CADENA RESPIRATORIA Y FOSFORILACION OXIDATIVA Cadena transportadora de electrones El NADH2 y FADH2 se oxidan a NAD+ y FAD+ a través de la cadena transportadora de electrones, produciendo la fuerza protón motriz, de donde se obtiene la energía en forma de ATP mediante fosforilación oxidativa. NADH2 FADH2 NAD+ FAD+ ATP Cadena de transporte electrónico En presencia de oxigeno (O2), el FADH2 y NADH2, son oxidados a NAD+ y FAD+ y los equivalentes reductores (H+) son transportados al espacio intermembranal generando la fuerza protón motriz, la cual permite la generación de energía en forma de ATP. Complejos enzimáticos de la cadena de transporte de electrones Los electrones generado por la oxidación de NADH y FADH2, son transferidos a los transportadores electrónicos que están agrupados en cuatro grandes complejos enzimáticos (Complejo I a IV), que catalizan las diferentes reacciones de la cadena de transporte electrónico. Complejo I: NADH:ubiquinona (Q) oxidoreductasa Complejo II: Succinato: ubiquinona (Q) oxidoreductasa Complejo III: Ubiquinol (QH2): Citocromo c oxidoreductasa Complejo IV: Citocromo c oxidasa. Cadena de transporte electrónico Complejo I El complejo I oxida el NADH a NAD+ y transfiere los electrones a la coenzima Q. El primer paso es la transferencia de 2 protones y 2 electrones al FMN (flavina mononucléotido). El FMNH2, transfiere 1 electrón a los centros ferrosulfurados (FeS) del complejo I y de estos a la coenzima Q que es un aceptor electrónico. La coenzima Q (ubiquinona), puede difundirse libremente en la membrana y transferir el electrón al complejo III. Por cada NADH oxidado se transportan 4 protones desde la matriz mitocondrial al espacio intermembrana. Complejo II El complejo II oxida el FADH2 a FAD+ y transfiere los electrones a la coenzima Q vía los centros FeS del complejo II. Este complejo no transfiere los protones al espacio intermembrana, si no que lo hace a través del complejo III. Si se inhibe el complejo II se acumula la grasa ya que no se dá la β-oxidación (Producción FADH2) Centro FeS Complejo III Este complejo cataliza la transferencia de los electrones desde el ubiquinol al citocromo c acoplado a la translocación de protones a través de la membrana mitocondrial interna. Durante la transferencia de dos electrones desde el ubiquinol al citocromo c, se bombean 4 protones al espacio intermembrana. El citocromo c al igual que la ubiquinona funciona como un transportador móvil en la cadena de transporte electrónico. El citocromo c reducido sede sus electrones al complejo IV. Complejo IV Este complejo cataliza la transferencia de electrones desde el citocromo c al oxígeno que es el aceptor electrónico final para formar agua en un mecanismo acoplado a la traslocación de protones a través de la membrana. En este paso se forman radicales libres (tóxicos). Además de los 2 hidrógenos requeridos para la formación de agua, el complejo IV también bombea protones adicional, contribuyendo a aumentar el gradiente electroquímico. Complejo IV Fuerza protón motriz El bombeo de protones desde la matriz mitocondrial hasta el espacio intermembrana mediante la cadena transportadora de electrones, genera un gradiente en la concentración de protones (aumento de la concentración de protones en el espacio intermembrana), es decir aumento del pH. El espacio intermembrana adquiere mas cargas positivas. Fuerza protón motriz La matriz mitocondrial pierde protones y se vuelve menos ácida (mas básica) y adquiere mas cargas negativas. Durante la transferencia de 2 electrones desde el NADH2 hasta el O2, se bombean aproximadamente 10 protones a través de la membrana para generar el gradiente electromotriz y el FADH2 permite el bombeo de 6 protones. Gradiente concentración hidrógenos Diferencia de cargas (voltaje) Fuerza protón motriz El pH desciende de 7,4 a 7 en el espacio intermembrana y en la matriz mitocondrial aumenta de 7,4 a 8. Este cambio de pH es el generador de la energía para producir ATP. Complejo V: ATP sintasa Es una enzima multiproteica que se encuentra en la membrana mitocondrial interna en los organismo que poseen mitocondrias y en la membrana citoplasmática de las bacterias y aprovecha la energía del gradiente de protones para producir ATP. Fosforilación oxidativa La energía almacenada en el gradiente electroquímico (Fuerza protón motriz), se utiliza para impulsar la síntesis de ATP mediante el movimiento de protones a favor del gradiente electroquímico a través del complejo V denominado ATP sintasa. Este proceso se llama quimiosmosis. ATP Complejo V: ATP sintasa en bacterias En las bacterias el equivalente reductor (NADH2) es igualmente oxidado para generar una fuerza protón motriz con la salida de hidrógenos que genera una disminución del pH en el citosol (pH alcalino). La entrada de hidrógenos al citosol por la ATP sintasa permite generar energía en forma de ATP. Complejo V: ATP sintasa La ATP sintasa está formada por dos dominios: F1, un complejo enzimático periférico y F0, que es un complejo integral que atraviesa la membrana interna mitocondrial y proporciona un canal para la traslocación de protones a través de la membrana durante la transferencia electrónica. La F1 sola cataliza la hidrólisis de ATP y como complejo F0/F1, cataliza la síntesis de ATP. La ATP sintasa tiene 12 subunidades que rotan durante el transporte de protones. Por cada vuelta de la subunidad F0, se transportan 12 protones y se sintetizan 3 ATP. Dominio F1 Dominio F0 Inhibidores de la cadena respiratoria La rotenona es un insecticida que se fija fuertemente al complejo I, impidiendo la reducción de la Coenzima Q. (CoQ a CoQH2). La carboxina, el malonato inhiben el complejo II ya que actúan como inhibidores competitivos del sustrato succinato. La antimicina inhibe la transferencia electrónica a través del complejo III. Algunos antibióticos como el mixotiazol inhiben la transferencia a través del complejo III. El cianuro (CN-), la azida (N3-) y el monóxido de carbono (CO), inhiben el complejo IV. El CN- y la N3-, se unen fuertemente al Fe+3 del grupo Hemo del citocromo a3, impidiendo el transporte electrónico hasta la molécula de reciclaje de electrones que es el oxígeno, esto conduce a la muerte del organismo. cianuro cianuro
