Cadena Transportadora De Energia

TRANSPORTADORES DE ELECTRONES DE LA CADENA RESPIRATORIA.

Desde un punto de vista termodinámico, la materia viva es muy inestable con respecto a la combustión por oxígeno. Pero desde un punto de vista cinético el oxígeno es estable. Así es que para que las células consuman oxígeno activamente y a una velocidad compatible con la vida, se requieren enzimas que lo activen. La molécula de oxígeno es muy estable y por ello es energéticamente desfavorable añadir un electrón para formar el radical aniónico Superóxido: O2

Por esta razón el ataque oxidante por oxígeno tiende a ser lento. Luego que ha adquirido un electrón, resulta fácil a los electrones adicionarse a la estructura.

Organización y componentes de la cadena respiratoria:

A partir de la membrana interna mitocondrial pueden ser aislados cuatro complejos enzimáticos denominados I, II, III y IV. Además, se puede aislar y caracterizar el complejo V ó ATPasa o ATP sintasa que sintetiza ATP en un proceso denominado fosforilación oxidativa. Los complejos I-IV contienen a la cadena de transporte de electrones, mientras que el complejo V cataliza la síntesis de ATP por lo que no es propiamente un componente de la cadena de transporte de electrones. Cada complejo acepta o dona electrones a acarreadores ó transportadores relativamente movibles como la coenzima Q y el citocromo c. Cada acarreador de la cadena de transporte de electrones puede recibir electrones de un donador y subsecuentemente pueden donarlos al siguiente acarreador de la cadena, finalmente se combinan con Oxígeno y protones formando agua. Este requerimiento por Oxígeno hace que este proceso de transporte de electrones se denomine también cadena respiratoria, la cual utiliza la mayoría del Oxígeno consumido por un organismo aerobio.

Con la excepción de la coenzima Q, todos los miembros de esta cadena son proteínas. Estas proteínas pueden funcionar como enzimas como en el caso de varias deshidrogenasas, pueden contener hierro como parte de su centro hierro-azufre o pueden contener cobre, como en el caso de los citocromos a y a3.

COENZIMAS DE OXIDO REDUCCION

La fosforilación oxidativa comienza con la entrada de electrones en la cadena respiratoria. La mayoría de esos electrones provienen de la acción de ciertas enzimas llamadas deshidrogenasas que colectan los electrones de diferentes vías catabólicas y las canalizan en los aceptores universales de electrones que son los: (1) nucleótidos de nicotinamida (NAD+ ó NADP+) y (2) los nucleótidos de flavina

Nicotinamida adenina dinucleótido (NAD+)

Participa en reacciones del tipo:

Sustrato reducido + NAD+ ' sustrato oxidado + NADH + H+

Las deshidrogenadas que usan NAD+ como cofactor remueven 2 átomos de hidrogeno de sus sustratos. Uno de ellos es transferido como ion hidruro (H-) al NAD+; el otro es liberado como H+ al medio.

Fosfato del dinucleótido de adenina y nicotinamida (NADP+): tiene una estructura similar al NAD+, pero el hidroxilo 2' del NAD+ se halla esterificado con ácido fosfórico. Participa en generalmente en reacciones anabólicas.

Tanto el NAD+ como el NADP+ se asocian reversiblemente a las enzimas y ninguno de ellos puede atravesar la membrana mitocondrial interna.

Deshidrogenasas dependientes de NAD+: Isocitrato DH, Etanol DH, Gliceraldhido 3 fosfato DH, Lactato DH, Dihidrolipoil DH, L-β-Hidroxiacetil-CoA DH, D-β- hidroxibutirato DH, Glicerol 3 fosfato DH, L-malato DH

Deshidrogenasas dependientes de NADP+: Isocitrato DH, D-glucosa 6 fosfato DH

Deshidrogenasas dependientes de NAD+ o NADP+: L-glutamato DH

Mecanismos de las deshidrogenaciones dependientes de NAD+:

El siguiente esquema muestra las transformaciones que experimenta el anillo de la nicotinamida en el transcurso de una reacción redox. El caso particular representado corresponde a la oxidación de un alcohol primario, R-CH2-OH, a aldheído, R-COH. El centro reactivo del NAD+ es un anillo de nicotinamida. Este centro reactivo se reduce incorporando en su núcleo dos electrones, los que son aportados por el sustrato que se oxida, en forma de ion hidruro (H-). Recordamos que el ion hidruro contiene un protón y dos electrones y por lo tanto tiene carga negativa.

La forma oxidada de la coenzima tiene una carga positiva, al incorporar en su estructura los equivalentes de reducción en forma de ión hidruro, la molécula queda eléctricamente neutra.

Nucleótidos de flavina: Flavina mono nucleótido (FMN) y Flavina adenina dinucleótido (FAD). Están unidos covalentemente a la enzima. Los nucleótidos de flavina oxidados pueden aceptar uno ó dos electrones cuando estan oxidados y ceder uno ó dos electrones cuando están reducidos. El potencial de reducción estándar de un nucleótido de flavina depende de la proteína con la que esté asociado

Estructura

Deshidrogenasas y oxidasas flavin dependientes

Enzima Coenzima

NADH DH FMN

Succinato DH FAD

Dihidroxilipoil DH FAD

Acetil CoA DH FAD

Xantin oxidasa FAD

D-amino-acido oxidasa FAD

Aldehido oxidasa FAD

Reducción del anillo de isoaloxacina de los nucleótidos flavínicos

Mecanismo de reducción del anillo de isoaloxacina

El núcleo isoaloxacina comprende dos dobles enlaces conjugados capaces de fijar dos tomos de H en forma reversible sobre los 2 átomos de N extremos, N1 y N5, señalados en la figura.

En este caso la molécula se reduce incorporando los equivalentes de reducción en forma de átomos de H. Sobre cada átomo de N se fija un protón y un electrón. Cada electrón del átomo de H que se incorpora interactúa con un electrón del átomo de N y permite que se establezca entre ambos átomos una unión covalente.

Los dos átomos de H que toma el anillo de isoaloxacina en el proceso de reducción provienen del sustrato que se oxida.

Debe quedar

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