Fosforilación oxidativa

Fosforilación oxidativa
Proceso por el cual los electrones se
transfieren desde el NADH y FADH2 al O2 a
través de tres complejos proteicos de la
membrana mitocondrial interna
Estructura de las mitocondrias
Las
membranas
externas y sus
respectivas
caras son
diferentes
NADH
Esquema del
transporte de ē
a través de los tres
complejos
NADH-Q
oxidorreductasa
.
Q
Q-citocromo c
oxidorreductasa
Cit c
Citocromo c
oxidasa
O2
Succinato DHQ reductasa
La teoría quimiosmótica
• Fue desarrollada por Peter Mitchell (19201992)
• Le valió el Nobel de 1978
• En los comienzos de la década del 60 se
conocía el papel del ATP como moneda de
energía, pero se suponía que su síntesis era
por fosforilación a nivel de sustrato. En
consecuencia, se buscaba un hipotético
intermediario de alta energía capaz de
fosforilar al ADP.
• La teoría postula que la energía para la
síntesis de ATP proviene de la formación de un
gradiente químico por el cual los H+ son
bombeados fuera de la mitocondria.
MM Ext
Fumarato
Succinato
MM Int
Componentes del sistema de transporte de ē
Oxidante o reductor
Complejo
NADH-Q
oxidoreductasa
Masa
(kd)
SU
Gr.
prostético
Lado de la
matriz
En la
membrana
880
≥
34
FMN
NADH
Q
127
4
FAD
Succinato
Q
250
10
Hemo bH
200
10
Hemo a
Lado
citosólico
Fe-S
Succinato-Q
reductasa
Fe-S
Q-citochromo c
oxidoreductasa
Q
Citocromo c
Hemo bL
Hemo c1
Fe-S
Citocromo c
oxidasa
Hemo a3
CuA y CuB
Citocromo c
Estructura y estados de reducción de quinonas
Estructura y estados de reducción de flavinas
Centros hierro-azufre: Fe no hemínico + S ác. lábil
(A) 1 Fe unido a 4 Cisteínas
(B) Centro 2Fe-2S con puentes sulfuro de Cis
(C) Centro 4Fe-4S
El grupo hemo: integrante de los citocromos
Hemo c
Citocromo c
Hemo b
Hemo a
El espectro de absorción de los citocromos permite su
identificación y da información sobre su estado
444
420
Red
605
Ox
BioqUímica - FCByF
La estructura de los citocromos está conservada
en especies diferentes
Atún
Rhodospirillum rubrum
Paracoccus denitrificans
La secuencia de los
citocromos se usa en
estudios filogenéticos
Determinación de la secuencia de los
transportadores de electrones
ΔE0´
NAD + + H+ + 2 ē Æ NADH
-0.320
NADHDH(FMN) + 2 H+ + 2 ē Æ
NADDH(FMNH2)
-0.300
UQ + 2 H+ + 2 ē Æ UQH2
0.045
Cit b (Fe3+) + ē Æ Cit b (Fe2+)
0.077
Cit c1 (Fe3+) + ē Æ Cit c1 (Fe2+)
0.220
Cit c (Fe3+) + ē Æ Cit c (Fe2+)
0.254
Cit a (Fe3+) + ē Æ Cit a (Fe2+)
0.290
Cit a3 (Fe3+) + ē Æ Cit a3 (Fe2+)
0.550
½ O2 + 2 H+ + 2 ē Æ H2O
0.816
ΔE0´
NAD + + H+ + 2 ē Æ NADH
-0.320
½ O2 + 2 H+ + 2 ē Æ H2O
0.816
½ O2 + NADH + H+ Æ H2O + NAD+
1.14
ΔG´0 = -n FΔE´0 = -52.6 kcal/mol
ADP + Pi Æ ATP + H2O ΔG´0= 7.3 kcal/mol
Para el bombeo de 1 H+
ΔG = 2.3 RT [pHin – pHex] + Z F Δψ
En hepatocitos el potencial es aprox. 0.168V,
da un ΔG = 21.5 kJ/mol. Comparado con alred. de 40 a
50 kJ/mol para la sint. de 1 ATP ⇒ al menos 2 H+, las
estimaciones son que casi 3
O2
% Cit
red
Bi
m
Uí
q
o
ic a
yF
B
C
-F
b
c1
c
a + a3
Succ
t
rotenona
NADH Æ UQ Æ Cit b Æ Cit c1 Æ Cit c Æ Cit (a + a3) Æ O2
Antimicina A
NADH Æ UQ Æ Cit b Æ Cit c1 Æ Cit c Æ Cit (a + a3) Æ O2
CNNADH Æ UQ Æ Cit b Æ Cit c1 Æ Cit c Æ Cit (a + a3) Æ O2
COMPLEJO I
(NADH-Q
2 H+
Espacio interm.
QH2
Q
Matriz
Bi
oq
Uí
m
ica
-F
CB
y
F
• 880 kDa (43 SU)
• FMN
• 5 FeS
• Aceptor: Q
2x1ē
2x1
ē
oxidoreductasa)
2 H+
NADH + H+
NAD+
.
FMN + 2 H+ + 2 H- Æ FMNH2 - H+ - ē Æ FMNH - H+ - ē Æ FMN
Q + ē Æ Q-. + ē + 2 H+ Æ QH2
4 H+inÆ 4 H+ex
COMPLEJO II (Succinato-Q reductasa)
Espacio interm.
• 127 kDa
• FAD
• 3 FeS (2/2;
4/4 y 3/4)
• cit b560
•Aceptor: Q
FeS
FeS
FeS
b560
FADH2
FAD
Matriz
o
Bi
Succinato
ica
m
í
qU
b560
By
C
-F
QH2
Q
F
Fumarato
2 H+
COMPLEJO III (Q-citochromo c oxidoreductasa)
• 500 kDa
(dím. 11 SU)
• 3 cit (b562,
b566, c1)
• 1 FeS
Cit c
4 H+
Espacio interm.
Cit c1
FeS
QH2
Cit b562
yF
B
Cicloa Q
- FC Cit b
c
ími
U
q
Bio
566
• Aceptor: cit c
4 H+inÆ 4 H+ex
4 H+
Matriz
CICLO Q
H+
H+
Cit c
Espacio interm.
1ē
QH2
ē
QH.
Cit b562
ē
QH2
Bi
U
oq
Q
ica
ím
C
-F
F
By
2
QH.
Cit b566
Q
1
Matriz
H+
H+
COMPLEJO IV
(cit c oxidasa)
2 H+
Cit c
Espacio interm.
2x1ē
2x1ē
CitCit
a3 a3↔ CuB
oq
Uí
m
ic a
-F
CB
y
F
Cit a ↔ CuA
Bi
• 400 kDa (dím. 813 SU)
• cit (a y a3)
• CuA y CuB
• Aceptor: O2
4 H+inÆ 4 H+ex
½ O2 + 2
Matriz
H+
H 2O
Síntesis de ATP
• Fo: transmembrana, 8 SU diferentes (3 en
E. coli), ab2c10-12, canal de H+
• F1: 9 SU, α3β3γδε, β es la catalítica
O
O
T
L
T
L
T
L
O
L
O
T
L
O
O
O
T
T
T
O
L
L
L
T
ΔG
ATP aq
BioqUímica - FCByF
ADP + Pi
ATP unido
Coordenada de reacción
Adenilato translocasa
ADP 3ATP 4BioqUímica - FCByF
Pi
H+
Lanzadera malato/α−cetoglutarato
Matriz
Mal
Mal
NAD+
NADH
MDH
OAA
Glu
AAT
αKG
Asp
BioqUímica - FCByF
Esp. IM
NAD+
NADH
OAA
Glu
AAT
αKG
Asp
Lanzadera de glicerofosfato
Matriz
Esp. IM
DHAP
FADH2
NADH
NAD+
GliceroP
Bi
o
ic a
ím
U
q
By
C
-F
F
FAD
Q
QH2
Desacoplantes
• Sustancias que disipan el gradiente de
H+
• Aumentan el flujo de ē
• Cesa la producción de ATP
• Pueden ser naturales (valinomicina) o
sintéticos (DNF)
Noradrenalina
Receptor
β-adrenérgico
Adenilato ciclasa
Proteína G
GTP
ím
U
termogenina
oq
Bi
ica
By
C
-F
F
ATP
AMPc
+
Activación de
bloqueda por
ATP, ADP, GTP, GDP
Proteína
kinasa dep.
de AMPc
Proteína
kinasa dep.
de AMPc
ATP
Ac. graso libre
P
Lipasa
sensible a
hormonas
ADP
Lipasa
sensible a
hormonas
Inhibidores del transporte de ē
• Sustancias inhiben algún componente
de la cadena de TEM
• Cesa el flujo de ē
• Cesa la producción de ATP
• Actúan en diferentes lugares:
¾
¾
¾
Complejo I: Rotenona, amital,
piericidina
Complejo III: antimicina, mixotiazol,
estigmatelina
Complejo IV: cianuro, sulfuro, CO,
azida (N3-)
Inhibidores de la ATP sintasa
• Cesa la producción de ATP
• Cesa el flujo de ē
• Ejemplos: oligomicina, diciclo hexil
carbodiimida (DCCD)
Inhibidores de la translocasa
• Cesa la producción de ATP
• Cesa el flujo de ē
• Ejemplos: atractilósido