Clase 20. Introducción a las rutas metabólicas mitocondriales 2024 PDF

INTRODUCCIÓN A LAS RUTAS METABÓLICAS MITOCONDRIALES BMC CICLO II - 2024  Introducción IV. Cadena respiratoria I. Ruta de acople Definición - Definición y objetivo Objetivos...

INTRODUCCIÓN A LAS RUTAS METABÓLICAS MITOCONDRIALES BMC CICLO II - 2024  Introducción IV. Cadena respiratoria I. Ruta de acople Definición - Definición y objetivo Objetivos e importancia CONTENIDO - Requerimientos y productos Requerimientos y productos Reacción global - Características - Importancia Composición y funcionamiento II. Beta oxidación Características generales - Definición y objetivo Descripción de los componentes - Requerimientos y productos El control respiratorio - Reacciones - Importancia V. Fosforilación oxidativa Definición III. El ciclo de Krebs Características - Definición y objetivo Requerimientos - Requerimientos y productos El complejo ATP sintasa - Características Reacción global - Etapas El modelo del acoplamiento - Importancia quimiosmótico  INTRODUCCIÓN Ácidos grasos MITOCONDRIA Ácidos grasos Matriz mitocondrial Espacio intermembranal + Membrana mitocondrial interna H+ H+ H H+ H+ H+ ADP H+ ATP Membrana mitocondrial externa  Es la ruta metabólica por medio de la cual el piruvato se oxida hasta acetil CoA y CO2. OBJETIVO: Permitir que los carbonos de la glucosa puedan oxidarse completamente en el ciclo de Krebs. I.RUTA DE ACOPLE REQUERIMIENTOS: - Piruvato - Complejo multienzimático  Piruvato Deshidrogenasa - NAD+, CoA, TPP, FAD, lipoamida - Que la mitocondria esté respirando  CARACTERÍSTICAS DE LA RUTA DE ACOPLE: Ocurren tres tipos de reacciones: Descarboxilación; Transtioesterificación; Deshidrogenación. - La piruvato deshidrogenasa cataliza la descarboxilación oxidativa del piruvato. -Es una de las dos vías del catabolismo energético productoras de CO2. En ella se liberan como CO2 1/3 de los carbonos de la glucosa. IMPORTANCIA Alimenta con NADH + H+ a la cadena DE LA RUTA respiratoria, y por lo tanto contribuye a la producción de ATP. DE ACOPLE: Hace posible que la glucosa sea una de las principales fuentes de acetil CoA para el ciclo de Krebs.  II. BETA OXIDACIÓN OBJETIVO: Obtener equivalentes de reducción y Proceso por el alimentar al ciclo de los ATC con acetil CoA. cual los ácidos REQUERIMIENTOS: grasos son - Acil CoA oxidados hasta - NAD+ acetil CoA. - FAD - Otros cofactores - Enzimas presentes en la matriz mitocondrial PROCEDENCIA DE LOS ACIL COA: - Los ácidos grasos liberados de la reserva del tejido adiposo, viajan en sangre unidos a la albúmina. - Entran a la célula y sufren activación por la Acil CoA sintetasa. E RCOOH +CoASH +ATP RC-SCoA + AMP+ PPi ll O Acil coA ACTIVACIÓN DE LOS ÁCIDOS GRASOS ENTRADA A LA MATRIZ MITOCONDRIAL: Los acil CoA de cadena larga, para entrar a la matriz, requieren: Carnitina, como acarreador de acilos Dos aciltransferasas Un antiporter carnitina-acilcarnitina REACCIONES: 1. Oxidación 2. Hidratación 3. Oxidación 4. Tiólisis  REACCIÓN GLOBAL: Palmitoil CoA + 7FAD + 7NAD+ + 7CoA + 7H2O → 7NADH + 7H+ + 7FADH2 y 8 Acetil CoA IMPORTANCIA: La vía de la beta oxidación es una ruta principal en su papel de aportar el combustible que se oxida en el ciclo de Krebs, además de las coenzimas reducidas que alimentarán la cadena respiratoria. III. CICLO DE KREBS También es llamado el ciclo de los ácidos tricarboxílicos o el ciclo del ácido cítrico. Es la ruta metabólica donde el acetilo proveniente de acetil CoA se oxida completamente hasta CO2. OBJETIVO: Extraer equivalentes de reducción en forma de NADH + H+ y FADH2, con el fin de generar el ATP que se necesita para el trabajo celular. REQUERIMIENTOS: Acetil CoA (producto de la oxidación parcial de la glucosa, los ácidos grasos y los aminoácidos) Oxaloacetato 7 enzimas ubicadas en la matriz mitocondrial y 1 en la MMI NAD+, FAD, GDP, Pi Que las mitocondrias estén consumiendo oxígeno CARACTERÍSTICAS DEL CICLO DE KREBS: Es la ruta común para la oxidación completa de carbohidratos, lípidos y proteínas. Es una ruta estrictamente aeróbica, aunque ninguna reacción del ciclo consume O2. El oxígeno es necesario para reoxidar la coenzima reducida. En esta vía, 2/3 de los carbonos de los carbohidratos y el 100% de los carbonos de los ácidos grasos, se liberan como CO2  Aunque este ciclo solo provee de un GTP (o ATP) por giro, hay 4 reacciones de oxidación que generan un gran flujo de e- a la cadena respiratoria por medio de NADH y FADH2, por lo que luego se producirán mayores cantidades de ATP.  Permite la oxidación completa de los carbonos de la glucosa, ácidos grasos y aminoácidos. Aporta equivalentes de reducción (en forma de NADH + H+ y FADH2) que IMPORTANCIA: conducen a la formación de los 2/3 del ATP celular. Los intermediarios metabólicos del ciclo de Krebs pueden salir de esta ruta para participar como precursores de muchas vías anabólicas IV. CADENA TRANSPORTADORA DE ELECTRONES – FOSFORILACIÓN OXIDATIVA INTRODUCCIÓN El flujo de los electrones en el metabolismo es un proceso complejo; los electrones se mueven desde los combustibles hacia acarreadores de electrones especializados, y este proceso está catalizado por enzimas. Posteriormente, estos acarreadores donan los electrones a varios aceptores ubicados en la MMI cuya afinidad por los electrones va de menor a mayor, y este proceso libera energía que se conserva en forma de gradiente de protones.  CADENA RESPIRATORIA Otro nombre: Cadena transportadora de electrones mitocondrial. Definición: Es una ruta metabólica ubicada en la MMI que conduce a la creación de un gradiente de protones a través de la MMI cuando lleva a cabo dos procesos: 1. El transporte de electrones a lo largo de la MMI, desde el NADH+H+ y el FADH2 hasta el aceptor final, que es el oxígeno molecular. 2. La translocación vectorial de protones (bombeo) a través de la MMI. CADENA RESPIRATORIA Objetivos Generar un gradiente de protones, que impulsará la síntesis de ATP. Reoxidar las coenzimas reducidas. Importancia Constituye el único camino para reoxidar NADH+H+ y FADH2 en la mitocondria. Requerimientos NADH + H+, FADH2, O2, complejos y componentes móviles de la cadena respiratoria. CADENA RESPIRATORIA Productos Gradiente de protones a través de la membrana mitocondrial interna. - NAD+ - FAD - H2O Reacción global NADH + H+ +½O2 NAD+ + H20 G0' = -52.6 kcal/mol FADH2 + ½O2 FAD + H20 G0' = -43.4 kcal/mol  Composición de la cadena respiratoria Consta de: 4 complejos (I, II, III y IV), cada uno de los cuales consiste en varias enzimas (óxido-reductasas) y grupos prostéticos. 2 componentes móviles: coenzima Q (ubiquinona) y citocomo C  Funcionamiento Cada componente de la cadena respiratoria puede recibir electrones de un donador y subsecuentemente pueden donarlos al siguiente transportador de la cadena. Los electrones finalmente se combinan con oxígeno molecular y protones, y se forma agua. El flujo de los electrones por la cadena respiratoria impulsa a los complejos I, III y IV a bombear protones desde la matriz hacia el espacio intermembranal, generándose así un gradiente de protones a través de la MMI. “La energía liberada durante el transporte de electrones se conserva en el gradiente de protones”. Las bombas de protones 4 3 Características Los electrones que fluyen son los de los hidrógenos arrancados de los combustibles, lo cuales llegan a la vía en forma de NADH+H+ y FADH2. Las principales rutas que alimentan la cadena respiratoria, son aquellas que son fuente de coenzimas reducidas (NADH +H+, y FADH2). El requerimiento de Oxígeno es lo que ha hecho llamar a este transporte de electrones “la cadena respiratoria”, la cual es el sitio de utilización de la mayoría del Oxígeno consumido por nuestro organismo. La energía que se libera en el flujo de los electrones es utilizada por las células para sintetizar ATP. V. FOSFORILACIÓN OXIDATIVA Definición Es la Fosforilación del ADP con Pi (síntesis de ATP a partir de ADP y Pi), utilizando la energía contenida en el gradiente de protones. Características Es la culminación de la respiración, donde ésta cumple finalmente su objetivo, la síntesis de ATP. Ocurre en la membrana mitocondrial interna. Está acoplada a la cadena respiratoria. Está controlada por los niveles de ADP. Genera la mayor parte del ATP celular. Requerimientos Complejo V activo, (llamado también ATP Sintasa), ubicado en la membrana mitocondrial interna. Una membrana mitocondrial interna intacta. ADP y Pi en la matriz mitocondrial. Gradiente de protones (gradiente electro-químico), dependiente del funcionamiento de la Cadena Respiratoria y por lo tanto del consumo de O2. El control respiratorio La velocidad de respiración en las mitocondrias se controla por la concentración de ADP, es decir, que la oxidación de las coenzimas se detiene si no hay necesidad de fosforilar el ADP; por esta razón al ADP se le llama el CONTROL RESPIRATORIO. Cuando se realiza un trabajo, el ATP se convierte en ADP; el aumento en la concentración de ADP promueve la respiración, y así se reponen las reservas de ATP. Modelo de acoplamiento quimiosmótico para la síntesis de ATP 1) Fue propuesto por Peter D. Mitchel en 1961. 2) Propone que la energía del transporte de electrones, impulsa un sistema de transporte activo, que bombea protones desde la matriz al espacio intermembranal. Por cada NADH, son bombeados 10 H+ y por cada FADH2 son bombeados 6 H+. 3) Esta acción genera un gradiente electroquímico a través de la membrana mitocondrial interna. Modelo de acoplamiento quimiosmótico para la síntesis de ATP 4)Los protones en el espacio intermembranal tienen una fuerte tendencia a pasar de nuevo hacia la matriz. 5) Fo es el canal específico para el regreso de protones a la matriz. 6)La energía del gradiente, se aprovecha para impulsar la síntesis de ATP catalizada por el componente F1 de la ATP Sintasa. Componentes del gradiente electroquímico a) EL GRADIENTE ELÉCTRICO, dado por la diferencia de voltaje a través de la MMI (+ del lado del espacio y - del lado de la matriz.) b) EL GRADIENTE QUÍMICO, dado por la diferencia de concentración de protones entre el espacio intermembranal y la matriz. Juntos, estos dos componentes generan la llamada FUERZA PROTON MOTRIZ (fpm) que impulsa la síntesis de ATP.  Conclusión final: para fabricarse una molécula de ATP, deben fluir 4 H+ desde el espacio hacia la matriz mitocondrial. ¿Cuánto ATP se forma por cada coenzima oxidada? NADH+ H + ≡ 2.5 ATP FADH2 ≡ 1.5 ATP VDAC= Canal aniónico dependiente de voltaje Bibliografía: Karp, G. Biología Celular y Molecular (5.2 Metabolismo aeróbico en la mitocondria, en adelante)