Bioquímica BIOG1024 - 3.4 ETC y síntesis de ATP

Asignatura: Bioquímica BIOG1024 Paralelo Docente Paralelo 1 Dra. Ana Tirapé Bajaña [email protected] Paralelo 2 Dra. Nardy Diez García [email protected]...

Asignatura: Bioquímica BIOG1024 Paralelo Docente Paralelo 1 Dra. Ana Tirapé Bajaña [email protected] Paralelo 2 Dra. Nardy Diez García [email protected] Paralelo 3 Dr. Pablo Chong Aguirre [email protected] Cadena de transporte de electrones y síntesis del ATP  DIFERENTES COMPARTIMIENTOS DE LA MEMBRANA MITOCONDRIAL CONTIENEN DIFERENTES ENZIMAS  La matriz mitocondrial esta encerrada por una doble membrana.  La membrana externa es permeable a casi todos los metabolitos, y la membrana interna es selectivamente permeable. La membrana externa se caracteriza por la presencia de diversas enzimas, entre ellas la acil-CoA sintetasa y glicerolfosfato aciltransferasa.  Otras enzimas, incluyendo la adenilil cinasa y la creatina cinasa se encuentran en el espacio intermembrana.  El fosfolipido cardiolipina está concentrado en la membrana interna, junto con las enzimas de la cadena respiratoria, ATP sintasa y diversos transportadores de membrana. FOSFORILACIÓN OXIDATIVA CADENA RESPIRATORIA OXIDA  Casi toda la energía que se libera durante la oxidación de carbohidratos, ácidos grasos y aminoácidos queda disponible dentro de las mitocondrias como equivalentes reductores (-H o electrones)  La respiratoria reúne y transporta equivalentes reductores, y los dirige hacia su reacción final con oxígeno para formar agua  la fosforilación oxidativa es el proceso mediante el cual la energía libre liberada se atrapa cómo fosfato de alta energía. TRANSPORTE DE ELECTRONES + QUIMIOSMOSIS 1. Entrega de electrones por NADH y FADH2. Se convierten en NAD+ y FAD, que pueden ser reutilizados en otros pasos de la respiración celular. 2. Transferencia de electrones y bombeo de protones. Conforme se mueven los electrones en la cadena estos se desplazan de un nivel de energía más alto a uno más bajo y se libera energía. Parte de esta energía se utiliza para bombear iones de H+ 3. Separación de oxígeno molecular para formar agua. Al final de la cadena de transporte de electrones, los electrones se transfieren a una molécula de oxígeno, la cual se rompe a la mitad y recolecta H+ para formar agua. 4. Síntesis de ATP impulsada por un gradiente. Cuando fluyen por el gradiente de regreso hacia la matriz, los iones de H+ pasan a través de la ATP sintasa para sintetizar ATP. COMPLEJOS ENZIMÁTICOS TRANSPORTADORES MITOCONDRIALES  El complejo I o NADH deshidrogenasa o NADH: ubiquinona oxidoreductasa  El complejo II o succinato deshidrogenasa  El complejo III o complejo citocromo bc1 o ubiquinol: citocromo c oxidorreductasa  El complejo IV o citocromo c oxidasa COMPLEJO I  Los electrones que entran en la ECT provienen de moléculas de NADH y FADH2 que se producen en fases anteriores de la respiración celular:  glucólisis, oxidación del piruvato y el ciclo del ácido cítrico.  El NADH dona electrones en reacciones redox (o sea que sus electrones están en un nivel de energía alto), y transfiere sus electrones directamente al complejo I y se transforma otra vez en NAD+. El movimiento libera energía y se usa para bombear protones desde la matriz hacia el espacio intermembranal. COMPLEJO II  Este no es una bomba de protones y además es la única enzima del ciclo de Krebs asociado a membrana.  El FADH2 no es tan bueno como el NADH, porque sus electrones se encuentran en un nivel de energía más bajo. No se transfieren sus electrones hacia el complejo I sino al complejo II, y no bombea protones a través de la membrana. UBIQUINONA O CO Q10  Los electrones del NADH y del FADH2 recorren exactamente la misma ruta.  El complejo I y II transfieren sus electrones a un acarreador pequeño y móvil de electrones llamado ubiquinona (Q) que se reduce y transforma en QH2, se transporta por la membrana y entrega sus electrones al complejo III. COMPLEJO III  Esta enzima cataliza la oxidación de moléculas de ubiquinol (QH2) en la membrana, y la reducción de una molécula móvil e hidrosoluble de citocromo c en la superficie externa.  Esta enzima toma dos electrones desde QH2 y los transfiere a dos moléculas de citocromo c (transportador de electrones hidrosoluble).  El transporte de electrones a través del complejo III se acopla a la transferencia de H+ a través de la membrana por un proceso llamado ciclo Q.  Se translocan cuatro protones a través de la membrana por los dos electrones transportados desde el ubiquinol. COMPLEJO IV  Este complejo cataliza la oxidación de moléculas de citocromo c reducido producidas por el complejo III.  Capta cuatro electrones de las cuatro moléculas de citocromo c y se transfieren al oxígeno (O2) para producir dos moléculas de agua (H2O).  Al mismo tiempo se translocan cuatro protones a través de la membrana. COMPONENTES DE LA CTE ATP SINTASA  El flujo de protones crea un gradiente de pH y un gradiente electroquímico.  La ATP sintasa lo usa para formar ATP vía la fosforilación oxidativa. La ATP sintasa actúa como un canal de iones que "devuelve" los protones a la matriz mitocondrial.  El acoplamiento con la fosforilación oxidativa es un paso clave en la producción de ATP.  La estructura F1 ATP sintasa Imagen en la izquierda muestra la conformación para atrapar ADP, la imagen de la derecha muestra la estructura para liberación de ATP https://cdn.rcsb.org/pdb101/motm/images/ATPsynthase.gif https://cdn.rcsb.org/pdb101/motm/images/F1-rasmol.gif ¿CUÁNTO ATP SE NECESITA?  Los seres humanos necesitamos una elevada cantidad de ATP para vivir. Un hombre adulto sedentario de 70 kg requiere de 8400 kJ al día, lo que significan 83 kg de ATP.  Solo existen 250 gr de ATP en nuestro organismo en cualquier momento del tiempo. Esta disparidad se compensa mediante el reciclaje de ADP -> ATP. Cada molécula de ATP se recicla aprox. 300x/día.  Individuos con actividades energéticas superiores pueden reciclar estas moléculas hasta 1000-1500 veces al día.