La fosforilación oxidativa es la culminación del metabolismo productor de energía en organismo aeróbicos.
Etapas previas: glucólisis; ciclo de Krebs; finalmente la fosforilación oxidativa.
Veremos en qué momento la fosforilación es oxidativa: cuando hay presencia de oxigeno, y es el oxigeno el ultimo aceptor de electrones en esta cadena. Y fosforilación porque finalmente lo que se hace es obtención de energía a través del ATP.
Todo partía por ejemplo con la molécula de glucosa que través de una serie de oxidaciones (glúcidos, grasas, aminoácidos) puede obtenerse energía de oxidación, que se va a impulsar una síntesis de ATP, además iba a transportarse a través de otras moléculas: NADH y FADH. Estas moléculas son las que harán la entrega de los electrones que alguna vez captaron, van a entregarlas en una serie de complejos proteicos en la membrana interna de la mitocondria, y habrá un flujo de electrones que generan energía libre suficientes en algunos complejos en otros no, haciendo un bombeo de protones desde la matriz mitocondrial hasta el espacio intermembrana. Se genera un gradiente importante de protones entre la matriz mitocondrial y el espacio intermembrana, que a su vez en conjunto con la diferencia de cargas que hay al interior y este espacio membranoso, generará una fuerza electromotriz suficiente para poder impulsar protones a través del complejo ATP sintasa.
Al oxidar movemos electrones contenidos en moléculas que en los complejos van generando movimiento de protones, lo que es energía. Teoría quimio osmótica que vincula la síntesis de ATP con las concentraciones de protones y energía.
Características de la fosforilación oxidativa:
En la membrana interna de la mitocondria, se está generando energía libre producida por el flujo de electrones cuesta abajo, de niveles altos a niveles menores de energía, acoplado a un transporte de protones cuesta arriba. La energía libre ayuda a llevar estos protones contra un gradiente. Toda la energía libre de oxidación de los combustibles metabólicos después va a hacer potencial electroquímico transmembrana. Luego del flujo tranmembranal de protones impulsados al espacio intermembranal contra un gradiente, aumenta las concentraciones de protones ahí, los que luego son impulsados en sentido inverso, a favor de un gradiente, proporcionando energía libre para sintetizar el ATP; reacción catalizada por un complejo proteico, asociado a la membrana, que tiene subunidades proteicas, llamado complejo ATPsintasa. En la célula se realiza la glucosa y obtención de piruvato , entra a la mitocondria donde ocurre el ciclo de Krebs y la cadena transportadora de electrones (aquí hay liberación de CO2 y H2O )
MITOCONDRIA: Orgánulo mas grande que tiene la célula, Más de una por célula, Dos unidades de membrana, en el año 48’ la asocian con la fosforilación oxidativa, *nombró la teoría endosimbionte; posee 4 compartimientos: membrana interna, membrana externa, espacio intermembrana, y una matriz o un espacio interno. Tiene forma de maní


Importante: Todas las enzimas que están que están siendo parte del ciclo de Krebs están contenidas en la matriz mitocondrial. Muchas de ellas se crearon gracias al propio material genético de la mitocondria.
La membrana externa respecto a la interna: es fácilmente permeable a paqueñas moléculas e través de las PORINAS o CANALES TRANSMEMBRANALES.
La membrana interna es impermeable a la mayoría de las moléculas pequeñas (iones, protones, NAD+, NADH). Por lo que exclusivamente transporta a través de transportadores.
¿Qué hay en la matriz mitocondrial? El complejo astakara las enzimas del ác. Cítrico, del ciclo de Krebs, de ácidos grasos y también de oxidación de aminoácidos. Y hay transporte específico de algunas moléculas.
La oxidación es la oxidación completa de la fuente de energía hasta co2 en el ciclo de Krebs en la matriz mitocondrial y la transferencia de electrones y conservación de la energía liberada en la membrana mitocondrial.
Luego de la glucólisis y ciclo de Krebs se obtienen una serie de moléculas acarreadoras, son las que tienen que entregar electrones en la cadena. Estas vienen de lo que se forma afuera en la glucólisis y otras del ciclo de Krebs dentro de la mitocondria.
Como Ingresan
Las Porinas permiten el paso a través de la ME, aquí apareen las lanzaderas (proteínas) transportadores de la MI de la mitocondria y permiten que el NADH pueda entrar a la matriz mitocondrial, no como moléculas de NADH, ya que estas lanzaderas son transportadoras para otra molécula.
Tipos de lanzaderas:
Una para Malato y Aspartato,
Otra para Glicerol Trifosfato.
Hacen que los electrones pasen desde el citosol hasta la matriz mitocondrial.
Los electrones contenidos en el NADH pasan a través del oxalacetato que toma sus electrones y se produce una transformación a malato, el que sí puede trasportar los electrones, ingresa el malato con los electrones del NADH y este los va a ceder al NAD+ que haya en la matriz mitocondrial. Entonces ese NAD+ captará ese electrón que viene de afuera y quedará como NADH que es la que lo va a entregar a la cadena de transporte de electrones que hay dentro de la matriz. El malato saldrá luego en forma de Aspartato a través de otro transportador especifico.
Al revés: aspartato a oxalacetato, oxalacetato va a tomar los electrones, el NADH va a quedar en NAD+ porque se oxidó y redujo al oxalacetato y el oxalacetato va a quedar convertido en malato. Entra a través de esta porina pero Finalmente el transportador está en la membrana interna. Grafico del power
El malato suelta los electrones el nad+ los toma y el nadh y ahí toda la historia.
Acá hay actividad de enzimas que van catalizando estos procesos son diferentes, porque una de las enzimas que realizan reacciones como la glutamato transaminasa citosolica no es igual a la que está dentro de la mitocondria. Entonces hay una especificidad bastante grande en estos procesos.
Ro: y para que se crea el NADH? R: porque lo que se necesita es llegar a la cadena de transporte de electrones y tengo que transportar electrones y los electrones de la glucolisis y de Krebs y todo lo demás obteníamos moléculas de NADH que en fondo acarrean electrones a la cadena.
La otra lanzadera es de glicerol trifosfato, la misma historia otras moléculas aquí participan también, el NADH entrega los electrones queda como NAD+ los toma de dihidroxiacetona se reduce, va a glicerol trifosfato entra por la porina feliz de la vida, entra al espacio intermembrana y después acá entrega los electrones a esta molécula de FADH que finalmente la recibe esa es la diferencia con la lanzadera del malato, adentro entra como NADH, los electrones van transportados por el NADH sin embargo acá el FADH es el que juega un rol importante y este después también entrega en uno de los complejos porque no todos los complejos captan electrones del NADH, unos captan del NADH y otros del FADH2 electrones.

Tarea: ¿en qué tipo de células se dan estas lanzaderas? Tiene relación con la demanda energética de la celula.
Entonces: ya entraron los NADH y los FADH feliz con sus electrones ahora estos muchachos tienen que transferir estos electrones a acarreadores presentes en la membrana interna de la mitocondria. Cuando los electrones van pasando a través de esta cadena caen a niveles menores de energía, la energía que se libera por el paso de los electrones se usa para generar un gradiente de protones a través de la membrana; Entonces este gradiente es una fuente de energía que se utiliza en diversas reacciones como la síntesis de ATP.
Que es una cadena de transporte de electrones
Corresponde a 4 complejos proteicos que atraviesan la membrana mitocondrial interna, contienen varios grupos prostéticos que van a participar en el movimiento de electrones. Por ejemplo grupos hemos que están participando y van a haber grupo hierro azufre.
Que es un grupo prostético
Es una estructura que forma parte de una proteína pero no es proteína propiamente tal, es la parte no proteica de la proteína (ver power) ayudaran al traspaso de electrones.
Hay otra enzima que participa muy importante es la coenzima Q o la ubiquinona que no está unida a ningún complejo, como que va entre uno y otro complejo. Entonces es una molécula que tiene la capacidad de aceptar y entregar electrones, que se puede ir reduciendo y en varios niveles y no va a estar unida a proteína sino que va a estar móvil en la membrana.
Hay otra molécula importante que es el citocromo C uno en un complejo formando parte de el, y hay también un citocromo C móvil.
Entonces complejo 1 2 3 4
COMPLEJO 1 se llama NADH o coenzima Q reductasa, y los grupos prostéticos que participan en él son flavina mononucleótido y hierro azufre.
COMPLEJO 2 es succinato coenzima Q reductasa. En el fondo van relacionando con lo que va pasando.

COMPLEJO 3 coenzima QH2 porque esta más reducido. Por eso es H2 citocromo C reductasa y aquí hay uno hemo y unos hierro azufre funcionando. Y el citocromo C (no figura en la tabla) también esta ahí participando.
COMPLEJO 4 es el citocromo C oxidasa aquí hay cobre y hay otros grupos hemo y tienen hierro y eso es lo que importa.
Entonces en la cadena de transporte de electrones van a haber movimiento de electrones de oxidaciones y reducciones, formas oxidadas formas reducidas dependiendo de si toman o no toman electrones, hasta que llegamos a un complejo donde vamos a obtener finalmente agua más el oxigeno, el ultimo aceptor de electrones.
Esquema de cadena de transporte de electrones:
Desde el COMPLEJO 1 (NADH coenzima Q reductasa) al COMPLEJO 3 puede estar NADH aportando electrones. Si no entra por el COMPLEJO 1 a causa del FADH va a entrar por el COMPLEJO 2 y desde el 2 va a pasar siempre al COMPLEJO 3 y ambos luego de actuar en el COMPLEJO 3 van al COMPLEJO 4.
El primer complejo: acepta o inicia el movimiento de electrones a través de NADH el cual entregará 2 electrones que van a ser recibidos por esta otra molecula de la cual el FMN va a entregar de a 1 electrón al hierro azufre que puede ir tomando solamente de un electrón
Lo importante es saber que el NADH entrega los electrones que se mueven y son tomados por la coenzima Q. se produce por el traspaso de electrones un ∆G= -16.6 kcal un ∆G negativo cuya energía que se libera se utiliza para se utiliza para expulsar al espacio intermembrana 4 protones. Por NADH que va entregando electrones. Van estos electrones a la coenzima Q, ubiquinona que tiene la característica de ir reduciéndose y vamos a encontrar estas formas químicas. Se acepta este electron encontramos la semiquinona te acepta dos electrones y la bihidroquinona (2 electrones y dos protones) lo importante es saber que esta molécula es capaz de transportar estos electrones. Y se va a mover entre el complejo 1 y el complejo 3. Y aquí a medida que va a aceptando se va a reducir más o menos, entonces toma esta forma al tomar los dos protones y los dos electrones y los lleva al otro complejo.
Características:
Posee una larga cola hidrocarbonada y… eso no más.( en la seca ) xD. La importancia que tiene esta larga cola hidrocarbonada es que le confiere características apolares, y es importante que sea apolar, puesto que se encuentra en la membrana, y le sirve para poder moverse y permanecer en ella.

Complejo n°2: subcinato coenzima Q reductasa??

Aquí el que entrega los electrones es el FAD. Recordemos que succinato y fomarato vienen de Krebs, cuyo paso produce FAD, y este es el que entra a la cadena. Entonces, la enzima succinato deshidrogenasa de ciclo de Krebs, que va a catalizar este paso de suscinato-fomarato estará formando parte del complejo, es el único componente integral del complejo que actúa en el ciclo de Krebs. Lo que importa entonces de este paso es que el FAD va a entregar electrones, se van a ir moviendo los electrones y van a la ubiquinona, que quedará como ubiquinona reducida , y finalmente más tarde entregará los electrones. Este movimiento de electrones, tiene un DG que es negativo, pero que es muy pequeño, por lo que la energía que se produce en este paso de electrones no será suficiente para impulsar protones al espacio intermembrana. Si bien no hay traspaso de electrones a través de la membrana, los electrones siguen corriendo.
En resumen, la enzima que forma parte del complejo número dos es la enzima que cataliza esta reacción y los FADH que obtengo acá van a participar en la entrega de electrones del complejo dos.

Complejo n°3:

Este recibe ubiquinona reducida de los complejos uno y dos, y acá, este complejo tiene la característica de estar formado por citocromos. Los citocromos son aceptores de electrones y van a movilizar electrones y los van a entregar al citocromo C que es móvil en el espacio intermembrana. Este complejo es importante porque acopla la transferencia de electrones desde la molécula de ubiquinona reducida al citocromo C. Hay una serie de movimientos, los electrones van a la proteínas hierro-azufre, van al citocromo C, en fin. El DG que se produce en estos movimientos es suficientemente negativo para enviar dos protones al espacio intermembrana, y se produce un proceso denominado el ciclo Q, que incrementa el número de protones traslocados a medida que los electrones fluyen por el complejo tres.

Complejo n°4: Citocromo C oxidasa

Donde hay otros citocromos que forman parte de él, también acá se moverán los electrones y finalmente van a reducir el oxígeno y se va a formar agua, por eso se llama fosforilación oxidativa. En este complejo se van a traslocar dos protones más al espacio. Estamos juntando entonces una concentración de protones bastante importante y que van a polarizar la membrana. El citocromo C transporta electrones de uno en uno y es hidrosoluble pues está en el espacio intermembrana. (Foto)

Lo importante en este dibujito xD es que acá hay dos componentes que son importantes. Primero hay una diferencia de pH, ya que hay diferencia en las concentraciones de protones, y entonces hay energía almacenada. Y por otro lado hay un potencial eléctrico en la membrana por la misma diferencia de concentración de protones dentro y fuera de la membrana. Estos dos factores van a tener energía almacenada que nos va a llevar a la síntesis de ATP, a través de la fuerza que se llama protón fosforilasa. Los protones que se juntaron, van a pasar por el complejo ATP sintetasa, que es un complejo protéico con muchas subunidades.
El complejo proteico ATPsintasa tiene muchas sub unidades, y con dos fracciones: una F0 (inserta en la membrana) y una F1 (está en la matriz) que es donde fluyen los protones que participan en la generación de ATP. El movimiento de protones hacia la matriz es generado por la fuerza motrizprotonica que es acoplada a la síntesis de ATP.
ATPsintasa: F1 es soluble en agua y está compuesto por 3 subunidades alfa y 3 betas. F0 corresponde a 3 proteinas integrales de membrana A, B y C.
Las subunidades beta unen el ADP a un P, la subunidad alfa tiene un rol regulador, pero también puede unir ADP con P dándole cierta estabilidad al hexámero. Y la subunidad A forma parte de los canales de protones.
La síntesis de ATP es por un mecanismo de cambio entre 3 estados conformacionales de las proteínas, los estados O, T y L, estos difieren en la afinidad en el ATP, ADP y el P.
EL estado O tiene poca afinidad por el ATP y débilmente entre el ADP y P.
El estado L une el ADP y el P con mayor fuerza.
El estado P va a formar el ATP con una interacción “apretada” entre el ADP y el P. De aquí pasa nuevamente al estado O.
Cuando hay un flujo de protones, que van a unirse a grupos aminoacidicos, se generan los cambios conformacionales, haciendo una rotación de 120° dando que cada subunidad pase por cada estado. Por lo tanto por cada giro de 360° se generan 3 ATP. Cada unidad va haciendo lo suyo en los 120°. Asi simultáneamente habran moléculas pasando por c/u de los 3 estados. Por lo tanto, por cada rotación de 360° se forman 3 ATP.
En E.Coli 10 protones impulsan una rotación completa, en plantas 14 protones impulsan una rotación completa.
*Tarea: Averiguar cuántos protones producen una rotación completa en nuestras células.
¿Cuál es la ganancia energética en la respiración?
En términos aproximados, entre 38 y 36 moléculas de ATP. Esta variabilidad se podría explicar por el fenómeno de las lanzaderas, en donde de manera no formal hay un gasto energético lo que hace que la ganancia sea variable.
Si hablamos del proceso completo, para calcular la ganancia basta con contar cuantos productos se producen (Ej: FADH, NADH, etc.) Estimándose 38 ATP totales.
La equivalencia que se considera para hacer estos cálculos es la siguiente:
FADH: 2 ATP
NADH: 3 ATP
Resumen metabolico:
Piruvato y ac. Grasos entran en la matriz mitocondrial y son degradados a AcetilCoA, el cual se metaboliza en el ciclo de Ciclo de Krebs, se generan los NADH y los FADH, los electrones pasan a través de la cadena de transporte de electrones hasta el oxigeno, el paso de electrones a través de la cadena genera un gradiente quimio osmótico que se utiliza para sintetizar ATP (NADH generado por glucolisis también entra a la cadena a través de las lanzaderas).
Ahora, sobre la cadena pueden actuar:
Inhibidores: Bloquea
Desacoplantes: Proteinas UCP, disipan el gradiente electoquimico.
Sobre c/u de los distintos complejos pueden actuar diferentes compuestos que pueden ir bloqueándolos.
PPT salen los inhibidores mas especificos
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