fosforilacion-oxidativa.docx

8/15/2019 fosforilacion-oxidativa.docx

1/13

Introducción

A través de las distintas rutas catabólicas analizadas hasta este punto,se ha ido produciendo una liberación de energía neta, en forma de ATP,y un segundo tipo de energía denominado poder reductor, en forma decoenzimas reducidas. Los principales coenzimas, ue han participado enreacciones de ó!ido"reducción tanto en el citoplasma como en lamitocondria, son #A$% y &A$%'( los cuales iniciar)n ahora, una rutametabólica, la cadena de transporte electrónico o cadena respiratoria,ue permitir), por un lado, la recuperación de los coenzimas en su formao!idada, y por otro, ue los electrones sean conducidos a través de unaserie de etapas sucesivas hasta el *', para formar agua. +n esteproceso de transferencia electrónica es donde se producir) un fuertedesprendimiento energético aprovechado para la formación de enlacesde alta energía en forma de ATP. La fosforilación o!idativa se denecomo la formación de ATP generada por la transferencia de electrones. Todas las rutas catabólicas, en los organismos aerobios, convergen parapermitir el -uo de electrones hasta el o!ígeno, produciendo energíapara la generación de ATP constituí" yendo la etapa nal del catabolismode todas las biomoléculas.


2/13

FOSFORILACION OXIDATIVA

La fosforilación o!idativa se dene como la formación de ATP generadapor la transferencia de electrones. Todas las rutas catabólicas, en losorganismos aerobios, convergen para permitir el -uo de electroneshasta el o!ígeno, produciendo energía para la generación de ATPconstituyendo la etapa nal del catabolismo de todas las biomoléculas.

La energía libre disponible como consecuencia de la transferencia de '

electrones desde el #A$% y el succinato al o!igeno molecular es de /01

a /23 4cal5mol, respectivamente. La fosforilación o!idativa atrapa la

energía en la forma de ATP de alta energía. Para ue la fosforilación

o!idativa contin6e, se deben reunir dos condiciones principales.

Primero, la membrana mitocondrial interna debe estar físicamente

intacta de tal manera ue los protones solamente puedan re"ingresar a

la mitocondria por el proceso ue esta acoplado a la síntesis de ATP. +n

segundo lugar, un gradiente de protones debe ser desarrollado a través

de la membrana mitocondrial interna.

La energía del gradiente de protones se conoce con el nombre de

potencial uimio osmótico, o fuerza motil de protones 7P8&9. +ste

potencial es la suma de las diferencias de concentración de protones a

través de la membrana y de la diferencia en la carga eléctrica a través

de la membrana. Los dos electrones del #A$% generan un gradiente de

3 protones. Así, la o!idación de un mol de #A$% lleva a una

disponibilidad de P8& con una energía libre de apro!imadamente /2:,'4cal 73 ! /0,' 4cal9. La energía del gradiente se utiliza para la síntesis

de ATP cuando los protones se transportan siguiendo su gradiente

termodin)mico dentro de la mitocondria.

Los protones regresan a la matriz mitocondrial a través de la proteína

de membrana denominada ATP sintasa 7o compleo ;9. La sintasa de

ATP es compleo proteico compuesto de m6ltiples subunidades ue se

une al A$P y al fosfato inorg)nico en su sitio catalítico, y ue reuiere

un gradiente de protones para su actividad. La ATP sintasa est)

compuesta de 2 fragmentos< &=, ue se localiza en la membrana( &:,

ue protruye desde la membrana mitocondrial interna hacia la matriz

mitocondrial( y la proteína ue le conere sensibilidad a la oligomicina

7*>?P9, ue conecta los fragmentos &= y &:. >uando la membrana

mitocondrial est) da@ada, es permeable a los protones, la reacción de

la ATP sintasa es activa pero en la dirección reversa y act6a como una

hidrolasa de ATP o ATPasa.


3/13

Transportadores de electrones en la mitocondria<

:. $onadores de electrones a la cadena de transporte, actuando como<#A$% y #A$% 7este 6ltimo mucho menos frecuente9.

'. #ucleótidos de -avina, &A$ y &8# 7unto con sus formas reducidas&8#%' y &A$%'9, como componentes del centro activo de diferentesproteínas, tanto monomericas como formando parte de compleossupramoleculares. +l potencial redo! depende de la proteína en laue se encuentre la coenzima.

2. >oenzima u Bbiuinona. *tras moléculas an)logas son laPlastouinona y la 8enauinona. ?on transportadores liposolublesue se mueven dentro de la membrana, actuando, generalmente aligual ue el #A$%, como sustrato<

C. %ierro. La reacción redo! es la siguiente< &e'D

E e"

+l )tomo de hierro no se va a encontrar nunca libre, sino formadoparte de proteínas de dos tipos completamente distintos<

:9 >itocromos en los ue el hierro se encuentra unido a un grupohemo.

'9 &errosulfoproteinas, en las ue el hierro se encuentra formandolos denominados Fcentro ferrosulfuradosG o Fhierro"azufreG.


4/13

+n ambos casos la reacción es siempre la misma< se transeree!clusivamente un electrón.

Los citocromos son hemoproteínas ue se distinguen por susespectros de absorción. +n la cadena respiratoria hay citocromos b72diferentes< b03=, b03' y b0339, c, c:, a y a2. b, c y c: contienen elmismo hemo ue la hemoglobina y mioglobina 7porrina HI D

hierro9, unido covalentemente a la proteína en el caso de c y c :. a ya2 contiene hemo A.

Los grupos hemo son transportadores de un 6nico electrón. ?upotencial redo! depende del tipo de grupo hemo del cual se trate. ;de la proteína a la cual se encuentra unido.

+l segundo tipo de transportadores en los ue se encuentra el hierroson las proteínas con centros hierro azufre. +n estas, uno, dos ocuatro )tomos de hierro se encuentran unidos a la proteína a través

de enlaces de coordinación con )tomos de azufre de >ys 7o, lasferrusulproteinas de Jies4e, nitrodenos de %is9. Pueden encontrarsetambién )tomos de azufre inorg)nico, en forma de ?ulfuro ?. %ayvarios tipos de estos centros, ue se diferencian en el n6mero de)tomos de hierro y azufre inorg)nico ue las forman. Los m)simportantes son los &e'"?', pero hay también &e"? y &eC"?C.


5/13

+l potencial redo! de estos centros es variable, en función delentorno concreto en el cual se encuentren. Hndependientemente deln6mero de )tomos de hierro ue se encuentren presentes, estoscentros son transportadores de un 6nico electrón. Puedenencontrarse en proteínas independientes 7por eemplo, laferredo!ina9, o unidos a polipeptidos ue a su vez forman compleosmacromoleculares de gran tama@o, como los centros H, HH y HHH de lacadena de transporte electrónico mitocondrial.


6/13

Desacopladores e inhibidores.

+l uso de inhibidores de la cadena ha permitido trazar el paso de los

electrones a través de la cadena y determinar el punto de entrada de

diversos sustratos. La velocidad a la cual el o!ígeno es consumido por

una suspensión de mitocondrias es una medida del funcionamiento de la


7/13

cadena de transporte de electrones. La velocidad puede ser medida

mediante un electrodo de o!ígeno.

Kran parte del conocimiento de la función mitocondrial ha resultado de

estudios con compuestos tó!icos. Hnhibidores especícos se han usado

para distinguir el sistema de transporte de electrones del sistema defosforilación o!idativa, y ha ayudado a denir la secuencia de los

transportadores redo! en la cadena. ?i la cadena se blouea en un

punto, todos los transportadores anteriores uedan m)s reducidos, y los

posteriores m)s o!idados.

%ay seis tipos de venenos ue afectan la función mitocondrial<

:. Inhibidores de la cadena ue blouean la cadena

respiratoria.

La rotenona! to!ina de una planta, utilizada por indios amazónicos

como veneno, también ha sido usada como insecticida.

Act6a a inhibiendo el compleo H. Hnhibe la reo!idación del #A$%, no

afecta la del &A$%'. Hnhibe la o!idación del malato, ue es

dependiente del #A$D, no así la del succinato. +l succinato entra en

el segundo punto de entrada a la cadena, posterior al del #A$D.

+l a"ital 7barbit6rico9 inhibe al compleo H, afecta las o!idaciones

dependientes del #A$D.

La anti"icina A 7Antibiótico9< Act6a a inhibiendo el compleo HHH.

Hnhibe la reo!idación del #A$% y del &A$%'.

+l cianuro blouea el paso de electrones del citocromo a2 al o!ígeno.

+stos inhibidores detienen el paso de electrones de modo ue no


8/13

ha# bombeo de protones. ?in gradiente de protones, no hay síntesis

de ATP.

'. Inhibidores de la $os$orilación o%idati&a! &enenos ue inhiben

la AT'(sintasa.

La oli)o"icina! un antibiótico producido por Streptomyces, inhibe ala AT'asa al unirse a la subunidad &o e interferir en el transporte de

%D a través de &o, inhibe por lo tanto la síntesis de ATP.

Diciclohe%ilcarbodii"ida *DCCD+! un reactivo soluble en lípidos,

también inhibe el transporte de protones por &o al reaccionar con un

residuo de glut)mico en una de las subunidades de &o de mamíferos.

+n estas condiciones el gradiente de protones ue se produce es

mayor ue lo normal, sin embargo la energía potencial de éste no

puede ser utilizada para producir ATP.

2. Venenos ue hacen per"eable la "e"brana "itocondrial

interna a los protones. +stos agentes eliminan la relación obligada

entre la cadena respiratoria y la fosforilación o!idativa ue se

observa en mitocondria intacto.

+stos venenos, como el ',C dinitrofenol 7$#P9, el carbonilcianuro"p"

tri-uorometo!i"hidrazona 7&>>P9 y el carbonilcianuro"m"

clorofenilhidrazona 7>>>P9

desacoplan la fosforilación o!idativa de la

cadena respiratoria, se conocen

como a)ent es desacopladores.

?on compuestos liposolubles y )cidos débiles. Las formas disociadas

presentan carga negativa altamente deslocalizada, de modo ue el

campo eléctrico de los aniones es muy débil, ello permite ue

difundan libremente a través de un medio no polar como las


9/13

membranas fosfolipídicas. +ste comportamiento no es usual, la gran

mayoría de iones con carga son e!cluidos de un ambiente no polar.

La forma protonada, sin carga eléctrica de estos compuestos, pasa a

través de la membrana interna mitocondrial intacta, descargando así

el gradiente de p%. +n la matriz, a p% m)s bao, el )cido débil sedisocia, la forma disociada pasa la membrana interna, destruyendo el

potencial de membrana. +ste proceso se puede repetir, de modo ue

una peue@a cantidad del agente desacoplante puede catalizar el

paso de una cantidad enorme de protones y hacer un corto circuito

en la cadena respiratoria.

+n resumen, permitiendo el paso de protones a través de la

membrana, se disipa el gradiente de protones, no hay bombeo de

protones a través de la ATP"sintasa con producción de ATP.Los agentes desacoplantes son todos sintéticos, sin embargo en el

mitocondria del teido adiposo pardo una proteína desacopladora

7termogenina9 participa en el delicado control de la termogénesis.

C. Inhibidores de transporte *atractalósido+ ue pre&ienen #a

sea la salida del AT' o la entrada de "aterial co"bustible a

tra&,s de la "e"brana "itocondrial interna.

0.

0.

Ionós$oros 7valinomici na, nigericina9 ue

permiten el paso a

través de la membrana a

compuestos ue normalmente est)n impedidos.

3. Inhibidores del ciclo de -rebs 7arsenito9 ue

blouean una o m)s enzimas del ciclo de rebs.

La producción de AT' aeróbica es "s e/ciente ue la

producción anaeróbica.

+n :M3:, Louis Pasteur observó ue en levadura e!puesta a condiciones

aeróbicas, el consumo de glucosa y la producción de etanol decae

precipitadamente 7+fecto Pasteur9.

0licólisis anaeróbica1


10/13

>3%:'*3 D 'A$P D 'Pi ' lactato D '%D D 'ATP

2etabolis"o aeróbico de la )lucosa1

>3%:'*3 D 2MA$P D 2MPi 3 *' 3 >*' D CC%'= D 2MATP

+l metabolismo aeróbico es m)s eciente ue la glicólisis anaeróbica en

lo ue se reere a producción de ATP.

?in embargo, como la concentración de enzimas de la glicólisis es alta,

de modo ue si no est)n inhibidas, el ATP puede producirse m)s r)pido

ue a través de la fosforilación o!idativa.

Por otra parte, el c)lculo tradicional de 23 ATP o de 2M ATP, seg6n

funcione la lanzadera del glicerofosfato o del malato respectivamente,

es obsoleto. 8ediciones recientes estiman 2= ATP por glucosa

totalmente metabolizada.

ATP sintasa &=&:"rendimiento energético

+l compleo ATP sintasa o compleo ; o &o&:"ATP sintasa 7& N factor de

acoplamiento, en inglés coupling factor9 es una enzima transmembranal

ue cataliza la síntesis de ATP a partir de A$P, un grupo fosfato y la

energía suministrada por un -uo de protones 7%D9. $urante la

respiración celular, la síntesis de ATP se denomina fosforilación o!idativa

y el -uo de protones tiene lugar entre el espacio intermembr)nico y lamatriz mitocondrial. +n el caso de la fotosíntesis, se habla de

fotofosforilación y la enzima act6a en el lumen y el estroma de los

cloroplastos.

ATP ?intetasa. >ompleo enzim)tico de la membrana interna de lamitocondria y de la membrana tilacoide del cloroplasto, a través del cual-uyen los protones a favor del gradiente establecido en la primera etapadel acoplamiento uimiosmótico( el sitio de formación de ATP a partir deA$P y fosfato inorg)nico durante la fosforilación o!idativa y lafotofosforilación.

+l compleo ATP sintetasa es una enzima encargada de sintetizarAdenosina Trifosfato 7ATP9 a partir de A$P y un grupo fosfato, merced ala energía suministrada por un -uo de protones, de acuerdo con lahipótesis uimiosmótica de 8itchell. La ATP sintetasa se puede imaginarcomo un motor molecular ue produce una gran cantidad de ATP cuandolos protones -uyen a través de ella. La tasa de síntesis es grande, el


11/13

organismo humano en fase de reposo puede formar unas :=':moléculas de ATP por segundo.

La ATP es un compuesto de alto contenido energético utilizado en casitodos los procesos biouímicos del cuerpo humano. La ATP sintetasa senos muestra como un fascinante y min6sculo motor rotatorio ue trabaacon una relación de eciencia cercana al :==O y cuya función resultaesencial para cualuier proceso biológico, por lo ue su presenciaimprescindible y su indudable compleidad irreducible lo convierten enun elemento ue ha despertado desde su conocimiento detallado,profundas sospechas de haber sido dise@ado.

+structura

La ATP sintasa tiene un di)metro de := nm, yes el compleo m)s peue@o identicadohasta ahora. Trabaa con un grado de

efectividad cerca al :== por ciento.

+sta enzima est) formada por dos principalescompleos. Bna anclada a la membranamitocondrial interna o al tilacoide llamada &=7>&= en caso de los tilacoides9 y otra ue sobresale por la cara internade la estructura llamada &: 7>&: en caso de los tilacoides9.

+l componente &= es el motor impulsado por protones. +s conocidacomo la fracción sensible a la oligomicina est) formada por lassubunidades a, b' y c:=":C. Las subunidades c forman el Fanillo cG, uerota en sentido horario en respuesta al -uo de protones por el compleo.Las dos proteínas b inmovilizan el segundo compleo &:, ue est)orientada hacia la matriz mitocondrial. Por interacciones electrost)ticas,se asocia a &: a &o.

&: est) formada por las subunidades 2, Q2, R, S y . La parte principaldel compleo &: est) formado por tres diemeres Q, esta unidad tieneforma de he!)mero. La actividad catalítica de este he!)mero est)localizada en las subunidades Q. Las subunidades R y est)n unidas alanillo c, y giran con él. >ada rotación de :'=U de la subunidad R inducela aparición de cambios de conformación en los centros catalíticos de lasunidades Q de los dímeros Q, provocando la alteración de los centros de

fiación de los nucleótidos situado en Q. +l he!)mero 2 y Q2 finalmentelibera el ATP.

La subunidad &o consiste de once subunidades diferentes a: y c:=,estas subunidades forman un canal de protones central y nalmente lasubunidad b'*?>P: 7*ligomycin ?ensitiviy >onferring Protein9 enlazanlas unidades &: y &o.


12/13

Hnhibidores

La oligomicina se a en el tallo de la ATP sintasa, inhibiendo el canal deprotones, por tanto previniendo el reingreso de protones en la matrizmitocondrial. >omo los gradientes de p% y eléctricos no se puedendisipar en presencia de la oligomicina, el transportador de protones sedetiene por la dicultad para el bombeo de m)s protones contra losgradiententes muy inclinados. >ausa una acumulación de protones en elespacio intermembrana.

>onclusiones

La &osforilación *!igenada es un proceso compleo pero divertido ysobre todo bastante importante para la vida humana, ya uerepresenta el C'O de todo el ATP consumido en nuestro cuerpo.

La fosforilación o!idativa atrapa la energía en la forma de ATP de alta

energía. Para ue la fosforilación o!idativa contin6e, se deben reunir dos

condiciones principales.• Primero, la membrana mitocondrial interna debe estar

físicamente intacta de tal manera ue los protones solamente

puedan re"ingresar a la mitocondria por el proceso ue esta

acoplado a la síntesis de ATP.


13/13

• +n segundo lugar, un gradiente de protones debe ser

desarrollado a través de la membrana mitocondrial interna.

3iblio)ra$4a

http

Documents

fosforilacion-oxidativa.docx