7ppp Universidad Nacional Experimental del Táchira Vicerrectorado Académico Decanato de Docencia Departamento de Química Bioquímica Cadena de transporte de electrones y fosforilación oxidativa Realizado Por: Vanessa Labrador // C.I: 30.389.095 San Cristóbal, 13 de Mayo del 2024 ¿Qué es? La cadena de transporte de electrones (CTE) y la fosforilación oxidativa son procesos cruciales en la respiración celular que tienen lugar en la membrana interna de las mitocondrias. Este sistema es responsable de la producción de ATP mediante la transferencia de electrones a través de una serie de complejos enzimáticos y transportadores móviles. Gradiente de protones (H+): El nivel energético generado por la CTE se utiliza para que estas bombas de protones puedan translocar protones de la matriz de la mitocondria al espacio intermembranoso de la mitocondria. Fosforilación Oxidativa: Aquí es donde se produce la síntesis de ATP utilizando la energía que se generó gracias al gradiente de protones. La proteína que hace esto se llama complejo FO y F1 ATP sintasa, la cual se encuentra a lo largo de la membrana interna. El ATP sintasa actúa como un canal que devuelve los protones a la matriz mitocondrial y en el paso la energía de esos protones se utiliza para producir ATP fosforilando a el ADP con un Pi (fosfato inorgánico) Donde sucede: Sucede en la membrana interna. Luego del ciclo de Krebs, ya que esta cadena depende de él. El ciclo de Krebs se une por medio de las moleculas NADH Y FADH Consta de 4 complejos: Complejo I: NADH Deshidrogenasa Complejo II: Succinato Deshidrogenasa Completo III: Citocromo bc1 Complejo IV: Citocromo oxidasa Existe un complejo V que es el encargado de sintetizar ATP Esquemas Explicación NADH y FADH: Son fuentes de electrones Complejo I: NADH Deshidrogenasa es el que recibe electrones de NADH y bombea 4 protones (H+) al espacio intermembrana, convirtiendo el NADH en NAD+, la energía que se libera es usada para bombear, y pasan a la enzima llamada coenzima Q o Ubiquinona Ubiquinona: Transportador móvil que lleva electrones del complejo I y complejo II al complejo III Complejo II: Succinato deshidrogenasa, recibe electrones de FADH, no bombea protones Complejo III: Citocromo bc1. Transfiere electrones a citocromo c y bombea 4 protones al espacio intermembrana. Citocromo c: Transportador movil que lleva electrones del complejo III al complejo IV Complejo IV: Citocromo c oxidasa. Transfiere electrones al oxigeno (O2), formando agua (H2O), bombea 2 protones al espacio intermembrana ATP sintasa: Utiliza el gradiente de protones creado para sintetizar ATP a partir de ADP y Pi Implicaciones e Importancia en el Proceso Metabólico La cadena de transporte de electrones (CTE) y la fosforilación oxidativa son fundamentales para la producción de ATP, la principal moneda energética de la célula. Aquí se detallan sus implicaciones e importancia: Producción de ATP: La CTE es responsable de generar la mayor parte del ATP en las células eucariotas a través de la fosforilación oxidativa. El ATP es esencial para numerosas funciones celulares, incluyendo la contracción muscular, la síntesis de biomoléculas, y el mantenimiento de gradientes iónicos. Metabolismo Aeróbico: La CTE es la última etapa del metabolismo aeróbico, donde los electrones de NADH y FADH₂, generados en la glucólisis, el ciclo de Krebs y la beta-oxidación de ácidos grasos, son finalmente transferidos al oxígeno para formar agua. Este proceso es mucho más eficiente en términos de producción de ATP comparado con la glucólisis anaeróbica. Regulación del Metabolismo: La actividad de la CTE influye en otras rutas metabólicas. Por ejemplo, una alta tasa de fosforilación oxidativa aumenta el consumo de NADH y FADH₂, promoviendo una mayor actividad del ciclo de Krebs y de la beta-oxidación. Producción de Calor: En ciertos tejidos, como el tejido adiposo marrón, la CTE puede desacoplarse parcialmente para producir calor en lugar de ATP, lo que es crucial para la termogénesis. Principales Sistemas de Regulación en el Metabolismo de Carbohidratos La regulación de la CTE y la fosforilación oxidativa está estrechamente ligada al metabolismo de carbohidratos, que produce los sustratos necesarios para la CTE. Los principales sistemas de regulación incluyen: Regulación por Disponibilidad de Sustratos: NADH y FADH₂: La disponibilidad de estos transportadores de electrones, producidos en la glucólisis, el ciclo de Krebs y la beta-oxidación, regula la actividad de la CTE. Oxígeno: Como aceptor final de electrones, la disponibilidad de oxígeno es crucial. En condiciones de hipoxia, la eficiencia de la CTE disminuye. Regulación por Retroalimentación (Feedback Inhibition): ATP/ADP Ratio: Un alto nivel de ATP inhibe enzimas clave en la glucólisis (como la fosfofructoquinasa) y el ciclo de Krebs, reduciendo la producción de NADH y FADH₂ y, por ende, la actividad de la CTE. NADH/NAD⁺ Ratio: Un alto nivel de NADH indica una sobreabundancia de electrones, inhibiendo enzimas del ciclo de Krebs y desacelerando la CTE. Modulación de Complejos Enzimáticos: Fosforilación/Desfosforilación: Las modificaciones postraduccionales de los complejos de la CTE, como la fosforilación, pueden regular su actividad. Por ejemplo, la fosforilación de subunidades de la ATP sintasa puede regular su función. Control Hormonal: Insulina y Glucagón: Estos regulan la disponibilidad de glucosa y su metabolismo. La insulina promueve la glucólisis y el ciclo de Krebs, aumentando la producción de NADH y FADH₂, mientras que el glucagón tiene efectos opuestos. Hormonas Tiroideas: Aumentan la tasa metabólica basal, aumentando la demanda de ATP y, por ende, la actividad de la CTE. Link al video de YouTube de mi explicación: https://youtu.be/rJVJYEg1qik?si=5kbFfsgB64aW_D4K Bibliografía Menéndez, J (2024). Cadena de transporte de electrones y fosforilación oxidativa. Recuperado el 21 de Mayo del 2024, en: https://www.asturnatura.com/temarios/biologia/catabolismo/cadena-transporteelectrones
