Tema 4 - Catabolisme dels carbohidrats III: Transport d’electrons i fosforilació oxidativa (2014)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Pompeu Fabra (UPF)
Grado Biología Humana - 2º curso
Asignatura Bioquímica II
Año del apunte 2014
Páginas 10
Fecha de subida 10/04/2015
Descargas 2
Subido por

Vista previa del texto

TEMA 4: Catabolisme dels carbohidrats (III): Transport d’electrons i fosforilació oxidativa   Ara veurem com : 6O2 + 24 H + 24 e ! 12 H2O De la degradació dels carbohidrats hem obtingut CO2, una sèrie de coenzims amb poder reductor i ATP. Transferirem tots aquests coenzims reduïts a l’oxigen per obtenir una molècula d’aigua. En aquest últim pas es en el que obtindrem la major part de l’energia: cadena de transport electrònic i fosforilació oxidativa. Sense O2 això no es podria fer. Això es dóna dins la mitocòndria.
Reaccions d’oxido-reducció   1   Funcionament de les reaccions químiques que involucren la transferencia d’é: hi ha un compost que cedirà els electrons i compost que els rebrà. Més a dalt tenim un exemple: el NAD passa a estar oxidat (ha donat els é) i el FMNH2 passa a estar reduït (ha rebut els á).
Les reaccions d’oxidoreducció es divideixen doncs en dues parts. Hi ha una constant que es el potencial de reducció estandart que ens diu amb quina facilitat aquesta parella redox captarà o cedirà electrons en una reacció. Es dóna en volts. El fet que el potencial de reducció estandart sigui molt negatiu voldrà dir que la parella té facilitat en cedir els electrons.
Parelles redox E0: potencial de reducció estàndard Relació d’ΔGº i ΔEo.
L’increment d’energia lliure d’una reacció ve relacionada per la variació del potencial de reducció de la mateixa. La relació és la següent: Exemple: la següent reacció d’oxidació que es dóna en el pas de pirúvic a làctic, el que es dóna és: A) Pirúvic + 2H+ + 2e- ! lactat (Eo’[a 1M i pH7]= -0,19 volts) B) NAD+ + 2e- + 2H+ ! NADH + H+ (Eo’= -0,32 volts) La reacció és A-B i, per tant: –0.19 + 0.32 = 0.13 volts.
En conseqüència: (ΔGº= -n F ΔEo) ! ΔGº= -2 x 23.06 x 0.13 = -6 Kcal/mol Donant per tant una reacció exergònica. Per tant la podem fer sense cap problema.
ΔGº i la producció d’ATP en la cadena de transport electrònic ½ O2 + NADH + H+ ! H2O + NAD+ Si mirem els potencials de reducció veiem: 1) ½ O2 + 2H+ + 2e- ! H2O (Eo’= +0,82 volts) 2)   NAD+ + 2e- +2H+ ! NADH + H+ (Eo’= -0,32 volts) 2   Pel què ΔEo = + 1.14 Volts i per tant ΔGº= -52.6 Kcal/mol. Es genera una quantitat brutal d’energia.
Sintetitzar una molècula d’ATP ens suposa: ADP + Pi ! ATP (–7.3 Kcal/mol) Per tant d’aquesta energia que s’ha després de la reacció anterior podrem generar ATP.
La cadena de transport electrònic + fosforilació oxidativa: 1NADH !3ATP / 1FADH2 ! 2ATP La resta d’energia de 21.9 (aquesta l’hem fixat en forma d’ATP) (3x7.3) 52.6 Kcal, s’allibera en forma de calor.
Els transportadors electrònics respiratoris: potencials de reducció   Fig 4.4   Aquesta sèrie de transportadors d’è que donen com a producte final 02 formen la cadena de transport d’è. En cada pas s’allibera energia. Els passos més petits alliberen quantitats més petites d’energia, i els grans més. Fer-ho per passos ens permetrà fixar energia per poder-la utilitzar més tard.
La mitocòndria Els transportadors es troben integrats a la membrana interna de la mitocòndria. La mitocòndria té una membrana externa força permeable, una membrana interna i una matriu. La membrana interna té un seguit d’invaginacions que augmenten la superfície de la mitocòndria. És una membrana tant impermeable que no deixa passar ni un sol protó.
Necessita transportadors. A la matriu es dóna: el cicle de Krebs, la β-oxidació dels àcids grassos i el cicle de la urea.
  3   Estructura de la cadena de transport electrònic   Cit C I: NADH deshidrogenasa II: Succinat deshidrogenasa III: Citocrom b-c1 IV: Citocrom C oxidasa V: ATP sintasa (not shown)   Dins de la cadena de transport electrònic trobem: NAD / FAD-FMN ; Fe-S; Citocroms; Coenzim Q Coenzim Q La CoQ10 o ubiquinona, és una quinona liposoluble (compost lipofílic) que posseeix una estructura química semblant a la de la vitamina K. Principalment està localitzada en la mitocòndria i al nucli. La forma reduïda de CoQ10 actua com un antioxidant lipofílic i participa en la cadena de transport d'electrons i protons de la membrana   4   mitocondrial interna. La CoQ10 és un important cosubstrat d'aquesta cadena que connecta diversos complexos de transferència d'electrons a través d'una reserva o font disponible. A més, aquesta molècula es troba directament involucrada en el mecanisme de translocació unit al sistema redox de protons del complex III (complex citocrom BC1). Agafa els electrons del complex 1 i 2 i els porta al 3. Una alteració en l'estat redox de la CoQ10 pot comportar canvis en la cadena de transport electrònic de la membrana, i en l'efectivitat de la defensa antioxidant contra les espècies reactives de l'oxigen, com el peròxid d'hidrogen i el superòxid.
  Complex 3. Veiem que es un complexe proteic molt gran i actua com a porus que li permet transportar proteïnes.
  Cadena de transport electrònic AFMN capten els electrons. Passen a Ferro que està coordinat amb les proteïnes. El complex 2 permet l’entrada dels electrons que venen del FAD. Després passa la coenzim CoQ que es redueix a CoQH2, i aquest és l’encarregat de passar els electrons al complex III. El citocrom C ens permetrà passar-los al complex IV. El citocrom a + a3 té fe-Cu-O2 que ens permet: la fixació de l’oxigen i de protons i la transferència d’è en un mateix citocrom.
  5   Citocrom C oxidasa (Complex IV) El complex IV, té una regió hidrofílica que sobresurt a l'espai intermembrana que posseeix el lloc d'unió del citocrom C, i catalitza la transferència de quatre electrons des de 4 citocroms C a una molècula d'O2.
Reacció: 4 Citocroms C reduïts + O2 + 8 H+.
Hi ha un porus al mig del complex.
Les subunitats I i II d'aquest complex contenen quatre centres redox actius: dos hem tipus a (ai a3) i dos àtoms d'Cuay Cub que alternen entre els estats d'oxidació +1 i +2.Els grups hemo permetran transferir els electrons que venen del citocrom C fins a l’O2.
Els transportadors electrònics respiratoris: potencials de reducció L’obtenció d’ATP es relaciona amb que els elsctrons passin pel complexe I, III i IV.
En aquests complexes (proteïnes integrals) veiem que cada un d’ells serveix de porus que permet tranportar protons d’una banda a l’altra de la membrana. Aquesta transferencia és essencial per poder aprofitar l’energia que s’ha alliberat per sintetitzar ATP.
  6   1. Inhibidors de la cadena de transport electrònic Cn- ! Fe3+ / nitrits-tiosulfat (oxihemoglobina-metahemoglobina/Formació tiocianat) Verins molt potents. El cianur bloqueja el citocrom a3 perquè no pugui transferir els electrons a l’O2. Asfixia tissular. Ràpidament ens hem de prendre nitrits ens transforma una hemoglobina de Fe +2 a Fe +3. El tiosulfat també inactiva el cianur.
Transport de protons Només poden passa un protó d’una banda a l’altra gracies a que gasten energia per fer aquest procés i aqesta energia es la que sobté en el transport d’é. El Nº de protons que passa d’un costat a l’altre ve relacionat amb el Nº d’ATP’s que obtindrem al final.
  7   ΔGº i la producció d’ATP en la cadena de transport electrònic.
El que ens possibilita transferir protons d’un costat a l’altre és generar un gradient. Tenim un gradient de protons: s’ha creat una diferencia de pH i una diferència de potencial. Quan més protons traiem més diferencia hi haurà entre les dos bandes de la membrana. Si al final tenim molts molts protons en l’espai intermembrana cada cop necessitarem més energia per transportar un protó. Si la transferencia d’è no genera prou energia per passar els protons deixarem de passar-los a l’altra banda. Si agafem els protons i els tornem a entrar dins de la mitocondria alliberem molta energia. Com que hem generat un gradient amb una càrrega possitiva molt forta, al tornar a entrar un protó s’allibera 5,.. kcal/mol d’energia. D’aquesta manera podem generar ATP. Això ho fa l’ATPasa mitocondrial.
ATP sintasa mitocondrial Part en l’interior de la mitocòndria i part que és integral de membrana: té el porus que serveix per entrar el protó. La part de la matriu mitocondrial té 5 subunitats. Les subunitats alfa i beta uniran l’ADP i el fosfat inorgànic El fet que el protó travessi el porus fa que hi hagi una rotació en les subunitats alfa i beta que permet que s’uneixin l’ADP i Pi i es formi ATP, i que s’acabi alliberant de manera que obtenim energia.
  8   2. Inhibidors i Desacobladors de la fosforilació oxidativa Inhibidors: Oligomicina ! Exògens: Dinitrofenol (Salicilats…) ; Endògens: Proteïnes desacobladores (Un-Coupling-Proteins -UCP-) Fixem oligomicina al porus de l’ATPasa, no sintetitzarem ATP. Si això passa que li passa a la cadena de transport electrònic? La cadena s’aturarà. Com que no seguirem transferint protons d’un costat a l’altre de la membrana (no els podem entrar) el gradient serà tant gran que no tindrem prou energia per seguir transferint protons d’un costat a l’altre. En presencia de l’oligomicina, si tornem a posar els protons de fora a dins de la mitocòndria podrem generar energia. Això ho pot fer el dinitrofenol. No es sintetitzarà ATP però alliberarem energia. Compost perfecte per evitar que ens engreixem. No reservarem l’ATP en forma de triacilglicerols (per exemple). Problema: que l’energia s’allibera igualment. Si ens passem de dosis la temperatura del cos augmenta tant que ens podem fregir literalment.
De fet això es dóna de manera natural mitjançant les proteïnes desacobladores: UCP. Això ho necessitem quan acabem de néixer. El teixit adipós marró s’encarrega de mantenir la termogènesi del nostre cos. També desacoblen la generació d’ATP i per tant l’energia s’allibera en forma de calor. En la hivernació també és important, perquè la temperatura del cos baixa molt.
  9   Paper de UCP3 en l’increment de temperatura causat per èxtasi.
Proteïna desacobladora que juga un paper molt important. És important en un moment en que algú s’hagi pres una pastilla d’èxtasis, que et provoca un increment de la temperatura corporal. Nosaltres som molt sensibles a la temperatura. Comparació entre un ratolí salvatge i un que li falta la proteïna desacobladora. Injecten als ratolins èxtasis MDMA. I Despès van veure viabilitat. Quan donem èxtasis als ratolins salvatges els incrementa la temperatura, però ràpidament si veiem el que passa amb els ratolins que son deficients amb aquesta proteïna desacobladora la temperatura no s’incrementa tant. En gran mesura els salvatges es moren en canvi els altres no. Verd: UCP3- i vermell: Salvatges.
  10   ...