de oxígeno mitocondrial está endergónico). Así, el consumo de oxígeno mitocondrial está
regulado no sólo por el aporte de NADH, sino también por los regulado no sólo por el aporte de NADH, sino también por los
niveles de ADP y Pi.niveles de ADP y Pi.
IntroducciónIntroducción
La regulación de la velocidad de fosforilación oxidativa La regulación de la velocidad de fosforilación oxidativa
por los niveles de ADP se denomina CONTROL RESPIRATORIO. por los niveles de ADP se denomina CONTROL RESPIRATORIO.
Este mecanismo regulatorio permite que, cuando los niveles de Este mecanismo regulatorio permite que, cuando los niveles de
ADP se incrementan como consecuencia de un gasto de ATP, ADP se incrementan como consecuencia de un gasto de ATP,
paralelamente aumenta la velocidad de fosforilación oxidativa paralelamente aumenta la velocidad de fosforilación oxidativa
para reponer el ATP consumido. Debido a que la fosforilación para reponer el ATP consumido. Debido a que la fosforilación
oxidativa está acoplada a la cadena de transporte de electrones, oxidativa está acoplada a la cadena de transporte de electrones,
el incremento en la velocidad de la fosforilación oxidativa se el incremento en la velocidad de la fosforilación oxidativa se
refleja por un aumento en el flujo de electrones a través de la refleja por un aumento en el flujo de electrones a través de la
cadena respiratoria y, por lo tanto, del consumo de oxígeno (o cadena respiratoria y, por lo tanto, del consumo de oxígeno (o
bien por una disminución en la concentración del oxígeno del bien por una disminución en la concentración del oxígeno del
entorno).entorno).
IntroducciónIntroducción
En condiciones experimentales, el control respiratorio En condiciones experimentales, el control respiratorio
puede evaluarse en suspensiones mitocondriales de un dado puede evaluarse en suspensiones mitocondriales de un dado
tejido en presencia de oxígeno. Las mitocondrias deben estar tejido en presencia de oxígeno. Las mitocondrias deben estar
intactas y ser incubadas con un medio con sustratos intactas y ser incubadas con un medio con sustratos
oxidables que permitan la generación de coenzimas oxidables que permitan la generación de coenzimas
reducidas. Las variaciones en el consumo de oxígeno son reducidas. Las variaciones en el consumo de oxígeno son
evaluadas por un dispositivo que tiene un electrodo sensible a evaluadas por un dispositivo que tiene un electrodo sensible a
las concentraciones de oxígeno (polarógrafo). Observar que las concentraciones de oxígeno (polarógrafo). Observar que
un aumento en el consumo de oxígeno se traduce en una un aumento en el consumo de oxígeno se traduce en una
disminución en la concentración de oxígenodisminución en la concentración de oxígeno..
IntroducciónIntroducción
Los cambios en la velocidad de consumo de oxígeno Los cambios en la velocidad de consumo de oxígeno
(consumo de oxígeno en la unidad de tiempo)(consumo de oxígeno en la unidad de tiempo) de la de la
suspensión mitocondrial puede comprobarse agregando ADP suspensión mitocondrial puede comprobarse agregando ADP
al medio: esto provoca un rápido aumento en el consumo de al medio: esto provoca un rápido aumento en el consumo de
oxígeno. oxígeno.
Cuando las mitocondrias son suspendidas en un Cuando las mitocondrias son suspendidas en un
medio en el cual existe una alta concentración de sustratos, medio en el cual existe una alta concentración de sustratos,
fosfatos y oxígeno, se encuentran en un estado metabólico fosfatos y oxígeno, se encuentran en un estado metabólico
llamado llamado “estado 4“estado 4” y la respiración es lenta. Cuando se añade ” y la respiración es lenta. Cuando se añade
ADP se estimula la síntesis de ATP y se incrementa la ADP se estimula la síntesis de ATP y se incrementa la
velocidad del transporte de electrones, y por lo tanto, del velocidad del transporte de electrones, y por lo tanto, del
consumo de oxígeno: este estado metabólico se lo llama consumo de oxígeno: este estado metabólico se lo llama
“estado 3”“estado 3”, y permanece así hasta que se consume el ADP , y permanece así hasta que se consume el ADP
añadido. añadido. Gráfico 1
IntroducciónIntroducción
TIEMPO
Mitocondrias de hígado en suspensiónMitocondrias de hígado en suspensión
ADP + PiADP + Pi
Co
nce
ntr
ació
n d
e C
on
cen
trac
ión
de
oxí
gen
oo
xíg
eno
EE44
EE33
Se denomina CONTROL RESPIRATORIO a la relación entre la Se denomina CONTROL RESPIRATORIO a la relación entre la
respiración en el estado 3 y la correspondiente al estado 4. respiración en el estado 3 y la correspondiente al estado 4.
Otro índice útil para evaluar la actividad mitocondrial Otro índice útil para evaluar la actividad mitocondrial
es la relación P:O, es decir, la relación entre el fosfato es la relación P:O, es decir, la relación entre el fosfato
incorporado al ATP y el oxígeno consumido al oxidar el incorporado al ATP y el oxígeno consumido al oxidar el
sustrato. Tanto el control respiratorio como la relación P:O, sustrato. Tanto el control respiratorio como la relación P:O,
son utilizados para expresar el grado de acoplamiento entre son utilizados para expresar el grado de acoplamiento entre
los procesos de oxidación y de fosforilación. Valores bajos de los procesos de oxidación y de fosforilación. Valores bajos de
control respiratorio o de índice P:O indican mitocondrias control respiratorio o de índice P:O indican mitocondrias
dañadas o desacopladas.dañadas o desacopladas.
ESTADOS METABÓLICOS MITOCONDRIALESESTADOS METABÓLICOS MITOCONDRIALES
Estado Estado MetabólicoMetabólico OO22 Nivel de ADPNivel de ADP
Nivel de Nivel de sustrato de sustrato de la cadena la cadena respiratoriarespiratoria
Velocidad de Velocidad de respiraciónrespiración
Factor Factor determinante determinante de la de la actividad actividad respiratoriarespiratoria
11 DisponibleDisponible BajoBajo BajoBajo LentaLenta ADPADP
22 DisponibleDisponible AltoAlto Muy bajoMuy bajo LentaLentaSustrato de la Sustrato de la
cadena cadena respiratoriarespiratoria
33 DisponibleDisponible AltoAlto AltoAlto RápidaRápida Cadena Cadena respiratoriarespiratoria
44 DisponibleDisponible BajoBajo AltoAlto Lenta Lenta ADPADP
55No disponible No disponible (anaerobiosis)(anaerobiosis) AltoAlto AltoAlto NulaNula OxígenoOxígeno
La evolución de la concentración de oxígeno en una La evolución de la concentración de oxígeno en una
suspensión mitocondrial en función de los niveles de ADP y suspensión mitocondrial en función de los niveles de ADP y
sustrato se puede ver en el sustrato se puede ver en el
Inicialmente, las mitocondrias están suspendidas en un Inicialmente, las mitocondrias están suspendidas en un
medio con bajo nivel de sustrato y de ADP, en presencia de medio con bajo nivel de sustrato y de ADP, en presencia de
oxígeno.oxígeno.
Gráfico 2
A.- Las mitocondrias no consumen oxígeno porque al A.- Las mitocondrias no consumen oxígeno porque al
carecer de sustrato oxidable no generan coenzimas carecer de sustrato oxidable no generan coenzimas
reducidas y por lo tanto no requieren oxígeno para su reducidas y por lo tanto no requieren oxígeno para su
reoxidación.reoxidación.
B.- El agregado de malato no modifica marcadamente el B.- El agregado de malato no modifica marcadamente el
consumo de oxígeno por falta de ADP, por lo tanto no se consumo de oxígeno por falta de ADP, por lo tanto no se
observa variación en la concentración de oxígeno. El bajo observa variación en la concentración de oxígeno. El bajo
nivel de ADP sólo produce una ligera disminución de la nivel de ADP sólo produce una ligera disminución de la
concentración de oxígeno (o bien, un ligero incremento en concentración de oxígeno (o bien, un ligero incremento en
el consumo de oxígeno. el consumo de oxígeno.
C.- El agregado de ADP exógeno permite que ocurra la C.- El agregado de ADP exógeno permite que ocurra la
fosforilación oxidativa y, por lo tanto, hay una disminución en fosforilación oxidativa y, por lo tanto, hay una disminución en
la concentración de oxígeno (aumento en el consumo de la concentración de oxígeno (aumento en el consumo de
oxígeno). El ADP agregado se va agotando a medida que la oxígeno). El ADP agregado se va agotando a medida que la
fosforilación oxidativa ocurre. Esto se refleja con el cambio de fosforilación oxidativa ocurre. Esto se refleja con el cambio de
pendiente que se observa al final de esta fase.pendiente que se observa al final de esta fase.
D.- El agregado de ADP no modifica los niveles de oxígeno D.- El agregado de ADP no modifica los niveles de oxígeno
presentes. Esta situación se debe al agotamiento del sustrato.presentes. Esta situación se debe al agotamiento del sustrato.
E.- El agregado de más sustrato reestablece el sistema y la E.- El agregado de más sustrato reestablece el sistema y la
suspensión mitocondrial respira activamente. suspensión mitocondrial respira activamente.
TIEMPO
Mitocondrias de hígado en suspensiónMitocondrias de hígado en suspensión
MalatoMalato
ADP + PiADP + Pi
Co
nce
ntr
ació
n d
e C
on
cen
trac
ión
de
oxí
gen
oo
xíg
eno MalatoMalato
AABB
CC
DDEE
ALGUNOS COMPUESTOS QUE INTERFIEREN ALGUNOS COMPUESTOS QUE INTERFIEREN EN LA CADENA RESPIRATORIA Y LA EN LA CADENA RESPIRATORIA Y LA
FOSFORILACION OXIDATIVAFOSFORILACION OXIDATIVA
Tipo de interferencia: Tipo de interferencia: Inhibición de la transferencia de electronesInhibición de la transferencia de electrones
Cianuro (CN-)Cianuro (CN-)Monóxido de carbono (CO)Monóxido de carbono (CO)Azida sódica (NaAzida sódica (Na33N)N)
Inhiben la citocromo oxidasa (Complejo IV)
Antimicina A Antimicina A Bloquea la transferencia de electrones desde el citocromo b al citocromo c1
RotenonaRotenonaAmitalAmitalPiercidina A Piercidina A
Inhiben la transferencia de electrones desde un centro Fe-S de la NADH deshidrogenasa (Complejo I) a la ubiquinona (CoQ)
Malonato Malonato Inhibe la transferencia de electrones a nivel de la succinato deshidrogenasa (Complejo II)
CH3
CH2CH2CH2CH2CH2CH3CH3
CH2CHCH3
CH3
Antimicina A
ALGUNOS COMPUESTOS QUE INTERFIEREN ALGUNOS COMPUESTOS QUE INTERFIEREN EN LA CADENA RESPIRATORIA Y LA EN LA CADENA RESPIRATORIA Y LA
FOSFORILACION OXIDATIVAFOSFORILACION OXIDATIVA
Tipo de interferencia: Tipo de interferencia: Inhibición de la ATPsintasaInhibición de la ATPsintasa
OligomicinaOligomicinaVenturicidinaVenturicidina
Bloquea el flujo de protones a través de Fo
Atractilósido Atractilósido Inhibe la adenina nucleótido translocasa.
Tipo de interferencia: Tipo de interferencia: Inhibición del intercambio ATP-ADPInhibición del intercambio ATP-ADP
Oligomicina
O
OO
CH2
COOH
OH
H3C
CH3H3C
H2C-OH
KO3SO
KO3SO
O
Atractilósido
Tipo de interferencia:Tipo de interferencia: Desacoplamiento de la fosforilación oxidativa y Desacoplamiento de la fosforilación oxidativa y el transporte de electronesel transporte de electrones
DinitrofenolDinitrofenolCarbonil-cianuro Carbonil-cianuro fenil hidrazona fenil hidrazona
Actúan como ácidos débiles, disminuyendo la concentración de protones en el espacio intermembrana.
ALGUNOS COMPUESTOS QUE INTERFIEREN ALGUNOS COMPUESTOS QUE INTERFIEREN EN LA CADENA RESPIRATORIA Y LA EN LA CADENA RESPIRATORIA Y LA
FOSFORILACION OXIDATIVAFOSFORILACION OXIDATIVA
Valinomicina Valinomicina
Proteína desacopladoraProteína desacopladora(termogenina) (termogenina)
Forma poros conductores de protones en la membrana interna de la mitocondria del tejido adiposo marrón.
Ionóforo del K+, disminuyendo el gradiente eléctrico
NO2
NO2
HO
2,4-Dinitro-fenol
2,4-Dinitro-fenol
Valinomicina
EJEMPLOS DE CURVAS DE CONSUMO DE EJEMPLOS DE CURVAS DE CONSUMO DE
OXÍGENO CON EL AGREGADO DE OXÍGENO CON EL AGREGADO DE
COMPUESTOS QUE INTERFIEREN EN LA COMPUESTOS QUE INTERFIEREN EN LA
CADENA RESPIRATORIA Y LA CADENA RESPIRATORIA Y LA
FOSFORILACION OXIDATIVAFOSFORILACION OXIDATIVA
Co
nce
ntr
ació
n d
e C
on
cen
trac
ión
de
oxí
gen
oo
xíg
eno
TIEMPO
Mitocondrias de hígado en suspensiónMitocondrias de hígado en suspensión
SuccinatoSuccinato
ADP + PiADP + PiCNCN--
DNFDNF
A.- La suspensión mitocondrial en un entorno aeróbico y sustratos A.- La suspensión mitocondrial en un entorno aeróbico y sustratos oxidables consume oxígeno.oxidables consume oxígeno.
B.- Al agregar un sustrato oxidable se aumenta la velocidad de consumo B.- Al agregar un sustrato oxidable se aumenta la velocidad de consumo de oxígeno y por lo tanto la concentración de oxígeno disminuye y de oxígeno y por lo tanto la concentración de oxígeno disminuye y también la del ADP endógeno, por lo tanto este compuesto comienza a ser también la del ADP endógeno, por lo tanto este compuesto comienza a ser limitante.limitante.
C.- Al agregarle ADP + Pi, la velocidad de consumo de oxígeno aumenta C.- Al agregarle ADP + Pi, la velocidad de consumo de oxígeno aumenta significativamente y entonces, la concentración de oxígeno disminuye en significativamente y entonces, la concentración de oxígeno disminuye en forma abrupta.forma abrupta.
D.- Al agregar cianuro, que es un inhibidor del complejo IV (citocromo D.- Al agregar cianuro, que es un inhibidor del complejo IV (citocromo oxidasa) se bloquea el transporte de electrones y, por lo tanto, no hay oxidasa) se bloquea el transporte de electrones y, por lo tanto, no hay consumo de oxígeno. La concentración de oxígeno no se modifica.consumo de oxígeno. La concentración de oxígeno no se modifica.
E.- Al agregar 2,4 dinitro-fenol que es un desacoplante de la fosforilación E.- Al agregar 2,4 dinitro-fenol que es un desacoplante de la fosforilación oxidativa, sigue sin variar la concentración de oxígeno, es decir no se oxidativa, sigue sin variar la concentración de oxígeno, es decir no se reanuda el consumo de oxígeno porque la cadena respiratoria continúa reanuda el consumo de oxígeno porque la cadena respiratoria continúa bloqueada por el cianuro que se agregó en los pasos anteriores.bloqueada por el cianuro que se agregó en los pasos anteriores.
TIEMPO
Mitocondrias de hígado en suspensiónMitocondrias de hígado en suspensión
SuccinatoSuccinatoADP + PiADP + Pi
OLIGOLIG
DNFDNF
[O[O22] = 0] = 0
Co
nce
ntr
ació
n d
e C
on
cen
trac
ión
de
oxí
gen
oo
xíg
eno
A.- La suspensión mitocondrial en un entorno aeróbico y sustratos A.- La suspensión mitocondrial en un entorno aeróbico y sustratos oxidables consume oxígeno.oxidables consume oxígeno.
B.- Al agregar un sustrato oxidable se aumenta la velocidad de consumo B.- Al agregar un sustrato oxidable se aumenta la velocidad de consumo de oxígeno y por lo tanto la concentración de oxígeno disminuye y de oxígeno y por lo tanto la concentración de oxígeno disminuye y también la del ADP endógeno, por lo tanto este compuesto comienza a también la del ADP endógeno, por lo tanto este compuesto comienza a ser limitante. ser limitante.
C.- Al agregarle ADP + Pi , la velocidad de consumo de oxígeno aumenta C.- Al agregarle ADP + Pi , la velocidad de consumo de oxígeno aumenta significativamente y entonces, la concentración de oxígeno disminuye significativamente y entonces, la concentración de oxígeno disminuye en forma abrupta.en forma abrupta.
D.- Al agregar oligomicina, que es un inhibidor de la fracción Fo de la D.- Al agregar oligomicina, que es un inhibidor de la fracción Fo de la ATP sintasa, se bloquea la síntesis de ATP y por lo tanto, también se ATP sintasa, se bloquea la síntesis de ATP y por lo tanto, también se bloquea el transporte de electrones porque ambos procesos están bloquea el transporte de electrones porque ambos procesos están acoplados. Así, no hay consumo de oxígeno y la concentración del acoplados. Así, no hay consumo de oxígeno y la concentración del mismo se mantiene constante. mismo se mantiene constante.
E.- Al agregar 2,4 dinitro-fenol que es un desacoplante de la fosforilación E.- Al agregar 2,4 dinitro-fenol que es un desacoplante de la fosforilación oxidativa, se reanuda el consumo de oxígeno (disminuye la oxidativa, se reanuda el consumo de oxígeno (disminuye la concentración del mismo) porque la cadena respiratoria puede funcionar concentración del mismo) porque la cadena respiratoria puede funcionar normalmente a pesar de que no hay síntesis de ATP. normalmente a pesar de que no hay síntesis de ATP.
BibliografíaBibliografía
Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations. T.M. Devlin Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations. T.M. Devlin
(ed). Wiley Liss, New York, 1997.(ed). Wiley Liss, New York, 1997.
Principios de Bioquímica. Principios de Bioquímica. A.L. Lehninger, D.L. Nelson, M.M. A.L. Lehninger, D.L. Nelson, M.M.
Cox. Cox. Ediciones Omega, Barcelona, 1995.Ediciones Omega, Barcelona, 1995.
Alvarez S, Novoa Bermúdez MJ, Boveris A. La mitochondria: Alvarez S, Novoa Bermúdez MJ, Boveris A. La mitochondria:
estructura, función y especies reactivas del Oxígeno. estructura, función y especies reactivas del Oxígeno.
Antioxidantes y calidad de vida. 2 (5): 14-22, 1995.Antioxidantes y calidad de vida. 2 (5): 14-22, 1995.
Muchas gracias por su atención !
En el archivo adjunto puede encontrar una cryco.pdf
copia de esta presentación