Upload
rafael-mendoza-rodriguez
View
222
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
7/23/2019 Clase 5. Fosforilación Oxidativa
http://slidepdf.com/reader/full/clase-5-fosforilacion-oxidativa 1/44
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLOFACULTAD DE CIENCIAS BIOLÓGICAS
DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE QUÍMICABIOLÓGICA Y FISIOLOGÍA ANIMAL
BIOQUÍMICA
T1. La Fosfo!"a#!$% o&!'a(!)a *% E+#a!o(as. La(a%sf**%#!a '* *"*#(o%*s. Co%s(!(+,*%(*s '* "a
#a'*%a *s-!a(o!a.T. La s/%(*s!s '* ATP , *" 0a'!*%(* '* -o(o%*s.
R*0+"a#!$% '* "a fosfo!"a#!$% o&!'a(!)a. Las "a%a'*as
*% "a 2*23a%a 2!(o#o%'!a".
Ms.C. Pa(!#!a E"!a3*(4 To*s P"as*%#!a .
7/23/2019 Clase 5. Fosforilación Oxidativa
http://slidepdf.com/reader/full/clase-5-fosforilacion-oxidativa 2/44
Fosforilación oxidativa y Transporte de electrones
Una persona de 70 Kg requiereaprox. 2000Kcal para realizar act.diarias.
s decir requiere !" Kg de #T$. %ecuenta con 2&0g' %olución' (ecicla)ede #*$ a #T$. l #T$ se recicla aprox."00 veces por d+a.
ste proceso tiene lugar por ,ediode la fosforilación oxidativa.
7/23/2019 Clase 5. Fosforilación Oxidativa
http://slidepdf.com/reader/full/clase-5-fosforilacion-oxidativa 3/44
-a fosforilación oxidativa es el proceso ,ediante el cual se for,a#T$ por ,edio de la transferencia de electrones desde el #*/ óF#*/2 asta el 12 por ,edio de una serie de transportadoreselctricos. Tiene lugar en la ,itocondria.
7/23/2019 Clase 5. Fosforilación Oxidativa
http://slidepdf.com/reader/full/clase-5-fosforilacion-oxidativa 4/44
n la fosforilación oxidativa la fuerza electrón3,otriz seconvierte en fuerza protón3,otriz y posterior,ente enpotencial de transferencia de fosforilo.
-a conversión de fuerza electrón3,otriz en fuerza protón3,otrizse lleva a ca4o en la cadena respiratoria.
-a cadena respiratoria consiste de 5 co,ple)os ,ultienzi,6ticos'#*/31xidorreductasa8 %uccinato3 (eductasa8 3citocro,o c1xidorreductasa8 9itocro,o c 1xidasa.
stos co,ple)os enzi,6ticos trans,e,4rana contienen,:ltiples centros de oxidación3reducción' uinonas8 ;avinas8
co,ple)os F3%8 e,os y 9u C!(.C
7/23/2019 Clase 5. Fosforilación Oxidativa
http://slidepdf.com/reader/full/clase-5-fosforilacion-oxidativa 5/44
-a Fosforilación 1xidativa en eucariotas tiene lugar en las ,ito
-as ,itoc. contienen elensa,4la)e respiratorio8enzi,as del ciclo del 6c. c+tricoy enzi,as de la oxidación delos 6c. grasos.
*eli,itada por una do4le,e,4rana' externa e interna<a,plia y plegada' crestas=
*os co,parti,ientos' ,atriz y espaciointer,e,4rana.
>e,4. xterna' per,ea4le a iones y ,olc. peque?as' $158 9l38aniones org6nicos8 nucleótidos de #denina.
>e,4. @nterna' @,per,ea4le a casi todos los iones y ,olculas
polares. %e necesita transportadores.
7/23/2019 Clase 5. Fosforilación Oxidativa
http://slidepdf.com/reader/full/clase-5-fosforilacion-oxidativa 6/44
-a Fosforilación 1xidativa depende de la transferencia de elec
n la fosforilación oxidativa el potencial de transferencia deelectrones del #*/ ó F#*/2 se convierte en el potencial detransf. de grupos fosforilo del #T$.
l potencial de transferencia electrónica de un e3 se ,ide co,opotencial redox8 potencial de reducción o potencial de óxido3reducción <oA=.
Si Eo’ es - : Forma reducida tiene < afinidad por los e- que H2.Si Eo’ es + : Forma reducida tiene > afinidad por los e- que H2.
7/23/2019 Clase 5. Fosforilación Oxidativa
http://slidepdf.com/reader/full/clase-5-fosforilacion-oxidativa 7/44
El flujo de electrones a travs de los componentes de la cadena de transporte electr!nicose reali"a en orden de potencial de reducci!n creciente
#a$ente reductor fuerte% Eo’ & -'.(2 volts)
#aceptor final de los electrones a$ente o*idante fuerte% Eo’ & +'.2 volts)
Una diferencia de potencial de B.B5C entre el #*/ y el 12 i,pulsa eltransporte de e3 a travs de la cadena respiratoria y per,ite la for,ación deun gradiente de protones.
7/23/2019 Clase 5. Fosforilación Oxidativa
http://slidepdf.com/reader/full/clase-5-fosforilacion-oxidativa 8/44
, pueden intervenir en diferentes pasosen la cadena de transporte de electrones.
7/23/2019 Clase 5. Fosforilación Oxidativa
http://slidepdf.com/reader/full/clase-5-fosforilacion-oxidativa 9/44
La #a'*%a *s-!a(o!a *s(5 fo2a'a -o 6 #o2-"*7os89 3o23as '* -o(o%*s , +%a #o%*&!$% f/s!#a #o% *"
#!#"o '*" 5#!'o #/(!#o
C!(.C
7/23/2019 Clase 5. Fosforilación Oxidativa
http://slidepdf.com/reader/full/clase-5-fosforilacion-oxidativa 10/44
os e- se trasladan de un complejo a otro a travs de transportadores elctricosespeciales: oen"ima / o 01iquinona #quinona idrof!1ica) , citocromo c#prote3na peque4a e idrosolu1le).
C!(.C
7/23/2019 Clase 5. Fosforilación Oxidativa
http://slidepdf.com/reader/full/clase-5-fosforilacion-oxidativa 11/44
U4iquinona <coenzi,a=
5 6erivado quinona con lar$a cadena isoprenoide% el numero de unidades de isoprenodepende de la especie.
5 7uede presentar tres estados de o*idaci!n
5 Sus reacciones de transferencia de electronesest8n acopladas a la uni!n o li1eraci!n deprotones: propiedad clave a la ora detransportar protones a travs de la mem1rana
7/23/2019 Clase 5. Fosforilación Oxidativa
http://slidepdf.com/reader/full/clase-5-fosforilacion-oxidativa 12/44
omplejo 9: ;6H-/ o*idorreductasa
os electrones de elevado potencial del ;6H entran a la cadena respiratoria atravs de este complejo.
Estructura en forma de :
- ra"o anclado en la mem1rana interna
- ra"o vertical en la matri" mitocondrial
7/23/2019 Clase 5. Fosforilación Oxidativa
http://slidepdf.com/reader/full/clase-5-fosforilacion-oxidativa 13/44
Flavina =ononucle!tido #F=)
57resente en las flavoproteinas.
5 ;l i$ual que la u1iquinona% sus reacciones de transferencia de electrones est8nacopladas a la uni!n o li1eraci!n de protones. am1in al poder e*istir en forma desemiquinona% puede transportar tanto un electr!n como un par.
7/23/2019 Clase 5. Fosforilación Oxidativa
http://slidepdf.com/reader/full/clase-5-fosforilacion-oxidativa 14/44
entros Fe-S
5Fe est8 presente no en forma de emo #como en los citocromos) sino en asociaci!n con8tomos de a"ufre inor$8nico o con 8tomos de a"ufre de residuos de ,s de la prote3na
transportadora% o con los dos al mismo tiempo.
5Se pueden presentar en tres tipos
5El Fe de estos complejos alterna entre los estados o*idado Fe(+ , reducido Fe2+
5Suelen intervenir en reacciones redo*
7/23/2019 Clase 5. Fosforilación Oxidativa
http://slidepdf.com/reader/full/clase-5-fosforilacion-oxidativa 15/44
omplejo 99: Succinato-/ reductasa
a Succinato desidro$enasa% en"ima del ciclo del 8cido c3trico% formaparte del complejo , $enera F;6H2 a partir de F;6 por la o*idaci!n
del succinato a fumarato.
omplejos /H2 li1reSuccinato F;6H2 FeS #difunde)
o se produce transporte de H+ acia el citoplasma a diferencia delcomplejo 9.
7/23/2019 Clase 5. Fosforilación Oxidativa
http://slidepdf.com/reader/full/clase-5-fosforilacion-oxidativa 16/44
omplejo 999: /-citocromo c o*idorreductasa
Se$unda 1om1a de H+ de la cadena de transporte.5En su estructura podemos encontrar:
-2 citocromos-citocromo 1: contiene 2 $rupos emo tipo 1
1 #1aja afinidad)1H #alta afinidad)
-citocromo c?: ? $rupo emo- proteina con centro de @iesAe 2Fe-2S
5 En conjunto el paso de electrones , 1om1eo de protones porel complejo 999 puede resumirse en:
+ ++2H ⎯ Q +2cit +4H N 1(reducido ) p
D,ecanis,o' 9@9-13 ' 9analiza los e3 desde un transportador de 2 e3 </2=a uno de un e3 <9itocro,o c= y 4o,4ea /E.
7/23/2019 Clase 5. Fosforilación Oxidativa
http://slidepdf.com/reader/full/clase-5-fosforilacion-oxidativa 17/44
7/23/2019 Clase 5. Fosforilación Oxidativa
http://slidepdf.com/reader/full/clase-5-fosforilacion-oxidativa 18/44
Brupos Hemo
57resentes en los citocromos. os fuertes colores caracter3sticos de los citocromos sede1en a la presencia del $rupo prosttico emo.
5
5Su 8tomo de ierro oscila entre
Fe(+ , Fe2+.
7/23/2019 Clase 5. Fosforilación Oxidativa
http://slidepdf.com/reader/full/clase-5-fosforilacion-oxidativa 19/44
omplejo 9C: citocromo c o*idasa
9u# 9u# aceptor de loselectrones del citocro,o creducido.e,o a aceptor de los
electrones de 9u#
9u# .
/e,o a" 9uG for,an partedel centro activo donde 12 sereduce a /21.
$resenta 2 grupos e,o de tipo #' e,o a y e,o a" y " iones de 9u
distri4uidos en dos centros de 9u' # y G . 9entro #' 2 iones de 9u ycentro G' uno.
7/23/2019 Clase 5. Fosforilación Oxidativa
http://slidepdf.com/reader/full/clase-5-fosforilacion-oxidativa 20/44
@adicales i1res
5 D2: e*celente aceptor de electrones
5 @ies$o:producci!n de intermediarios ani!n super!*ido #D2
-) , ani!n per!*ido#D2
2-) , radical idro*ilo DH % tam1in llamados @DS #@eactive o*,$en species)da4inos para una serie de componentes celulares.
5 Soluci!n:
- en la cadena de transporte electr!nico se opta por unir estos intermediarios
fuertemente asta su completa conversi!n en a$ua #complejo 9C) 5 Sinem1ar$o pueden producirse prdidas% la retenci!n no es eficiente al ?'':necesidad de otras estrate$ias defensivas:
-Supero*ido dismutasa #SD6) neutrali"a el ani!n super!*ido dismut8ndolo:
2 D2 G + 2H+ H2D2 + D2
-atalasa dismuta el pero*ido producido por SD6 , otros en"imas
2 H2D2 + 2H+ H2D+ D2
7/23/2019 Clase 5. Fosforilación Oxidativa
http://slidepdf.com/reader/full/clase-5-fosforilacion-oxidativa 21/44
Un gradiente de protones i,pulsa la s+ntesis de #
l enzi,a encargado de llevar a ca4o la s+ntesis de #T$' #T$sintasa o co,ple)o C <u4icada en la ,e,4rana interna,itocondrial=.
$eter >itcell en los a?os H0 <$re,io o4el BI7!=' propuso la(*o/a Q+!2!os2$(!#a.
%e cre+a que para la s+ntesis de #T$8 se for,a4a un co,puestointer,ediario que transfer+a los fosforilos para la s+ntesis.
7/23/2019 Clase 5. Fosforilación Oxidativa
http://slidepdf.com/reader/full/clase-5-fosforilacion-oxidativa 22/44
eor3a /uimiosm!tica
Un gradiente de concentración de protones sirve como almacén de energíaque dirige la formación de ATP: la fuerza protón-motriz
5 a fuer"a prot!n-motri" #p) es la ener$3a almacenada en el $radiente de concentraci!nde protones #distri1uci!n desi$ual).
5 os protones que son translocados al espacio intermem1rana por la cadena detransporte electr!nico% re$resan al interior de la matri" mitocondrial v3a ;7 sintasa.
l transporte de e3 y la s+ntesis de #T$ se acoplan ,ediante un
gradiente de /E a travs de la ,e,4rana interna ,itocondrial.
7/23/2019 Clase 5. Fosforilación Oxidativa
http://slidepdf.com/reader/full/clase-5-fosforilacion-oxidativa 23/44
5 El 1om1eo de protones a travs de la cadena de transporte electr!nico creauna fuer"a prot!n-motri" suma de las contri1uciones de un $radiente qu3mico#$radiente de pH) , un $radiente de car$a #potencial de mem1rana).
eoria quimiosm!tica: el $radiente de protones
7/23/2019 Clase 5. Fosforilación Oxidativa
http://slidepdf.com/reader/full/clase-5-fosforilacion-oxidativa 24/44
eoria quimiosm!tica: el $radiente de protones$enerado impulsa la sintesis de ;7 mediante la ;7 sintasa
7/23/2019 Clase 5. Fosforilación Oxidativa
http://slidepdf.com/reader/full/clase-5-fosforilacion-oxidativa 25/44
;7 sintasa
F? 0nidad catal3tica
F' 0nidad transportadora de H+
F?: unidad catal3tica
7/23/2019 Clase 5. Fosforilación Oxidativa
http://slidepdf.com/reader/full/clase-5-fosforilacion-oxidativa 26/44
F?: unidad catal3tica5 formada por I cadenas polipeptidicas:
-( cadenas J-( cadenas K-cadenas L M N
5 J , K alternadas en anillo e*8merico
-miem1ros de la familia de 7asas -am1asunen nucle!tidos% solo K participa en lacat8lisis
5 γ , N forman el tallo central de la
estructura.5 γ del e*8mero J(K( : cadasu1unidad K adopta diferente conformaci!nde1ido a su interaccion con γ
F'
7/23/2019 Clase 5. Fosforilación Oxidativa
http://slidepdf.com/reader/full/clase-5-fosforilacion-oxidativa 27/44
F'
5 Se$mento idrof!1ico que atraviesa la mem1rana internamitocondrial 5 ontiene conducto de H+ del complejo
5 Formado por
-?'-?O su1unidades c
-? su1unidad a en la periferia del anillo
7/23/2019 Clase 5. Fosforilación Oxidativa
http://slidepdf.com/reader/full/clase-5-fosforilacion-oxidativa 28/44
5F? , F' estan conectadas por el tallo LN , por una columnae*terna formada por 12 , M
5 7odemos considerar que el en"imaesta formado por dos componentesfuncionales:
-096;6 =DC9: anillo c , tallo LN
-096;6 ES;9;: resto de lamolcula
7/23/2019 Clase 5. Fosforilación Oxidativa
http://slidepdf.com/reader/full/clase-5-fosforilacion-oxidativa 29/44
=ecanismo de la ;7 sintasa5 enemos que tener en cuenta que:
-a ;7 sintasa en si no necesita del $radiente de protones para$enerar el ;7 - 7E@D por si sola la ;7 sintasa no es capa" deli1erar este ;7 del centro catal3tico una ve" formado.
Es decir el flujo de protones favorece la li1eraci!n del ;7 de la
sintasa% m8s D su formaci!n #mecanismo de cam1io de uni!n).
5 El mecanismo que se propone tiene en cuenta la diferenteinteracci!n de la su1unidad L con las diferentes su1unidades K% de talmanera que dicas su1unidades pueden estar en tres
conformaciones: -ES; #)
-@E;P;6; #)-;9E@; #D)
onformaciones de la Su1unidad K
7/23/2019 Clase 5. Fosforilación Oxidativa
http://slidepdf.com/reader/full/clase-5-fosforilacion-oxidativa 30/44
5ES; #):
catali"a la transformaci!n de ;67+7i en ;7% une fuertemente el ;7$enerado sin permitir su li1eraci!n: demasiado apretado% encajado en elcentro activo.5 @E;P;6; #):
une ;67 , 7i en conformaci!n lo suficientemente apretada para que no sedesprenda.5;9E@; #D):
puede tanto unir como desprender nucle!tidos al ser la conformaci!n m8sa1ierta.
i t i! t l t f d di i id
7/23/2019 Clase 5. Fosforilación Oxidativa
http://slidepdf.com/reader/full/clase-5-fosforilacion-oxidativa 31/44
5 a interconversi!n entre las tres formas puede ser diri$idamediante la rotaci!n de L
5 7or cada rotaci!n de ?2'Q de L: li1eraci!n de ;7 , uni!n de unnuevo ;67+7i
7/23/2019 Clase 5. Fosforilación Oxidativa
http://slidepdf.com/reader/full/clase-5-fosforilacion-oxidativa 32/44
5 a rotaci!n de L esproducida por el paso deprotones a travs de la
su1unidad a% que produceuna rotaci!n del anillo desu1unidades c.
d 1 id d t
7/23/2019 Clase 5. Fosforilación Oxidativa
http://slidepdf.com/reader/full/clase-5-fosforilacion-oxidativa 33/44
5ada su1unidad c esta5 a su1unidad a pareceformada por dos licescontener dos semiconductostransmem1rana con unque permiten la entrada de
residuo de 8c. asp8rtico en laprotones pero no puedense$unda lice situado en elatravesar completamente la
centro de la mem1rana.mem1rana.
=ecanismo de rotaci!n del anillo c
7/23/2019 Clase 5. Fosforilación Oxidativa
http://slidepdf.com/reader/full/clase-5-fosforilacion-oxidativa 34/44
=ecanismo de rotaci!n del anillo c
5 Se supone que los dos residuos ;sp en contacto con cada semiconducto an cedidosus protones pasando a ser aspartato car$ado ne$ativamente.
=ecanismo de rotaci!n del anillo c
7/23/2019 Clase 5. Fosforilación Oxidativa
http://slidepdf.com/reader/full/clase-5-fosforilacion-oxidativa 35/44
=ecanismo de rotaci!n del anillo c
5 ada prot!n entra por el
semiconducto citos!lico%si$ue una vuelta completapor el anillo c , sale por elotro semiconducto acia lamatri"
5 Se$Rn este modelo: elnumero de protones que sean de transportar para$enerar una molcula de ;7depender8 del nRmero desu1unidades del anillo c.
5 Si el anillo tiene ?' su1unidades #;7 sintasa de levadura): cadavuelta del anillo $enerar8 ( ;7 , fluir8n ?' protones:
?'( T ( H+ por ;7
@endimiento neto de la fosforilaci!n o*idativa
7/23/2019 Clase 5. Fosforilación Oxidativa
http://slidepdf.com/reader/full/clase-5-fosforilacion-oxidativa 36/44
@endimiento neto de la fosforilaci!n o*idativa
5 ;7 sintasa requiere la translocaci!n de (H+ por cada ;7 que produce
5 El transporte al citoplasma de 7i% ;67 and ;7 requiere ? H+
@endimiento neto:para: ?'
H+ 1om1eados.
#?' H+ O H+) &
para: U H+ 1om1eados
#U H+ O H+) &
an"aderas de electrones del ;6H
7/23/2019 Clase 5. Fosforilación Oxidativa
http://slidepdf.com/reader/full/clase-5-fosforilacion-oxidativa 37/44
5 a mem1rana interna mitocondrial es impermea1le a ;6H , ;6+ citoplasm8tico% perosus electrones de1en entrar a la matri" mitocondrial para ser transferidos a la cadena detransporte electr!nico. a clula a dise4ado sistemas lan"adera donde se reali"a la
transferencia de los electrones del ;6H , no de la propia molcula.
electrones son transferidos a $licerol-(-7%
5 En la los 5 En la se usael malato como transportador de los
que los transfiere posteriormente al F;6electrones a travs de la mem1rana.
an"adera $licerol-(-fosfato
7/23/2019 Clase 5. Fosforilación Oxidativa
http://slidepdf.com/reader/full/clase-5-fosforilacion-oxidativa 38/44
$
5 on esta lan"adera el rendimientoener$tico del ;6H citoplasm8tico esmenor ,a que el aceptor final de loselectrones es F;6: el resultado es unmenor 1om1eo de protones.
5 a lan"adera $licerol-(-7 es mu,a1undante en mRsculo% lo que permitereali"ar la fosforilaci!n o*idativa a
velocidad mu, alta.
an"adera malato-aspartato
7/23/2019 Clase 5. Fosforilación Oxidativa
http://slidepdf.com/reader/full/clase-5-fosforilacion-oxidativa 39/44
5 an"adera m8s compleja%pero m8s eficienteener$ticamente% el
resultado final es ;6H en lamatri" mitocondrial
5 Sistema especialmente activo en
3$ado , cora"!n.
ransporte ;7;67
7/23/2019 Clase 5. Fosforilación Oxidativa
http://slidepdf.com/reader/full/clase-5-fosforilacion-oxidativa 40/44
5 El que se $enera en el proceso de la fosforilaci!n o*idativa esta o puede atravesarla mem1rana interna mitocondrial% al i$ual que ;67 , la molcula de fosfato inor$anico #7i). Es necesario un sistema detransporte de mem1rana:
5 reali"a elintercam1io antiporte entre ;67citos!lico , ;7 de la matri"mitocondrial.
7/23/2019 Clase 5. Fosforilación Oxidativa
http://slidepdf.com/reader/full/clase-5-fosforilacion-oxidativa 41/44
;7;67 translocasa: =ecanismo de acci!n
a velocidad de la fosforilaci!n o*idativa est8 determinada
l id d d ;7
7/23/2019 Clase 5. Fosforilación Oxidativa
http://slidepdf.com/reader/full/clase-5-fosforilacion-oxidativa 42/44
por las necesidades de ;75ransporte electr!nico , s3ntesis de ;7 se encuentran 3ntimamente li$ados: loselectrones no suelen despla"arse a lo lar$o de la cadena asta el D2 a menos que almismo tiempo ;67 se fosforile para formar ;7.
5 El factor m8s importante a la ora de determinar la velocidad de la fosforilaci!no*idativa es el nivel de ;67.
5 a velocidad de consumo de o*3$eno por las
mitocondrias ;0=E; cuando se a4ade ;67 ,recupera su valor inicial cuando este ;67a4adido se convierte en ;7:
5 Si$nificado fisiol!$ico sencillo: el nivel de ;67 aumenta cuando se consume ;7.Solo se reali"ar8 transporte electr!nico acia el D2 cuando se necesite sinteti"ar ;7 .
5 En definitiva% la car$a ener$tica% la relaci!n ;7;67 es la que controla la producci!nde ener$3a por parte de la clula.
9ni1idores de la fosforilaci!n o*idativa
7/23/2019 Clase 5. Fosforilación Oxidativa
http://slidepdf.com/reader/full/clase-5-fosforilacion-oxidativa 43/44
9ni1idores de la fosforilaci!n o*idativa
7/23/2019 Clase 5. Fosforilación Oxidativa
http://slidepdf.com/reader/full/clase-5-fosforilacion-oxidativa 44/44