vamos a estudiar una reacción en la que juntaremos dos pares redox en un recipiente :

Vamos a estudiar una reacción en la que juntaremos dos pares Redox en un recipiente :

Aoxi + e- Ared

Boxi + e- Bred

E0´ = + 250 mV

E0´ = - 415 mV

En el primer par la forma oxidada tiene mucha afinidad por los electrones. En el segundo par la forma oxidada tiene poca afinidad por los electrones. Por lo tanto, si juntamos ambos pares en la misma cubeta en condiciones equimoleculares, la reacción se realizará en la dirección :

Aoxi + Bred

En que el par de menor potencial potencial Redox cede electrones al de mayor potencial

Ared + Boxi

e-

Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid

Aoxi + Bred Ared + Boxi

La diferencia entre el potencial Redox de ambos pares nos indica la dirección y grado de espontaneidad de la reacción :

Par A E0´ = + 250 mV

Par B E0´ = - 415 mV

E0´ = + 665 mV

¿ Como podemos expresar la espontaneidad de esta reacción en términos termodinámicos ?. Esto es, en términos de Variación de Energía libre Estandar

Cuanto mayor ( y positiva ) sea la E0´ mas hacia la derecha estará desplazada esta reacción en el equilibrio.

Gº´ = - nF º´

Cuanto mayor y más positiva es la diferencia de potencial Redox Estandar, menor y mas negativa es la Variación de Energía libre Estandar.


La Ecuación de Nernst nos permite calcular Potencial de Oxidación-reducción de una reacción redox en condiciones reales conociendo las concentraciones de oxidantes y reductores :

Aoxi + Bred Ared + Boxi

Gº´ = - nF º´

E = Eº´ RT_ ____nF

Ln[Ared][ Boxi]

[Aoxi][ Bred]__________

Se pueden resumir las relaciones entre Variación de Energía libre y Potencial redox :

G = - nF

acetato- + 3 H+ + 3 e- acetaldehido + H2O - 0,581

2 e- + 2 H+ 1/2 H2 - 0,421

acetoacetato- + 2 H+ + 2 e- - hidroxibutirato- - 0,346

cistina + 2 H+ + 2 e- 2 cisteina - 0,340

NADP+ + H+ + 2 e- NADPH - 0,320

NAD+ + H+ + 2 e- NADH - 0,315 I

FMN + 2 H+ + 2 e- FMNH2 ( complejo I ) - 0,300 I

ácido lipoico + 2 H+ + 2 e- ácido dihidrolipoico - 0,290

S + 2 e- + 2 H+ SH2 - 0,230

FAD + 2 H+ + 2 e- FADH2 ( coenzima libre ) - 0,219

acetaldehido + 2 H+ + 2 e- etanol - 0,197

piruvato- + 2 H+ + 2 e- lactato- - 0,185

oxalacetato- + 2 H+ + 2 e- malato- - 0,166

(Fe-S)oxi N-2 + e- (Fe-S)red N-2 ( complejo I ) - 0,030 I

fumarato- + 2 H+ + 2 e- succinato- + 0,031 II

FAD + 2 H+ + 2 e- FADH2 ( en D-AA oxidasa ) * 0.00

ubiquinona + 2 H+ + 2 e- ubiquinol + 0,045 I,II - III

citocromo b ( Fe+++ ) + e- citocromo b ( Fe++ ) ( mitoc. ) + 0,077 III

hemo c1 ( Fe+++ ) + e- hemo c1 ( Fe++ ) ( complejo III ) + 0,220 III

citocromo c ( Fe+++ ) + e- citocromo c ( Fe++ ) + 0,254 III - IV

citocromo a ( Fe+++ ) + e- citocromo a ( Fe++ ) + 0,290 IV

O2 + 2 e- + 2 H+ H2 O2 + 0, 295

hemo a3 ( Fe+++ ) + e- hemo a3 ( Fe++ ) (complejo IV ) + 0,385 IV

NO3- + 2 e- + 2 H+ NO2- + H2 O 0,420

SO42- + 2 e- + 2 H+ SO32- + 0,480

1/2 O2 + 2 e- + 2 H+ H2 O + 0,815 IV

* El potencial Redox estandar del FAD / FADH2 cuando está unido al enzima covalentemente varía entre – 465 y +169 mV.

NADH

FADH2

Succinato


Las distancias no son proporcionales a las diferencias de potencial redox.

e-

ETF

-oxidación

Tomemos en cada Complejo de la Cadena transportadora de electrones el donador inicial de electrones y el aceptor final de electrones :

Complejo Donador E0´ Aceptor E0´ E0´ G0´

I NADH - 0,315 Ubiquinol + 0,045 + 0,360

II Succinato + 0,031 Ubiquinol + 0,045 + 0,014

III Ubiquinol + 0,045 Citocromo c + 0,254 + 0,209

IV Citocromo c + 0,254 ½ O2 + 0,815 + 0,561

Total I - IV NADH - 0,315 ½ O2 + 0,815 + 1,130

Total II - IV Succinato + 0,031 ½ O2 + 0,815 + 0,784


Tomemos en cada Complejo de la Cadena transportadora de electrones el donador inicial de electrones y el aceptor final de electrones :

Complejo Donador E0´ Aceptor E0´ E0´ G0´

I NADH - 0,315 Ubiquinol + 0,045 + 0,360 - 16.57 Kcal mol-1

II Succinato + 0,031 Ubiquinol + 0,045 + 0,014 - 0.65 Kcal mol-1

III Ubiquinol + 0,045 2 Citocromo c + 0,254 + 0,209 - 9.64 Kcal mol-1

IV 2 Citocromo c + 0,254 ½ O2 + 0,815 + 0,561 - 25.87 Kcal mol-1

Total I - IV NADH - 0,315 ½ O2 + 0,815 + 1,130 - 52.12 Kcal mol-1

Total II - IV Succinato + 0,031 ½ O2 + 0,815 + 0,784 - 36.16 Kcal mol-1

Solo realizamos el cálculo cuando el número de electrones de los pares donador y aceptor es el mismo para el valor del potencial redox estandar dado en la tabla.


La Variación de energía libre estandar en el proceso de transferencia de 2 electrones desde el NADH hasta el O2 es aproximadamente - 52.12 Kcal mol-1

La Variación de energía libre estandar de la reacción de síntesis de ATP a partir de ADP y de Pi es de + 7.33 Kcal mol-1

¿ Cuantas moléculas de ATP se podrían sintetizar a partir de ADP y de Pi si se aprovechase toda la energía de la transferencia de estos 2 electrones ?

52 / 7.33 = 7.11 , la energía es suficiente para para producir 7 moléculas de ATP

En la práctica se producen 3 moléculas de ATP. Por ello se dice frecuentemente que la eficiencia del proceso es de 3 x 100 / 7 = 43%

¿ Es verdad que el resto se “pierde” en forma de calor ? . Decir esto no sería exacto, puesto que las estimaciones que acabamos de realizar se han hecho utilizando valores de Variación de energía libre estandar, y por lo tanto no son las reales de la mitocondria. Únicamente deben tomarse como una aproximación al problema, y de ahí que hablemos de estimación mas que de cálculo.


¿ Como se produce la transferencia de energía desde la Cadena Transportadora de

Electrones ( Complejos I, II, III y IV ) hasta el Complejo V ( F0F1 ATPasa )?.

Como ya hemos señalado anteriormente, la Cadena Transportadora de Electrones se comporta como un gran sistema de bombeo de protones, de tal forma que tres de los cuatro complejos ( I, III y IV ) se comportan como Bombas de protones.

II

IIIIV

I

cit C

Q


II

IIIIV

I

cit C

Q

H+

H+ H+

H+

H+H+

H+

H+

H+H+

H+

H+H+

H+

H+

H+

H+H+

H+

H+

H+H+

Por cada 2 electrones transportados desde el NADH hasta el O2, se bombean 10 H+

Lado P

Lado N

Cuatro de ellos son bombeados por el Complejo I

H+

H+H+H+

H+H+

H+H+

H+

H+

H+


El Complejo III bombea 2 protones

H+H+H+ H+

H+

El Complejo IV bombea 2 protones

H+


II

III I Q

H+

H+ H+

H+H+

H+

H+H+

H+

H+

H+

H+H+

H+

Lado P

Lado N

H+

H+H+H+

H+H+

H+

H+H+

H+H+

H+

H+Qe-

e-

¿ Como son bombeados los otros dos protones ?

H+

H+Qe-

e-H+

H+Q

CICLO Q, sitios Q0 y Qi

II

IIIIV

I

cit C

Q

H+

H+ H+

H+

H+H+

H+

H+

H+H+

H+H+

H+

H+

H+

H+H+

H+

H+

H+H+

Lado P

Lado N

H+

H+H+H+

H+H+

H+

H+H+

H+

H+


H+H+H+H+ H+

H+

Inhibidores del Transporte de electrones del Complejo I : Rotenona, Amital

ROTENONA , AMITAL

e-

e-

e-

e-H+

H+ H+H+

H+ H+

II

IIIIV

I

cit C

Q

H+

H+ H+

H+

H+H+

H+

H+

H+H+

H+H+

H+

H+

H+

H+H+

H+

H+

H+

H+

Lado P

Lado N

H+

H+H+H+

H+H+

H+

H+H+

H+

H+


H+H+H+ H+

H+

Inhibidores del Transporte de electrones del Complejo II : Carboxina

CARBOXINA

e-

e-

e-

e- H+H+

H+

H+

H+

H+

H+

II

IIIIV

I

cit C

Q

H+

H+ H+

H+

H+H+

H+

H+

H+H+

H+H+

H+

H+

H+

H+H+

H+

H+

H+H+

Lado P

Lado N

H+

H+H+H+


H+H+H+H+ H+

H+

Inhibidores del Transporte de electrones del Complejo III : Antimicina

ANTIMICINAe-

e-

e-

e-

II

IIIIV

I

cit C

Q

H+

H+ H+

H+

H+H+

H+H+

H+H+

H+H+

H+

H+

H+

H+H+

H+

H+

H+H+

Lado P

Lado N

H+

H+H+H+


H+H+H+H+

H+

Inhibidores del Transporte de electrones del Complejo IV : CN- , azida, CO

CN- , AZIDA, CO

e-

e-

e-

e-

H+H+H+H+

H+

H+

H+H+H+H+

IIIII IV

I

cit C

H+ H+

H+

H+H+

H+ H+

H+H+

H+H+

H+

H+

H+H+

H+

H+

H+H+ H+

H+ H+H+ H+

H+

e-

e-

H+H+H+H+

H+

H+

H+H+H+H+H+

H+H+H+H+

H+

H+

H+H+H+

H+H+

H+ H+

H+

H+H+

Q

½ O2

H2O

H+H+H+

H+

H+ H+

H+ H+H+H+

H+

H+

H+H+

H+

ATP ADP + Pi

H+H+H+H+

e-

e-

¿ cuántas moléculas de ATP se forman por cada 2 electrones transportados desde el NADH hasta el O2 ? La Ratio P / O es la relación de entre el número de moléculas de ATP formadas ( y translocadas al citosol ) y el número de átomos de O utilizados. Su valor se fijaba en 3 para el NADH y 2 para el FADH2 ( Succinato ). Sin embargo, los aparatos utilizados actualmente permiten conocer que es de 2.5 y 1.5 respectivamente. También hay que considerar que en estos cálculos incluyen la translocación del ATP. Si no se considerase la translocación sería 10/3 y 6/3 respectivamente


Oligomicina y DCCD como inhibidores de la ATP Sintasa

H+H+H+

H+H+

H+H+

H+

H+

H+

H+ H+

H+ H+H+ H+

H+

H+

H+H+

H+

ATP ADP + PiRealizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid

H+

H+H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+ H+

H+ H+H+H+

H+H+H+

H+

H+H+

H+

H+H+

H+

H+H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+H+H+

H+

H+

H+H+

H+

Oligomicina, DCCD

H+H+H+

Agentes desacoplantes del Transporte de electrones y Fosforilación oxidativa . El Dinitrofenol. Las Proteínas UCP ( ej. Termogenina ).

H+H+H+

H+H+

H+H+

H+

H+

H+

H+ H+

H+ H+H+ H+

H+

H+

H+H+

H+

ATP ADP + Pi


H+

H+H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+ H+

H+ H+H+H+

H+H+H+

H+

H+H+

H+

H+H+

H+

H+H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+H+

H+

H+

H+H+

H+H+H+H+

HO-

NO2

NO2

-O-NO2

NO2-O-NO2

NO2

H+ O-

NO2

NO2

Formación de superóxido

Proteínas UCP ( termogenina )

UCP4Sinónimos : Proteína 4 Desacoplante ( UCP4 ).Localización del gen : cromosoma 6 ( 6p11.2-q12 ).Secuencia del mRNA : NM_004277Secuencia de la proteína : NP_004268.1Otras características : Las proteínas desacoplantes ( UCP ) son miembros de la familia de proteínas transportadoras de aniones ( MACP ). Transportan aniones desde la matriz al espacio intermembrana mediante un sistema antiporte en que simultaneamente se transportan protones desde el espacio intermembrana a la matriz, con la consiguiente pérdida de potencial de membrana.

Durante la transferencia de electrones en el Complejo IV hasta el O2, se producen cantidades de superóxido y epóxido, que se caracterizan por ser radicales libres, y responsables del envejecimiento de la mitocondria.

O2 O2- O2

2-e-e-


El enzima Superóxido Dismutasa ( SOD ) y la catalasa catalizan su neutralización mediante conversión sucesiva en H2O2 y H2O

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/LocusLink/LocRpt.cgi?l=9481

vamos a estudiar una reacción en la que juntaremos dos pares redox en un recipiente :

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