Tema 5A (2015)

Apunte Español
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Nanociencia y Nanotecnología - 2º curso
Asignatura Bioquimica Metabolica
Año del apunte 2015
Páginas 7
Fecha de subida 11/03/2016
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Tema 5A: transporte electrónico y fosforilación oxidativa  Transportadores de electrones en la cadena de transporte electrónico.
 Cadena de transporte electrónico Metabolismo oxidativo    1ª etapa = catabolismo, hasta obtener acetil-coA.
2ª etapa = ciclo de Krebs.
3ª etapa = cadena de transporte de electrones. Transferencia de electrones de los transportadores reducidos a la cadena de transporte de electrones, objetivo = sintetizar ATP (fosforilación oxidativa). Los transportadores reducidos pueden proceder de: o Ciclo de Krebs.
o Oxidación de aminoácidos y ácidos grasos.
o Glucólisis.
o Transformación del piruvato a acetil-coA.
En la c.t. e. se da transferencia de electrones a favor del gradiente, es un proceso exergónico que crea un gradiente de protones que se aprovecha para obtener ATP (procesos acoplados).
El aceptor final es el O2, liberando H2O. (Reducción del oxígeno, E’0 = 0.82 V) Mecanismo quimiosmótico 1. Transportadores de electrones reducidos donan e.
2. Los complejos de la c.t.e. bombean H+ fuera de la mitocondria conforme los e.
fluyen al O2.
3. La energía de los electrones se acumula como potencial electroquímico.
4. La ATPsintasa usa potencial electroquímico para sintetizar ATP.
Cadena de transporte de electrones En las procariotas, en la parte interna de la membrana plasmática. En eucariotas, se localiza en la mitocondria, cuyas partes:  Matriz mitocondrial.
  Membrana mitocondrial externa = permeable a moléculas pequeñas e iones.
Membrana mitocondrial interna, se repliega formando crestas.
Existe una correlación entre los pliegues y el número de mitocondrias y el metabolismo oxidativo del tejido. Numerosas enfermedades y vejez contribuyen a la pérdida de mitocondrias en el tejido muscular y nervioso.
Se aprovechan transportadores de electrones reducidos del ciclo de Krebs, que se transfieren a la c.t.e., y transportadores de e. del citosol, mediante lanzadores que los llevan a la matriz mitocondrial.
Transportadores de electrones de la cadena respiratoria Potenciales de reducción cambian según el entorno de los grupos prostéticos en la proteína.
NADH (dinucleótido de nicotinamida y adenina) Transportador de protones y e. hidrosoluble, nexo entre reacciones oxidativas y c.t.e.
NAD+ + 2e- + 2H+ → NADH + H+ FAD y FMN (dinucleótido de flavina adenina y mononucleótido de flavina) Transportador de protones y e. hidrosoluble, nexo entre reacciones oxidativas y c.t.e.
FAD + 2e- + 2H+ → FADH2 Acepta electrones de uno en uno, pasando por forma semirreducida FADH+.
Ubiquinona = coenzima Q Es una molécula pequeña liposoluble, consiste en un anillo con una larga cola hidrofóbica, se desplaza por el interior de la bicapa lipídica.
El anillo se puede reducir aceptando 1 protón y 1 electrón en cada etapa: Ubiquinona (Q, oxidada) → radical semiquinona (·QH, semirreducida) → ubiquinol (QH2, reducida completamente).
Citocromos Proteínas con grupo prostésico hemo (con Fe en el interior Fe3+→Fe2+), pueden ser solubles o asociados a la membrana, transfieren electrones de uno en uno. Según los sustituyentes del grupo hemo, existen tipo A, B y C.
Proteínas ferrosulfuradas Proteínas en las que hay S y Fe inorgánicos integrados formando un clúster. Según proporción de Fe y S un tipo u otro.
Complejos de la c.t.e. y grupos prostéticos asociados Complejo enzimático / proteína I, NADH deshidrogenasa II, succinato deshidrogenasa III, ubiquinona, citocromo c oxidorreductasa Citocromo C IV, citocromo oxidasa Grupos prostésicos FMN, Fe-S FAD, Fe-S Hemo, Fe-S Hemo Hemo, Cu Se extraen de la membrana mitocondrial interna, 4 complejos y ATP sintasa. Cada uno cataliza una parte de la cadena de transporte de electrones.
También aparecen elementos móviles entre los diferentes complejos, conectores:   Ubiquinona, en el interior de la bicapa lipídica, conecta complejos I y II con III.
Citocromo C, hidrosoluble, se desplaza asociado a la membrana, conecta complejos III y IV.
Se crea un gradiente de protones a los lados de la membrana mitocondrial interna por el mecanismo de transferencia de electrones, capta y cede protones.
Complejo I. NADH: ubiquinona y oxidorreductasa Tiene una estructura general de subunidades con grupos prostéticos en el interior.
Comienza por el NADH, que transfiere dos electrones al FMN. Éstos se van transfiriendo a lo largo de una serie de clústers Fe-S.
Al final, una quinona (procedente de un cúmulo de quinonas de la membrana) capta protones de la matriz mitocondrial y electrones procedentes de los clústers, reduciéndose. El proceso de transferencia de electrones produce la liberación de H+ al otro lado de la membrana, generando un gradiente. (Se acidifica el espacio intermembrana.) NADH + H+ + Q → NAD+ + QH2 Complejo II.
Converge junto con el complejo I a la quinona reducida, es una vía alternativa de entrada de electrones a la c.t.e., en la que se emplea FADH2, procedente de la oxidación del succinato a fumarato en el ciclo de Krebs (tiene un punto de unión al succinato).
Succinato → fumarato, regulado por la enzima succinato deshidrogenasa, que se une al complejo II. Se libera FADH2, que va directamente a la c.t.e.
Proteínas ferrosulfuradas transfieren los electrones hasta la quinona, que de nuevo se reduce tomando protones de la matriz. No se liberan protones al espacio intermembarana en este complejo.
El complejo II también dispone de un grupo hemo tipo b, que no participa directamente en la c.t.e., se emplea en la detoxificación de radicales de oxígeno que se pueden formar durante el proceso.
Vías de entrada de electrones.
Además de partiendo del NADH en el complejo I y del FADH2 en el complejo II, los electrones también pueden reducir la quinona vía:   Oxidación de los ácidos grasos, se empleará un FADH2.
3ª vía, asociada al glicerol-3P, que enlaza con el poder reductor del citosol, reduciendo un FAD a FADH2, que transferirá electrones a la quinona.
Complejo III. Ubiquinona-citocromo C oxidorreductasa Es un dímero transmembrana (como los demás complejos). Tiene numerosos grupos prostéticos:    Citocromo c1, citocromo b.
Proteínas ferrosulfuradas.
Grupos hemo de diferentes tipos.7 Posee dos cavidades por monómero, donde se insertan las quinonas reducidas. Una de ellas de cara al citosol, y la otra de cara a la matriz mitocondrial.
Se realiza una transferencia de poder reductor entre la quinona reducida y el citocromo c, que se reducirá. Se da una correlación entre la transferencia de estos electrones y el gradiente de H+, procesos acoplados por el ciclo de la quinona.
La ubiquinona pasa por un proceso de semirreducción, cediendo electrones de uno en uno, pasando a su estado oxidado.
El complejo III dispone de dos cavidades:   En la cavidad cercana al espacio intermembrana se da la entrada de la quinona reducida, que cede sus dos electrones. Uno de ellos reduce un citocromo c (clústers Fe-S). El otro, pasa a la cavidad cercana a la matriz, semirreduciendo otra quinona.
La quinona inicial queda oxidada, liberando dos H+.
En la cavidad cercana a la matriz se da la entrada de una quinona oxidada. Ésta recibe uno de los electrones de la quinona reducida, pasando a su estado semirreducido.
Posteriormente, entra otra quinona reducida a la cavidad cercana al espacio intermembrana, repitiendo el ciclo con el citocromo, y transfiriendo un segundo electrón a la quinona semirreducida, que pasa a QH2 (tomando dos protones de la matriz) y se libera a la membrana (es liposolube).
De esta forma, se crea un equilibrio entre las quinonas reducidas de la membrana y las que entran en las cavidades del complejo III.
matriz) → Q + 2 cyt c (reducidos) + 4H+ (se liberan a espacio intermembrana).
Complejo IV. Citocromo c oxidasa.
El complejo enzimático realiza la función de oxidar el citocromo c que había sido reducido en el complejo III, reduciendo el O2 y liberando H2O.
Es un complejo muy grande, que incorpora proteínas tipo citocromo con grupos hemo, Cu, Fe… Posee una estructura muy cerrada, que evita la liberación de especies semirreducidas, peligrosas para la célula.
En total se transfieren 4 electrones, la transferencia se realiza de uno en uno, provocando la liberación de 4 H+.
4 cyt c (reducidos) + 8H+ + O2 → 4 cyt c (oxidados) + 4H+ + 2H2O Posee un centro Fe-Cu al que se une el O2.
Mecanismo (en el centro Fe-Cu): 1. Dos citocromos reducidos transfieren electrones para reducir Cu y el Fe del grupo hemo.
2. Fe (muy afín por O2) y Cu reducidos unen O2 (favorecido por cercanía del Cu), formando puente peroxo, oxidando ambos metales.
3. Entran dos electrones más de 2 citocromos, y dos protones, cortando el puente peroxo (quedan grupos OH).
4. La adición de otros dos H+ produce la liberación de dos moléculas de agua.
Visión conjunta de la c.t.e.
Los complejos se encuentran asociados entre sí, formando el respirasoma.
Agrupaciones funcionales entre complejos que facilitan la transferencia de electrones, facilitando el recorrido de los elementos móviles.
La síntesis de ATP en la ATP sintasa también se encuentra acoplada al proceso. Si hay un exceso de NADH, condiciones de hipoxia, etc., puede que el acoplamiento no sea correcto, y se pueden dar problemas con la liberación de especies reactivas del O. Así, el NADH podría pasarse a NADPH y eliminarse gracias a la glutationa reductasa, reduciendo el H2O2 a H2O.
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