Fosforilación Oxidativa

Fosforilación Oxidativa

En una primera parte de la clase vamos a ver los componentes que participan en la fosforilación oxidativa y cómo actúan para la entrega de electrones al O2 y la formación de ATP. Los electrones van a ser entregados por compuestos reducidos como NADH y FADH2.

Fosforilación Oxidativa: Síntesis de ATP impulsada por la transferencia de electrones hacia el O2. Éste es el proceso de transfusión de energía más importante, junto con la fotofosforilación, ya que son los procesos que sintetizan la mayor cantidad de ATP en los organismos aeróbicos.

Los electrones van a fluir desde intermediarios catabólicos hacia el oxígeno para la formación de energía que lleva a la formación de ATP a partir de ADP y Pi. Así, las moléculas formadas en éstos procesos se van a reoxidar, generando energía para la síntesis de ATP. La glucosa en un sistema anaeróbico va a formar dos moléculas de ATP, NADH y piruvato. Éste piruvato en un sistema aeróbico va a transformarse en acetil coA, que en el ciclo del ácido cítrico forma éstas moléculas transportadoras de electrones ( NADH y FADH2 ), así como también los procesos de oxidación de aminoácidos que van a dar origen a éstas moléc. reducidas, la oxidación de ác. grasos y posteriormente éstas moléc. que entran también en algunos casos al ciclo del ácido cítrico, van a entrar a la cadena respiratoria para formar ATP y reducir al O2 para formar agua, recobrando posteriormente los transportadores de electrones nuevamente oxidados.

La formación de piruvato ocurre en el citosol, y éstos procesos, tanto el ciclo del ác. cítrico, y la oxidación ocurren en el interior de la mitocondria.

Las mitocondrias son organelos presentes en las células eucariontes. Tienen una mb. externa y una interna altamente plegada, formando las crestas mitocondriales. En el interior está la matriz mitocondrial, donde ocurre la oxidación y el ciclo de Krebs. En la mb. interna ocurre la fosforilación oxidativa y se encuentra la cadena transportadora de electrones. Entre ambas membranas existe el espacio intermembrana.

En la membrana interna tenemos los complejos que forman la cadena transportadora de electrones y la enzima que va a formar ATP a partir de ADP y Pi.

Existen algunas enzimas asociadas a la mb. externa que participan en procesos como la desaturación de ác. grasos, síntesis de fosfolípidos, y posee tb. algunas monoaminooxidasas que participan en el metabolismo de los diacilgliceroles. En la matriz mitocondrial están las enzimas que participan en la oxidación de los ácidos grasos, en la oxidación de aminoácidos y el complejo piruvato deshidrogensa. La mb. interna es bastante permeable, sin embargo posee unapermeabilidad selectiva a moléculas pequeñas y a iones, los que pasan a través de ella gracias a transportadores especiales.

Está formada aprox. por un 70 % de proteínas y un 30% por lípidos, y es probablemente la mb. biológica más rica en proteínas. Aprox. la mitad de los componentes proteicos que posee participan tanto en la cadena transportadora de electrones y en la fosforilación oxidativa.

Éstas proteínas se encuentran ensambladas en cinco complejos multiproteicos.

Complejo I

Llamado NADH deshidrogenasa, está formado por aprox. 25 unidades proteicas. Posee como grupo prostéticos:flavina mononucleótido (FMN) y fierro-azufre. Las proteínas que poseen como grupo prostético fierro-azufre se denominan proteínas ferrosulfuradas. Posee específicamente, al menos siete proteínas que poseen centros fierrosulfurados. Éste complejo se encuentra completamente embebido en la mb. interna de la mitocondria, y está orientado de tal manera que el sitio de fijación de NADH está mirando hacia la matriz mitocondrial. Su masa es de aprox. 850 kilodaltons.

Complejo II

Llamado succinato deshidrogenasa, va a recibir los electrones directamente del succinato. Posee a lo menos cuatro proteínas diferentes. Es mucho más pequeño que el complejo I. Como grupo prostético posee a: flavina adenina dinucleótido ( FAD ) y fierro-azufre ( Fe-S ). Su masa es de aprox. 140 kilodaltons.

Complejo III

Llamado citocromo c coenzima Q reductasa. Está compuesto por los citocromos b562 y b566, citocromo c1 y c, una proteína ferrosulfurada y al menos otras seis subunidades proteicas. Posee como grupos prostéticos fierro-azufre y el grupo Hem. Su masa es de aprox. 250 kDa.

Complejo IV

Llamado citocromo oxidasa, contiene los citocromos a1 y a3. Éstos están formados por dos grupos Hem unidos a diferentes regiones de la misma proteína, y son por lo tanto, espectral y funcionalmente distintos. También contiene dos iones cobre, CuA y CuB, de gran importancia para la transferencia de electrones al O2. Tiene entre 6 y 13 subunidades proteicas. Sus grupos prostéticos son el ión Cu ( en forma A y B ) y el grupo Hem. Su masa es de aprox. 160 kDa.

Complejo V

Llamado complejo F0- F1 o ATP sintetasa. Es el responsable directo de la síntesis de ATP a partir de ATP + Pi .Las subunidades proteicas que lo componen varían de acuerdo a la especie, pero el rango en mamíferos va desde 12 a 18 subunidades. La subunidad F0 está completamente embebida dentro de la membrana interna mitocondrial y la subunidad F1 se encuentra orientada hacia la matriz mitocondrial. La unidad F1 para ser funcional necesita como mínimo: tres unidades y , y dos subunidades , y . La subunidad F1 funciona como un canal protónico. En un comienzo fueron llamados “partículas elementales”, que se podían ver fácilmente en el microscopio electrónico al observar un corte de la mb. interna de la mitocondria.

Otro componente presente en la cadena de electrones y que pertenece a ningún complejo y que participa activamente en ella es la ubiquinona o coenzima Q. Es una benzoquinona liposoluble, y se mueve con bastante libertad en la mb. interna mitocondrial. Es capaz de captar electrones de los complejos I y II, y los cede al complejo III.

Representación gráfica de los compuestos de acuerdo a su potencial de reducción:

Teóricamente podríamos orientar los potenciales de reducción de cada una de éstos complejos, y veríamos de qué forma se encuentran secuencialmente orientados en la mb. interna mitocondrial para movilizar los electrones hacia el oxígeno.Un transportador de electrones va a ceder sus electrones desde un menor potencial de reducción hacia uno mayorCuando se estudió la composición de la mitocondria y de los complejos que participarían en la cadena transportadora de electrones, se determinaron éstos potenciales de reducción:

El complejo I va a ceder los electrones del NADH con un potencial de reducción de

-0.4, el complejo II con un potencial de reducción cercano a -0.2, la coenzima Q con un potencial

...