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FosforilaciFosforilacióón oxidativan oxidativa
Proceso por el cual los electrones se transfieren desde el NADH y FADH2 al O2 a
través de tres complejos proteicos de la membrana mitocondrial interna
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Estructura de las mitocondriasEstructura de las mitocondrias
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Las membranas externas y sus respectivas caras son diferentes
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NADH
NADH-Qoxidorreductasa
Q Succinato DH-Q reductasa
Q-citocromo coxidorreductasa
Cit c
Citocromo coxidasa
O2
.
Esquema del transporte de ēa través de los tres complejos
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La teorLa teoríía a quimiosmquimiosmóóticatica• Fue desarrollada por Peter Mitchell (1920-1992)• Le valió el Nobel de 1978• En los comienzos de la década del 60 se conocía el papel del ATP como moneda de energía, pero se suponía que su síntesis era por fosforilación a nivel de sustrato. En consecuencia, se buscaba un hipotético intermediario de alta energía capaz de fosforilar al ADP.• La teoría postula que la energía para la síntesis de ATP proviene de la formación de un gradiente químico por el cual los H+ son bombeados fuera de la mitocondria.
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MM Ext
MM Int
FumaratoSuccinato
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CuA y CuBHemo a3
Citocromo cHemo a10200Citocromo c oxidasa
Fe-SHemo c1
Hemo bL
Citocromo cQHemo bH10250Q-citochromo c oxidoreductasa
Fe-S
QSuccinatoFAD4127Succinato-Q reductasa
Fe-S
QNADHFMN≥34
880NADH-Q oxidoreductasa
Ladocitosólico
En la membrana
Lado de la matriz
Gr. prostético
SUMasa(kd)
Complejo
Oxidante o reductor
Componentes del sistema de transporte de ē
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Estructura y estados de reducciEstructura y estados de reduccióón de quinonasn de quinonas
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Estructura y estados de reducciEstructura y estados de reduccióón de n de flavinasflavinas
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(A) 1 Fe unido a 4 Cisteínas(B) Centro 2Fe-2S con puentes sulfuro de Cis(C) Centro 4Fe-4S
Centros hierroCentros hierro--azufre: Fe no azufre: Fe no hemhemííniconico + S + S áácc. l. láábilbil
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El grupo El grupo hemohemo: integrante de los : integrante de los citocromoscitocromos
Hemo c
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Citocromo Citocromo cc
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Hemo b
Hemo a
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605
444
420
Ox
Red
El espectro de absorción de los citocromos permite su identificación y da información sobre su estado
BioqUímica - FCByF
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La estructura de los citocromos está conservada en especies diferentes
AtúnAtún Rhodospirillum rubrum Paracoccus denitrificans
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La secuencia de los citocromos se usa en estudios filogenéticos
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0.816½ O2 + 2 H+ + 2 ē H2O
0.550Cit a3 (Fe3+) + ē Cit a3 (Fe2+)
0.290Cit a (Fe3+) + ē Cit a (Fe2+)
0.254Cit c (Fe3+) + ē Cit c (Fe2+)
0.220Cit c1 (Fe3+) + ē Cit c1 (Fe2+)
0.077Cit b (Fe3+) + ē Cit b (Fe2+)
0.045UQ + 2 H+ + 2 ē UQH2
-0.300NADHDH(FMN) + 2 H+ + 2 ēNADDH(FMNH2)
-0.320NAD + + H+ + 2 ē NADHΔE0´
Determinación de la secuencia de los transportadores de electrones
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0.816½ O2 + 2 H+ + 2 ē H2O
1.14½ O2 + NADH + H+ H2O + NAD+
-0.320NAD + + H+ + 2 ē NADH
ΔE0´
ΔG´0 = -n FΔE´0 = -52.6 kcal/mol
ADP + Pi ATP + H2O ΔG´0= 7.3 kcal/mol
Para el bombeo de 1 H+
ΔG = 2.3 RT [pHin – pHex] + Z F Δψ
En hepatocitos el potencial es aprox. 0.168V,da un ΔG = 21.5 kJ/mol. Comparado con alred. de 40 a 50 kJ/mol para la sint. de 1 ATP ⇒ al menos 2 H+, las estimaciones son que casi 3
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% Citred
Succ
t
O2
a + a3
c
c1
b
BioqUímica
- FCByF
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NADH UQ Cit b Cit c1 Cit c Cit (a + a3) O2
rotenona
NADH UQ Cit b Cit c1 Cit c Cit (a + a3) O2
Antimicina A
NADH UQ Cit b Cit c1 Cit c Cit (a + a3) O2
CN-
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• 880 kDa (43 SU)• FMN• 5 FeS• Aceptor: Q
2 x
1 ē
2 x 1 ē
2 H+
2 H+
NADH + H+
NAD+
Q
QH2
FMN + 2 H+ + 2 H- FMNH2 - H+ - ē FMNH - H+ - ē FMN
Q + ē Q + ē + 2 H+ QH2
4 H+in 4 H+
ex
-..
Matriz
Espacio interm.
COMPLEJO ICOMPLEJO I((NADH-Q oxidoreductasa)
BioqUím
ica- F
CByF
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• 127 kDa• FAD• 3 FeS (2/2;4/4 y 3/4)• cit b560•Aceptor: Q
COMPLEJO II COMPLEJO II (Succinato-Q reductasa)
FAD
SuccinatoFumarato
FeS
FADH2
2 H+
Q
QH2b560FeS
FeS
b560
Matriz
Espacio interm.
BioqUímica- FCByF
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• 500 kDa(dím. 11 SU)• 3 cit (b562, b566, c1)• 1 FeS
• Aceptor: cit c
4 H+in 4 H+
ex
Cit c1
Cit c
FeSCit b562
Cit b566
QH2
4 H+
4 H+
COMPLEJO III COMPLEJO III (Q-citochromo c oxidoreductasa)
Ciclo Q
Matriz
Espacio interm.
BioqUímica - FCByF
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CICLO QCICLO Q
QH2
QH2QH
QH Q
Q
H+ H+
H+ H+
.Cit b562
Cit b566
ēē
.
Cit c
1 ē
Matriz
Espacio interm.
2 1
BioqUím
ica- FCByF
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• 400 kDa (dím. 8-13 SU)• cit (a y a3)• CuA y CuB• Aceptor: O2
4 H+in 4 H+
ex
Cit c2 H+
Cit a3
Cit a ↔ CuA
Cit a3 ↔ CuB
2 x 1 ē
2 x 1 ē
½ O2 + 2 H+
H2O
Matriz
Espacio interm.
COMPLEJO IVCOMPLEJO IV((citcit cc oxidasa)oxidasa)
BioqUím
ica- F
CByF
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SSííntesis de ATPntesis de ATP
• Fo: transmembrana, 8 SU diferentes (3 en E. coli), ab2c10-12, canal de H+
• F1: 9 SU, α3β3γδε, β es la catalítica
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T
O L
T
O L
TO
L T
O
L
O
TL L
O
T O
LL
OT T
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ΔG
Coordenada de reacción
ATP aq
ATP unidoADP + PiBioqUímica - FCByF
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Pi
ADP 3-
ATP 4-
H+
Adenilato Adenilato translocasatranslocasa
BioqUímica - FCByF
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Esp. IM Matriz
Mal
OAA
Asp Asp
OAA
Mal
Glu
αKG
NADH
NAD+
MDH
AAT
Glu
αKGAAT
NADH
NAD+
Lanzadera malato/Lanzadera malato/αα−−cetoglutaratocetoglutarato
Bio
qUím
ica
-FC
ByF
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Esp. IM Matriz
DHAPNADH
NAD+
GliceroP
FADH2
FAD
Q
QH2
Lanzadera de glicerofosfatoLanzadera de glicerofosfato
BioqUím
ica- FCByF
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DesacoplantesDesacoplantes
•• Sustancias que disipan el gradiente de Sustancias que disipan el gradiente de HH++
•• Aumentan el flujo de Aumentan el flujo de ēē•• CesaCesa la la producciproduccióónn de ATPde ATP•• PuedenPueden ser ser naturalesnaturales ((valinomicinavalinomicina) o ) o sintsintééticosticos (DNF)(DNF)
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Noradrenalina
Receptor β-adrenérgico
Proteína GGTP
Proteína kinasa dep.
de AMPc
Proteína kinasa dep. de AMPc
Adenilato ciclasa
ATP AMPc
+
Lipasa sensible a hormonas
Lipasa sensible a
hormonas
P
ADPATP
Ac. graso libre
Activación de termogeninabloqueda por
ATP, ADP, GTP, GDP
BioqUím
ica- FCByF
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Inhibidores del transporte de Inhibidores del transporte de ēē
•• Sustancias inhiben algSustancias inhiben algúún componente n componente de la cadena de TEMde la cadena de TEM•• Cesa el flujo de Cesa el flujo de ēē•• CesaCesa la la producciproduccióónn de ATPde ATP•• ActActúúanan en en diferentesdiferentes lugareslugares::
Complejo IComplejo I: : RotenonaRotenona, , amitalamital, , piericidinapiericidinaComplejoComplejo III: III: antimicinaantimicina, , mixotiazolmixotiazol, , estigmatelinaestigmatelinaComplejoComplejo IV: IV: cianurocianuro, , sulfurosulfuro, CO, , CO, azidaazida (N(N33
--))
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Inhibidores de la ATP sintasaInhibidores de la ATP sintasa
•• CesaCesa la la producciproduccióónn de ATPde ATP•• Cesa el flujo de Cesa el flujo de ēē•• EjemplosEjemplos: : oligomicinaoligomicina, , diciclodiciclo hexilhexilcarbodiimidacarbodiimida (DCCD)(DCCD)
Inhibidores de la Inhibidores de la translocasatranslocasa
•• CesaCesa la la producciproduccióónn de ATPde ATP•• Cesa el flujo de Cesa el flujo de ēē•• EjemplosEjemplos: : atractilatractilóósidosido